复杂裂缝介质中地震波场数值模拟研究
摘要
理论上,精确数值模拟方法可以模拟任意复杂裂缝介质中地震波的传播,具有等效介质理论和岩石物理实验研究不可比拟的优势。但是,由于实际地下裂缝隙的规模一般较小,特别是裂缝隙的开度与勘探地震波波长来说,可视为零宽度,这就要求模拟中采用大量的网格剖分,从而产生海量的计算量和内存需求,导致在当前计算机条件下,精确数值模拟方法无法实现。为克服这一困难,提出了一种裂缝隙模拟的有限元节点分裂算法,将裂缝模拟为具有断续接触关系的两个面,实现了含多组多尺度复杂裂缝介质中低频地震波场的数值模拟。对比试验表明,该方法的计算结果能够与一般数值模拟结果较好地吻合。通过对多个含裂缝模型的模拟研究,我们获得了如下认识:裂缝对入射地震波会产生明显的散射,使初至振幅减小,并产生较强的散射尾波,这是裂缝隙介质造成地震波衰减的重要因素之一;与运动学属性相比,地震波的动力学属性受裂缝影响更大;在数量较多的一组定向裂缝作用下,地震波初至到时也会发生较明显的改变,垂直裂缝方向地震波动速度明显小于平行裂缝方向,波前面不再保持圆形,这与裂缝介质地震各向异性理论是一致的。