Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng tán xạ đa quy mô của các thể rắn không đồng nhất có tốc độ cao
Tóm tắt
Có nhiều thực thể không đồng nhất phức tạp trong môi trường ngầm, và quy mô không đồng nhất có ảnh hưởng lớn đến sự lan truyền sóng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng một bộ mẫu gồm 11 viên bi thủy tinh như là các thể rắn không đồng nhất có tốc độ cao để đánh giá tác động của các thể rắn không đồng nhất lên sự lan truyền của sóng P. Chúng tôi thay đổi quy mô không đồng nhất bằng cách thay đổi đường kính của các viên bi thủy tinh từ 0.18 đến 11 mm trong khi giữ tỷ lệ thể tích của các viên bi ở mức 10% cho bộ 11 mẫu. Phương pháp truyền xung được sử dụng để ghi lại các số liệu ở tần số siêu âm là 0.34, 0.61 và 0.84 MHz trong ma trận đồng nhất. Mối quan hệ giữa các đặc điểm trường sóng P và quy mô không đồng nhất, tốc độ sóng P, và bội số của số sóng và quy mô không đồng nhất (ka) được quan sát trong phòng thí nghiệm, điều này đã làm dấy lên sự quan tâm và nghiên cứu rộng rãi. Quy mô không đồng nhất ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng P, và những thay đổi trong trường sóng của nó là phức tạp. Hình dạng sóng, biên độ và tốc độ của các sóng P được ghi lại tương quan với quy mô không đồng nhất. Đối với sự tán xạ tiến về phía trước trong khi có các không đồng nhất quy mô lớn, sóng trực tiếp và sóng nhiễu xạ rõ ràng được quan sát trong phòng thí nghiệm, điều này cho thấy rằng ảnh hưởng của sóng trực tiếp và sóng nhiễu xạ không thể bị bỏ qua đối với các không đồng nhất quy mô lớn. Mối quan hệ giữa tốc độ và ka cho thấy hiện tượng phụ thuộc vào tần số; lý do là độ lớn của sự thay đổi tốc độ do số sóng gây ra khác với độ lớn do quy mô không đồng nhất gây ra. Theo sự thay đổi trong hình dạng sóng được ghi lại, sự biến đổi biên độ, hoặc mối quan hệ giữa tốc độ đo được ở các tần số khác nhau và quy mô không đồng nhất, tất cả các điểm xoay được xác định của các phép xấp xỉ tia đều xung quanh ka = 10. Khi ka nhỏ hơn 1, tốc độ thay đổi từ từ và dần tiến tới tốc độ của môi trường hiệu quả. Tốc độ tia đo được cho môi trường không đồng nhất với các biến động tốc độ lớn trong phòng thí nghiệm nhỏ hơn đáng kể so với tốc độ được dự đoán bởi lý thuyết biến động.
Từ khóa
#lan truyền sóng #sóng P #không đồng nhất #tán xạ #tốc độ sóng #ma trận đồng nhấtTài liệu tham khảo
Aki, K., and Richards, P. G., 1980, Quantitative seismology: theory and methods, Vol. 2: W.H.Freeman & Co, San Francisco, 748–751.
Berryman, J. G., 1992, Single-scattering approximations for coefficients in Biot’s equations of poroelasticity: The Journal of the Acoustical Society of America, 91(2), 551–571.
Brown, R. L., and Seifert, D., 1997, Velocity dispersion: A tool for characterizing reservoir rocks: Geophysics, 62(2), 477–486.
Das, V., Mukerji, T., and Mavko, G., 2019, Scale effects of velocity dispersion and attenuation (Q−1) in layered viscoelastic medium: Geophysics, 84(3), 147–166.
Ding, P., Wang, D., and Li, X. Y., 2020, An experimental study on scale-dependent velocity and anisotropy in fractured media based on artificial rocks with controlled fracture geometries: Rock Mechanics and Rock Engineering, 53(7), 3149–3159.
Eaton, D. W., 1999, Weak elastic-wave scattering from massive sulfide orebodies: Geophysics, 64(1), 289–299.
Frankel, A., and Clayton, R. W., 1986, Finite difference simulations of seismic scattering: implications for the propagation of short-period seismic waves in the crust and models of crustal heterogeneity: Journal of Geophysical Research Solid Earth, 91(B6), 6465–6489.
Hoshiba, M., 2000, Large fluctuation of wave amplitude produced by small fluctuation of velocity structure: Physics of the Earth and Planetary Interiors, 120(3), 201–217.
