楊海迪、符力耘等，三維預壓固體介質聲彈性波傳播建模

作者：楊海迪、符力耘*、李紅陽、杜啟振、鄭浩宸

關鍵詞：預應力固體介質；聲彈性理論；交錯網格有限差分方法；彈性波傳播；應力誘導各向異性

摘要：深層油氣藏地震勘探中，地震波在高壓介質中的傳播特性極為復雜，而傳統彈性波方程難以準確描述這一現象。聲彈性理論通過引入三階彈性常數的本構關系，建立了波在預應力介質中傳播的動態方程。然而，現有研究大多集中于二維場景，未能充分探討三維情況下的復雜傳播行為。針對這一問題，中國石油大學（華東）高溫高壓巖石物理與深層地震探測實驗室的楊海迪博士，符力耘教授聯合杜啟振教授以及李紅陽碩士和鄭浩宸碩士，結合標準交錯網格（SSG）有限差分方法和完全匹配層（PML）吸收邊界，成功求解三維一階速度-應力聲彈性方程，模擬了地震波在三維預應力固體介質中的傳播。通過計算與理論縱波和橫波速度隨圍壓變化的對比分析，驗證了數值模擬結果的正確性。同時，研究探討了圍壓、單軸應力和純剪切預應力條件下的波傳播行為。結果表明，聲彈性介質中的應力誘導速度各向異性與預應力方向密切相關，與基于傳統彈性理論的地震模擬相比，聲彈性模擬揭示了傳統方法在處理預應力介質時的局限性。此外，數值模擬進一步證明了預應力條件對地震響應具有顯著影響，為深入理解地震波與預應力介質的復雜相互作用提供了科學依據。該研究成果為利用地震波數據更精準地探測深層地質結構及預測油氣藏分布提供了重要的理論支持，并為地震勘探領域帶來了新的技術思路和應用前景。研究成果近期發表于國際學術期刊Journal of Geophysics and Engineering（Yang, H. D., Fu* L.-Y., Li, H. Y., Du，Q. Z. and Zheng, H. C. (2023). 3D acoustoelastic FD modeling of elastic wave propagation in prestressed solid media. Journal of Geophysics and Engineering, 20, 297-311.DOI: 10.1093/jge/gxad010）。