岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 1934-1942.doi: 10.16285/j.rsm.2024.1363CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.1363

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饱和各向异性裂缝型岩石中波的频散和衰减

陈一纬1, 2,董平川1, 2   

  1. 1. 中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室,北京 102249;2. 中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249
  • 收稿日期:2024-11-04 接受日期:2024-12-30 出版日期:2025-06-11 发布日期:2025-06-10
  • 通讯作者: 董平川,男,1967年生,博士,教授,主要从事地质力学与数字岩芯方面的研究。E-mail: dpcfem@163.com
  • 作者简介:陈一纬,女,1995年生,博士研究生,主要从事岩石物理与地球物理理论方面的研究。E-mail: yiwei.chen_@outlook.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.42141009)。

Dispersion and attenuation of waves in saturated anisotropic fractured rocks

CHEN Yi-wei1, 2, DONG Ping-chuan1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China; 2. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
  • Received:2024-11-04 Accepted:2024-12-30 Online:2025-06-11 Published:2025-06-10
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42141009).

摘要: 地震波在饱和流体的多孔岩石中传播时,会表现出强烈的衰减和速度频散。造成这种能量耗散的主要原因是孔隙中的流体流动,即喷射流。针对岩石中广泛存在的不同纵横比的微裂缝与微裂缝之间的喷射流,建立了简单而准确的双裂缝分析模型。利用微观力学方法构建干燥双裂缝模型的有效柔度矩阵。通过对双裂缝中流体压力分布的研究,使用一维流体压力扩散方程计算湿骨架双裂缝模型的裂缝刚度松弛性,并改用软裂缝的直径作为双裂缝模型的喷射特征长度。对比了双裂缝模型和环形硬孔模型的与频率相关的刚度分量的衰减和频散特征,并通过三维模拟验证了双裂缝模型的准确性。通过参数分析发现,当硬裂缝体积增加,双裂缝模型的刚度分量的衰减增加。介绍了双裂缝模型在速度预测方面的应用方法,并通过与试验数据和环形硬孔模型预测值的对比,验证了双裂缝喷射流模型的可靠性。

关键词: 喷射流模型, 双裂缝模型, 刚度松弛, 衰减与频散, 孔隙结构, 速度预测

Abstract: Seismic waves exhibit strong attenuation and velocity dispersion when they propagate through porous rocks saturated with a fluid. The main cause of such energy dissipation is fluid flow in the pore space, known as squirt flow. A simple and accurate dual crack analytical model is established for the squirt flow caused by the fluid flow in the microcracks with different aspect ratios commonly found in rocks. The effective compliance matrix of the dry dual crack model is constructed using micromechanics. By analyzing the fluid pressure distribution in the dual crack, crack stiffness relaxation in the wet-skeleton dual crack model is calculated using a one-dimensional fluid pressure diffusion equation, with the diameter of the compliant crack serving as the characteristic length for squirt flow in the dual crack model. The attenuation and dispersion characteristics of the frequency-dependent stiffness component of the dual crack model and the torus stiff pore model are compared, and three-dimensional simulations validate the accuracy of the dual crack model. Parameter analysis shows that as the volume of the stiff crack increases, the attenuation of the stiffness component of the dual crack also increases. The application of the dual crack model in velocity prediction is introduced, and its reliability is validated by comparing it with experimental data and the predictions of the torus stiff pore model.

Key words: squirt flow model, dual crack model, stiff relaxation, dispersion and attenuation, pore structure, velocity prediction

中图分类号: TU452
[1] 杨柳, 吉明秀, 赵艳, 耿振坤, 李思源, 马雄德, 张谦, . 致密砂岩孔隙结构对两相驱替特征及CO2封存效率的影响机制[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1187-1195.
[2] 王帅, 王豫徽, 王玲, 李佳祺, 赵梓皓, 庞凯旋, . 基于晶体模型的岩石孔隙结构与矿物组成对裂纹扩展影响机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3289-3301.
[3] 孙银磊, 李志妃, 陈妍歌, 杜清如, 田珂萌, 陈俊磊, 张先伟, . 矿物成分对红土土-水特性的影响[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3117-3131.
[4] 李品良, 许强, 刘佳良, 何攀, 纪续, 陈婉琳, 彭大雷, . 盐分影响重塑黄土渗透性的微观机制试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 504-512.
[5] 赵艳, 杨柳, 奚茹茹, 耿振坤, 张谦, 马雄德, . 基于核磁共振和磁共振成像的低渗透岩芯CO2-H2O两相驱替特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1636-1644.
[6] 马登辉, 韩迅, 关云飞, 唐译, . 珊瑚颗粒孔隙结构及渗流特性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 223-230.
[7] 李甜果, 孔令伟, 王俊涛, 王凤华, . 基于核磁共振的季冻区膨胀土三峰孔隙结构演化特征及其力学效应[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2741-2754.
[8] 房营光, 陈建, 谷任国, 巴凌真, 舒浩恺, . 基于有效比表面积修正的Kozeny-Carman方程 在黏土渗透中的适用性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2547-2554.
[9] 彭家奕, 张家发, 沈振中, 叶加兵, . 颗粒形状对粗粒土孔隙特征和渗透性的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 592-600.
[10] 李杰林, 朱龙胤, 周科平, 刘汉文, 曹善鹏, . 冻融作用下砂岩孔隙结构损伤特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3524-3532.
[11] 李玲, 刘金泉, 刘造保, 刘桃根, 王伟, 邵建富, . 砂-黏土混合物高压压实性能试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3502-3514.
[12] 刘语, 张巍, 梁小龙, 许林, 唐心煜. 南京粉细砂空间孔隙结构表征单元体确定[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2723-2729.
[13] 王士权, 魏明俐, 何星星, 张亭亭, 薛 强, . 基于核磁共振技术的淤泥固化水分转化机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1778-1786.
[14] 梁维云, 韦昌富, 颜荣涛, 杨德欢. NaCl溶液饱和膨胀土的压缩特性及其微观机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4759-4766.
[15] 李静, 孔祥超, 宋明水, 汪勇, 王昊, 刘旭亮, . 储层岩石微观孔隙结构对岩石力学特性 及裂缝扩展影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4149-4156.
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