Khazaie, S., and Cottereau, R., 2020, Influence of local cubic anisotropy on the transition towards an equipartition regime in a 3D texture-less random elastic medium: Wave Motion, 96, 102574.
Khazaie, S., Cottereau, R., and Clouteau, D., 2016, Influence of the spatial correlation structure of an elastic random medium on its scattering properties: Journal of Sound and Vibration, 370, 132–148.
Korneev, V. A., and Johnson, L. R., 2010, Scattering of elastic waves by a spherical inclusion —- I. theory and numerical results: Geophysical Journal International, 115(1), 230–250.
Kuster, G. T., and Toksöz, M. N., 1974, Velocity and attenuation of seismic waves in two phase media: Part I. Theoretical considerations: Geophysics, 39(5), 587–606.
Lei, H., Hei, C., Luo, M., et al., 2021, Numerical studies of the statistics of seismic waveform propagation in random heterogeneous media: Waves in Random and Complex Media, 1–21.
Liu, C., Wei, J., Di, B., et al., 2017, Experimental study of wave propagation in random media with different heterogeneity scales: Journal of Geophysics and Engineering, 14(4), 878–887.
Liu, J., Wei, X. C., Ji, Y. X., et al., 2011, An analysis of seismic scattering attenuation in a random elastic medium: Applied Geophysics, 8(4), 344–354.
Liu, Y. B., and Schmitt, D. R., 2006, The transition between the scale domains of ray and effective medium theory and anisotropy: numerical models: Pure and Applied Geophysics, 163(7), 1327–1349.
Marion, D., Mukerji, T., and Mavko, G., 1994, Scale effects on velocity dispersion: From ray to effective medium theories in stratified media: Geophysics, 59(10), 1613–1619.
Melia, P. J., and Carlson, R. L., 1984, An experimental test of P-wave anisotropy in stratified media: Geophysics, 49(4), 374–378.
Mukerji, T., Mavko, G., Mujica, D., et al., 1995, Scale-dependent seismic velocity in heterogeneous media: Geophysics, 60(4), 1222–1233.
Müller, G., Roth, M., and Korn, M., 1992, Seismic-wave travel times in random media: Geophys. J. Int., 110(1), 29–41.
Roth, M., Müller, G., and Snieder, R., 1993, Velocity shift in random media: Geophys. J. Int., 115(2), 552–563.
Rio, P., Mukerji, T., Mavko, G., et al., 1996, Velocity dispersion and upscaling in a laboratory-simulated VSP: Geophysics, 61(2), 584–593.
Shuai, D., Wei, J., Di, B., et al., 2018, Experimental study of fracture size effect on elastic wave velocity dispersion and anisotropy: Geophysics, 83(1), 49–59.
Sivaji, C., Nishizawa, O., and Fukushima, Y., 2001, Relationship between Fluctuations of Arrival Time and Energy of Seismic Waves and Scale Length of Heterogeneity: An Inference from Experimental Study: Bulletin of the Seismological Society of America, 91(2), 292–303.
Sun, Y. D., Chen, N., Gao, Y., et al., 2016, The Research Status and Development Tendency of Carbonate Reservoir Heterogeneity: Advances in Geosciences, 6(2), 86–93.
Wielandt, E., 1987, On the validity of the ray approximation for interpreting delay times, in Nolet, G., G. Reidel, and Dordrecht, Seismic Tomography: Springer Netherlands Press, 85–98.
Wu, R. S., and Aki, K., 1985, Scattering characteristics of elastic waves by an elastic heterogeneity: Geophysics, 50(4), 582–595.
Wu, R. S., 1989, The perturbation method in elastic wave scattering: Pure and Applied Geophysics, 131(4), 605–637.
Xie, X. B., 2013, Seismic wave scattering in 3D random media: A finite-difference simulation and slowness domain analysis: 83th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 3428–3432.
Xie, X. B., Ning, H., and Chen, B., 2016, How scatterings from small-scale near-surface heterogeneities affecting seismic data and the quality of depth image, analysis based on seismic resolution: 87th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 4278–4282.
Xu, S., Su, Y. D., and Tang, X. M., 2020, Elastic properties of transversely isotropic rocks containing aligned cracks and application to anisotropy measurement. Applied Geophysics, 17(2), 182–191.
Yin, H. Z., Mavko, G., Mukerji, T., et al., 1994, Scale-dependent dynamic wave propagation in heterogeneous media: I. experiments: 64th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 1147–1150.
Yin, H. Z., Mavko, G., Mukerji, T., et al., 1995, Scale effects on dynamic wave propagation in heterogeneous media: Geophysical Research Letters, 22(23), 3163–3166.