分数阶黏性双相地震波场模拟及传播特性分析

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1、分类号：P631.4单位代码：10183研究生学号：2014621002密级：公开分数阶黏性吉林大学双相地博士学位论文震波场模拟及传播特性分胡宁析胡宁2018年6月吉林大学I分数阶黏性双相地震波场模拟及传播特性分析FractionalViscoelasticTwo-PhaseWavefieldSimulationandPropagationCharacteristicsAnalysis作者姓名：胡宁专业名称：固体地球物理学研究方向：勘探地震学指导教师：刘财学位类别：理学博士培养单位：地球探测科学与技术学院论文答辩日期：2018年6月6日授

2、予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席杨宝俊教授吉林大学委员于赟舟研究员吉林省煤田地质物探公司董福湘教授长春工程学院刘洋教授吉林大学孙建国教授吉林大学II未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的

3、内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日III《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中

4、使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：固体地球物理学论文题目：常Q分数阶黏弹双相孔隙介质地震波场模拟及传播特性分析作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：长春市西民主大街938号吉林大学朝阳校区地球探测科学与技术学院（130061）作者联系电话：18844092546IV分数阶黏性双相地震波场模拟及传播特性分析摘要随着油气藏的勘探开发程度不断加深，勘探对象逐渐向更复杂油气藏转变，并且对勘探精度的要求也越来越高。地下介质引起地震波场变化的三种机制包括孔隙及流体、各向异性、基质的黏弹性。因此，综合考虑以

5、上三种机制建立更加精确的地下介质模型，可以更好地描述地下介质，这对于研究和分析地震波传播过程中的衰减特征，以及实际地震资料的解释和改善地震资料的分辨率有着重要的实际意义。分数阶微积分可以较为简洁地描述物质的黏弹性，在地震波场数值模拟领域，Kjartansson首先建立了一种基于数学模式假定的完全常Q模型，对地下黏弹介质的吸收频散关系予以定量描述。本文介绍了分数阶微积分数学基础，及Kjartansson常Q分数阶模型，并基于Kjartansson常Q理论将含有分数阶时间导数的黏弹固体骨架本构关系与双相介质理论有机地结合起来，提出一套新的基于

6、分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的黏弹双相介质模型，并推导了相应的时间域波传播方程。Biot理论为双相孔隙介质波动传播理论奠定了基础，可以很好地描述弹性波在含饱和流体孔隙介质中的衰减和耗损，成功预测了第二类P波（慢P波）的存在，开启了双相孔隙介质理论研究的先河。因此，为了全面系统地深入认识研究黏弹双相孔隙介质，本文先将含有分数阶时间导数的常Q黏弹固体骨架本构关系与Biot理论结合，推导了常Q分数阶黏弹各向同性Biot型波传播方程及常Q分数阶黏弹VTI介质Biot型波传播方程，宏观地认识黏弹双相介质模型中参数的物理意义，为后续推导更为复杂机制

7、下黏弹双相介质波传播方程奠定基础。本文所建立的波传播方程中均含有分数阶微分算子，而由于分数阶微分算子的非局部性，在计算过程中需要用到当前时刻之前的所有时间节点的波场值，这样就导致分数阶波传播方程的数值计算量和存储量均是相当大的，本文对分数阶时间导数采用三种计算方法：全局记忆法、短时记忆法和自适应记忆法进行数值V计算，通过对三种计算方法的模拟精度、计算时间及所占内存的对比分析，对各个方法的利弊进行总结，认为自适应记忆法是全局记忆法与短时记忆法的折衷方法，为后续黏弹双相改进的BISQ模型正演模拟及新的数值算法开发提供方法上的参考。Biot流动

8、机制描述的是宏观流动衰减机制，而Squirt流动机制描述的是一种微观喷射流动衰减机制，它们实际上为一个耦合过程对地震波的传播和衰减产生影响，Dvorkin和Nur（1993）提出了将宏观Bio