饱和度变化对弹性波在非饱和砂岩表面反射和透射的影响

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1、第25卷第3期岩石力学与工程学报Vol.25No.32006年3月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMarch，2006饱和度变化对弹性波在非饱和砂岩表面反射和透射的影响蔡袁强，李保忠(浙江大学岩土工程研究所，浙江杭州310027)摘要：通过将等效流体模型和非饱和土Darcy定理引入Biot-Geertsma-Gassmann方程，研究弹性波由饱和孔隙介质向非饱和孔隙介质传播时，饱和度变化对弹性波反射系数、透射系数，以及弹性波携带的能量分配的影响。分别推导了振幅反射系数、透射系数以及能流密度的反射系数、透射系数的理论表达式，并在此基础上

2、给出数值算例。计算结果表明，饱和度的轻微变动不仅对波的反射系数、透射系数产生巨大的影响，还将极大地影响到入射波的能量分配。得出的结论一方面在理论上揭示了土动力学研究中应更加重视饱和度变化的影响，另一方面对工程地震勘探中常用的地震反射波法、地震折射波法以及声波测井数据处理有实际工程意义。关键词：岩石力学；饱和度影响；非饱和孔隙介质；等效流体模型；地震波反射；地震波透射；能流密度中图分类号：TU45；P315文献标识码：A文章编号：1000–6915(2006)03–0520–08EFFECTOFWATERSATURATIONONREFLECTIONANDTRANSMISSIONOFELAS

3、TICWAVESATINTERFACEOFPARTIALLYSATURATEDSANDSTONECAIYuan-qiang，LIBao-zhong(InstituteofGeotechnicalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou，Zhejiang310027，China)Abstract：AftereffectivefluidmodelandDarcy′slawinpartiallysaturatedporousmediaareintroducedtoBiot-Geertsma-Gassmann(BGG)equation，theelasticw

4、avepropagatingfromasaturatedporousmediumtoaBiot-typeporousmediumsaturatedbyaliquid-gasmixtureisinvestigated.Theoreticalformulationisdevelopedforthecomputationofamplitudereflectionandtransmissioncoefficients，andenergydensityfluxreflectionandtransmissioncoefficientsattheinterface，whichareconsidered

5、asthefunctionsofsaturationdegreeandincidenceangle.Allthecoefficientsarestudiedinawiderangeoffrequenciesandanglesofincidence.Numericalresultsaregiventoillustratetheinfluenceofsaturationdegreeonamplitudereflectionandtransmissioncoefficientsandenergysplittingatplaneinterfaces.It′sfoundthatevenasligh

6、tdecreaseofcompletesaturationmayleadtoasubstantialchangeofthereflectionandtransmissioncoefficients.ThereflectedandtransmissiontypeIIwavesofBiotatthecontactinterfaceoftwomediacarrylittleenergiesatlowfrequencies，buttheycarrymuchmoreenergieswhenfrequencyarises.Theenergycarriedbyreflectedortransmissi

7、onshearwaveisaffectedslightlybyfrequency.Theresultsimplythatmoreattentionshouldbepaidtosaturationdegreeeffectsintheinterpretationoffieldobservations.Keywords：rockmechanics；effectofsaturationdegree；unsaturatedporousmedi