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          理论创新

          多TI复合各向异性

           

          各向异性对称系分类

                  对于晶体物理,按照对称面可将各向异性对称系作7种分类:三斜、单斜、斜方、四边、三角、六方、立方,这是物体晶格阵列的样式决定的。对于地球物理和岩石物理,除非上地幔橄榄岩这种斜方各向异性,许多高级各向异性对称系是更简单对称系各向异性复合的结果。

           

          不同介质各向异性类型

                  我们提出和解决多TI复合各向异性,如此能更有针对性地面对地壳介质裂隙发育这一特点。

                  - 水平层理的煤岩、页岩等本身具有VTI各向异性

                  - 应力导致的直立裂隙或倾斜裂隙则具有HTI或ATI各向异性

                  - 煤岩、页岩等母岩发育非顺层理的裂隙构成多TI复合各向异性

                  - 两组甚至多组不同方向的裂隙也构成多TI复合各向异性。

           

          多TI各向异性类型

                  - 两组TI的对称轴相互正交,其复合各向异性为斜方,具有三个相互正交的对称面;

                  - 两组TI的对称轴相互斜交则复合为单斜,具有一个对称面;

                  - 三组对称轴相互斜交TI复合为三斜各向异性,没有对称面。

                  垂直TI的对称轴有一个对称面,过TI对称轴所有平面都是对称面。相比之下,从多TI复合得到的是更低对称性的各向异性。多TI复合各向异性的弹性张量依赖参加复合TI的各向异性的相对强弱和相互角度关系。

                  需要指出,两斜交的TI复合为单斜。单斜有一个对称面和13个独立的弹性常数。单斜对称面可分别与固定坐标系的三个坐标平面重合,相应有三种类型的单斜,不同类型单斜有4个不同的非零弹性张量元素。从国际上典型单斜张量中4个非零张量元素容易确认其单斜有水平对称面。水平煤岩、页岩内发育一组倾斜裂隙的复合单斜则属于另外两种类型,它们具有垂直对称面(参考,姚陈)。

           

          弹性偏离叠加复合各向异性遇到的困难

                  Crampin(1984)和Hudson(1982)提出基于弹性偏离叠加的复合各向异性方法,将水平叠层和垂直裂隙复合成斜方各向异性,通过理论地震图和法国巴黎盆地VSP观测记录对比,解释了复杂的横波分裂特征。但弹性偏离叠加法原则上仅适用于叠层母岩和裂隙均为弱各向异性这一限制条件(Crampin,1993),还存在裂隙密度趋于零时复合各向异性不能回复到母岩各向异性这一理论困难。

                  但煤岩的层理结构会使煤层的各向异性达到50%以上,页岩微粘土小片结构能引起页岩各向异性超过30%,采用弹性偏离叠加法给出其中发育裂隙特别是强裂隙的复合各向异性的弹性张量则难以实现。

           

          柔度偏离叠加复合各向异性

                  我们提出柔度偏离叠加法突破弱各向异性限制条件,相应解决了弹性偏离叠加法带来的零裂隙密度回复到母岩各向异性的理论问题。

           

          基本思想

                  柔度偏离叠加法的基本思想是:得到母岩的各向同性背景和三个偏离,叠加裂隙引起的附加柔度偏离,将相应的四阶柔度张量转换为四阶弹性张量。多组裂隙复合各向异性也是如此。参加复合的TI容许有任意角度关系,我们提出的任意空间取向的TI柔度偏离的四阶柔度张量解析表述(其中包括各向同性背景的剪切模量)为多TI复合各向异性提供了核心的理论支撑。

           

          适用范围

                  柔度偏离叠加法适用于两个以上多TI的复合各向异性,如计算给出断层附近多组裂隙和煤岩、页岩内定发育多组裂隙的多TI复合各向异性的弹性张量(姚陈,2010)。

                  裂隙的密度、含水和含气和裂隙纵横比及空间取向将影响多TI复合各向异性的弹性张量,这些需要更加具体的研究提供新认识,以此进一步提高对天然地震和地震勘探的数据解释能力和信息提取能力。

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