引起地震波的傳播能量衰減和相速度頻散,從而影響地震成像解析度。因此在地震波正演和反演中需要十分重視對能量衰減和相速度頻散問題
基本介紹
- 中文名：地震波的頻散
- 超音波速度：102Hz
上地殼岩石低頻地震波的頻散現象及其成因一直是學術界關注的熱點，最近科學家採用雙重孔隙結構逼近地殼岩石，對比理論預測與實驗觀測，為上地殼孔隙岩石中低頻地震波強頻散現象提出了合理的物理學解釋。
含流體岩石中地震波的傳播速度隨波頻率增加有上升趨勢，這種頻散現象上世紀早期已被人們認知，但直到上世紀70年代，科學家才認識到低頻（102Hz）地震波在上地殼也會發生顯著的速度頻散。
常規聲學實驗僅能觀測超音波速度（>105Hz），早期能進行低頻測量的設備有誤差大、頻段窄的缺點，2006年美國科學家採用高靈敏應力-應變裝置測量了幾類岩石的低頻地震波速度，結果顯示部分含流體岩石波傳播速度在101~106Hz間有30%以上增幅。如此強烈的頻散超出了科學家對相關問題的認知，相關結果受到置疑。岩石中是否真的存在如此強烈的頻散？1979年前人討論過高頻帶地震波頻散問題，那么低頻帶地震波頻散又從何而來？造成這種頻散的物理機制是什麼？
乾燥岩石觀測到的頻散很弱，因此普遍認為頻散由岩石內部的流體引起。波激勵下流體的局部流動被認為是造成頻散的主因，但由於前人理論僅作用於高頻，而無法描述岩石低頻頻散部分，因此前人理論低估了波速在寬頻範圍內的頻散比例。
巴晶設計了雙重孔隙模型，以描述上地殼岩石普遍存在的中觀尺度（大於岩石顆粒，遠小於地震波長）非均勻孔隙結構，考慮孔隙流體的局域流動，由基礎力學原理推導了非均勻岩石的波傳播方程。對中國西部某砂岩進行了地震波速度實驗觀測，基於各獨立估算的岩石參數，分別採用雙孔方程及多種前人理論對地震波速度進行了預測。對比顯示，雙孔方程與砂岩低頻頻散數據吻合良好，其他理論則無法預測這一頻散趨勢。這一結果首次直接證實了由非均勻孔隙結構誘發的流體中觀局域流動是引起岩石地震波低頻頻散現象的根本原因。
巴晶提出的雙孔介質波傳播理論不僅可預測地震波低頻頻散趨勢，也兼容了前人理論的所有特點，可完成前人理論在其他頻段所能進行的預測工作，因此具有更好普適性。 地震波在上地殼可能出現的寬頻帶強頻散現象，這一觀點在此前研究中一直處於爭議狀態。鑒於當前地震探測法日趨廣泛的套用趨勢，本項成果對於未來地球探測與礦產勘測具有重要指導意義與潛在套用價值。
研究成果核實了人們對上地殼岩石地震波低頻頻散現象的認識，是近年來岩石物理學與孔隙介質聲學研究的一個新突破，但研究人員表示，這項研究僅能證實部分中等孔隙度砂岩存在如此強烈的頻散，孔隙單一的砂岩並不具備，其他更複雜的岩石結構則有待進一步探索。本項研究屬於基礎性工作，希望能為未來岩石波傳播問題與多尺度地震勘測問題的研究建立一個新的科學平台。地震波的相速度頻散(速度隨頻率的升高而加大)。在油氣田生產井中,該頻散值在1.7%至5.0%之間。
含流體岩石中地震波的傳播速度隨波頻率增加有上升趨勢，這種頻散現象上世紀早期已被人們認知，但直到上世紀70年代，科學家才認識到低頻（102Hz）地震波在上地殼也會發生顯著的速度頻散。
常規聲學實驗僅能觀測超音波速度（>105Hz），早期能進行低頻測量的設備有誤差大、頻段窄的缺點，2006年美國科學家採用高靈敏應力-應變裝置測量了幾類岩石的低頻地震波速度，結果顯示部分含流體岩石波傳播速度在101~106Hz間有30%以上增幅。如此強烈的頻散超出了科學家對相關問題的認知，相關結果受到置疑。岩石中是否真的存在如此強烈的頻散？1979年前人討論過高頻帶地震波頻散問題，那么低頻帶地震波頻散又從何而來？造成這種頻散的物理機制是什麼？
乾燥岩石觀測到的頻散很弱，因此普遍認為頻散由岩石內部的流體引起。波激勵下流體的局部流動被認為是造成頻散的主因，但由於前人理論僅作用於高頻，而無法描述岩石低頻頻散部分，因此前人理論低估了波速在寬頻範圍內的頻散比例。
巴晶設計了雙重孔隙模型，以描述上地殼岩石普遍存在的中觀尺度（大於岩石顆粒，遠小於地震波長）非均勻孔隙結構，考慮孔隙流體的局域流動，由基礎力學原理推導了非均勻岩石的波傳播方程。對中國西部某砂岩進行了地震波速度實驗觀測，基於各獨立估算的岩石參數，分別採用雙孔方程及多種前人理論對地震波速度進行了預測。對比顯示，雙孔方程與砂岩低頻頻散數據吻合良好，其他理論則無法預測這一頻散趨勢。這一結果首次直接證實了由非均勻孔隙結構誘發的流體中觀局域流動是引起岩石地震波低頻頻散現象的根本原因。
巴晶提出的雙孔介質波傳播理論不僅可預測地震波低頻頻散趨勢，也兼容了前人理論的所有特點，可完成前人理論在其他頻段所能進行的預測工作，因此具有更好普適性。 地震波在上地殼可能出現的寬頻帶強頻散現象，這一觀點在此前研究中一直處於爭議狀態。鑒於當前地震探測法日趨廣泛的套用趨勢，本項成果對於未來地球探測與礦產勘測具有重要指導意義與潛在套用價值。
研究成果核實了人們對上地殼岩石地震波低頻頻散現象的認識，是近年來岩石物理學與孔隙介質聲學研究的一個新突破，但研究人員表示，這項研究僅能證實部分中等孔隙度砂岩存在如此強烈的頻散，孔隙單一的砂岩並不具備，其他更複雜的岩石結構則有待進一步探索。本項研究屬於基礎性工作，希望能為未來岩石波傳播問題與多尺度地震勘測問題的研究建立一個新的科學平台。地震波的相速度頻散(速度隨頻率的升高而加大)。在油氣田生產井中,該頻散值在1.7%至5.0%之間。
