【摘要】：由于雙電層~([1])的存在,流體飽和孔隙介質(zhì)中彈性波與電磁波之間存在耦合。當(dāng)彈性波在孔隙介質(zhì)中傳播時會產(chǎn)生伴隨電磁場,另外,彈性波遇到介質(zhì)分界面時還會激發(fā)出獨(dú)立于地震波傳播的電磁波。這兩種電磁信號統(tǒng)稱為震電信號。震電效應(yīng)是產(chǎn)生地震電磁場的一個有效機(jī)制。研究震電效應(yīng)對地球物理勘探以及地震電磁現(xiàn)象的解釋有重要意義。在震電波場模擬中,特別是采用時間域數(shù)值方法計(jì)算震源的震電波場,為了避免彈性波和電磁波速度相差過大帶來的計(jì)算困難,通常采用電磁場似穩(wěn)近似條件,有時也稱準(zhǔn)靜態(tài)近似。但前人并沒有對電磁場似穩(wěn)近似帶來的誤差進(jìn)行分析,本文通過研究對比全耦合情況下震電波場的精確解和采用似穩(wěn)近似計(jì)算得到的近似解,研究似穩(wěn)近似帶來的誤差及其影響因素,并探究適宜使用似穩(wěn)近似方法的條件。本文基于水平分層介質(zhì)模型研究似穩(wěn)近似所帶來的誤差(通常應(yīng)用水平分層模型去近似地下結(jié)構(gòu))。我們在采用似穩(wěn)近似情況下得到簡化的Pride方程組,并且先由Biot方程中解出地震波場。然后,采用電磁場似穩(wěn)近似從電勢的泊松方程中解出電磁場。將上述解出的震電波場的近似解與采用完整Pride方程組解出的震電波場精確解作對比。我們發(fā)現(xiàn):(1)對于接收器遠(yuǎn)離自由表面,同震電磁場信號由體波產(chǎn)生的情況,似穩(wěn)近似忽略了S波伴隨電場;在模擬P波時,似穩(wěn)近似方法幾乎不產(chǎn)生誤差;在模擬S波的同震磁場時,似穩(wěn)近似方法帶來了顯著的誤差。誤差隨著礦化度的的增加而增加,隨著頻率的增加而減小。(2)當(dāng)接收器距離自由表面很近時,似穩(wěn)近似方法所帶來的誤差可大可小,而且依賴于頻率和礦化度:在低頻低礦化度時或者在高頻時,似穩(wěn)近似方法在模擬水平同震電場時只產(chǎn)生較小的誤差;在低頻高礦化度時,似穩(wěn)近似方法在模擬水平同震電場時會產(chǎn)生比較大的誤差;當(dāng)接收器距離自由表面很近時,似穩(wěn)近似方法在模擬豎向電場時幾乎不產(chǎn)生誤差。(3)對于由直達(dá)P波在自由表面產(chǎn)生的界面電磁波,只有當(dāng)電磁波的波長遠(yuǎn)大于源和接收點(diǎn)的距離時,似穩(wěn)近似方法才能得出精確的結(jié)果。本文研究了似穩(wěn)近似的誤差與影響因素,厘清了可以使用似穩(wěn)近似的條件,所獲得的結(jié)果可以為今后震電現(xiàn)象以及地震電磁信號的解釋提供重要的理論基礎(chǔ)。此外,本文還初步研究了VESP模型和雙井模型實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)二者不僅分辨率高,還可以方便的觀察各種類型的波,同時可以直接地研究各種波的生成、轉(zhuǎn)化的過程,這為為以后的研究做了鋪墊。本研究得到國家自然科學(xué)基金(No.41474038和41774048)的資助。
【圖文】：

圖 2.1 雙電層示意圖: Guoy-Chapman 模型hematic drawing of the electric double layer: Guoy-Cha組于力學(xué)和電磁學(xué)的基本原理，通過嚴(yán)密而繁雜的理論合的控制方程組。在實(shí)際推導(dǎo)中，采用的假設(shè)有：顆粒是各向同性的，固相是相連的，孔隙是連通的，流體；的波長遠(yuǎn)大于顆粒和孔隙的尺度；是絕緣的，被吸附的電荷均勻分布在固相骨架表面；骨架表面至剪切滑移面之間的電荷不能遷移，不參與近似為理想電解質(zhì)溶液，擴(kuò)散層的離子服從 Maxw律（這要求礦化度小于 1 mol/L ）；層是“薄”的，Debye 長度比孔道半徑小得多；到達(dá)之前，孔隙介質(zhì)在宏觀上無凈剩電荷；

第三章 全耦合情況下水平分層孔隙介質(zhì)的震電波場求解第三章 全耦合情況下水平分層孔隙介質(zhì)的震電波場求解性波在水平分層介質(zhì)中的傳播規(guī)律是研究復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。為了理解場的激發(fā)和在介質(zhì)中的傳播規(guī)律，我們首先通過理論模擬在兩個半空間結(jié)震誘導(dǎo)各種場的特性，接著進(jìn)一步推廣至多層孔隙介質(zhì)。本章基于孔隙介電響應(yīng)，模擬彈性波在水平分層介質(zhì)中的傳播規(guī)律，通過引入赫茲矢量點(diǎn)源在孔隙介質(zhì)中的波場，然后研究在分界面處發(fā)生波形轉(zhuǎn)換時，孔隙介由表面的響應(yīng)，最終推導(dǎo)出電磁場的頻域解析表達(dá)式，，最后采用實(shí)軸積分電磁場的時域全波波形�？臻g介質(zhì)模型
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P631;P315.72

【參考文獻(xiàn)】

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1 高永新;胡恒山;;水平分層孔隙介質(zhì)中點(diǎn)源激發(fā)的震電波場數(shù)值模擬及分析[J];地球物理學(xué)報(bào);2009年08期

2 陳世軍,劉洪,周建宇,何醒華;井間地震技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2003年03期

3 胡恒山,王克協(xié);井孔周圍軸對稱聲電耦合波:聲電效應(yīng)測井?dāng)?shù)值模擬(Ⅱ)[J];測井技術(shù);2000年01期

4 胡恒山,王克協(xié);井孔周圍軸對稱聲電耦合波:理論(I)[J];測井技術(shù);1999年06期

5 嚴(yán)洪瑞,劉洪,李幼銘,徐國慶,王雙喜,李天樹,金成志,唐建人,王篤臨;震電勘探方法在大慶油田的實(shí)驗(yàn)研究[J];地球物理學(xué)報(bào);1999年02期

6 裘慰庭;震電效應(yīng)在油氣勘探中的應(yīng)用前景[J];石油儀器;1996年02期

7 張海瀾,王秀明,應(yīng)崇福;Leaky modes and wave components of a fluid-filled borehole embedded in an elastic medium[J];Science in China,Ser.A;1996年03期

8 劉洪,李幼銘;對利用震電效應(yīng)勘探油氣水的幾點(diǎn)看法[J];石油物探;1994年02期

9 王克協(xié),董慶德,王愛蓮,許吉慶,張關(guān)勝;柱狀雙層準(zhǔn)彈性介質(zhì)中聲輻射場的理論分析——聲法測井理論研究(Ⅰ)[J];吉林大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1979年02期

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1 關(guān)威;孔隙介質(zhì)彈性波—電磁場耦合效應(yīng)測井的波場模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

本文編號：2641053