基于声发射试验的各向异性介质震源定位与震源机制反演

发布时间：2020-11-01 19:25

　　 微地震监测技术在油气藏开发与储层改造等领域都有着广泛的应用,但微地震震源都位于地下几千米深度范围,无法直接对定位结果进行检验。因此本文希望借助声发射试验来对微地震技术方法、流程进行检验,并结合震源机制相关理论,尝试对页岩单轴受力断裂现象进行分析与解释。声发射与微地震现象具有相似的产生原理,且两者产生的信号遵循着相同的变化规律。而相比之下,室内声发射试验更容易控制信号质量,获得高信噪比和强能量的有效信号,并可以通过与试件比对检验定位及震源机制反演结果。因此本文结合四川五峰-龙马溪组页岩特性,设计了一套声发射半圆弯对比试验,以模拟各向异性岩体局部受力断裂的情况,进而分析震源定位及震源机制反演流程的可靠性,并对反演结果进行简要分析,以了解岩石局部受力情况下可能发生的变化。通过试验过程分析与结果对比可以发现:(1)传统的微地震信号处理与定位方法对声发射信号也同样适用;(2)强能量定位震源与主裂缝走向具有较强的相关性,但是震源位置不只出现在裂缝张开区域;(3)各向异性介质在局部受力情况下会沿受力方向开裂,但存在沿层理面断裂的可能性;(4)结合科学的设计方案和精细化的试验操作,室内声发射试验的研究成果可以用来指导并解决工程问题。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.4
【部分图文】：

第 2 章 声发射及微地震技术原理2.1 声发射技术基本概念及原理2.1.1 声发射的概念及理论基础在外力作用下，岩石内部产生应力集中，并有局部应力作用超出岩体所能承受的极限，引发岩石内部发生塑性变形，迅速释放应变能，产生弹性波的现象，称为声发射（acoustic emission,简称 AE）[1]。大多数声发射信号的能量很弱，人耳无法识别，故需要借助精密仪器进行检测[40]，并由此发展出了声发射技术。简单的来说，声发射技术即指：被检测材料在应力作用下产生应力场的不稳定分布，从而引起材料内部应力场失衡；内部发生变形、塌陷或断裂的部位作为声发射信号源发出弹性波；经过介质传播至材料表面的电子探头，当电子探头检测到的振动幅值超过预设门限时，将该振动转化为电信号，经过仪器内部简单处理后被记录下来的过程（如图 2.1 所示）。

中国石油大学（北京）硕士学位论文收探头与材料的耦合程度会决定引入噪声的大小，也可能会成为很强的噪声源。外加其他自然或人为因素带来的噪声，则使声发射信号的信噪比急剧降低。

2.1.3 声发射信号分析及处理方法因为声发射信号具有不确定性等特殊的信号特征，所以在声发射技术不断发展的过程中，形成了一系列独有的信号分析与处理方法。图 2.2 所示为耿荣生[41]总结的声发射信号处理方法。但因为很多方法尚在测试或完善阶段，所以常规的声发射信号分析及处理过程一般使用的是：参数分析法、频域分析法、波形相关法和小波变换法等。（1）参数分析法参数分析法，又称特征参数分析法，是一种较为传统的信号分析方法，不仅适用于声发射信号分析，对其他领域也有着较好的适用性。该方法实则为信号时间域分析的一种手段，无需对信号进行其他处理，便可从原始记录波形上直接获取信号特征参数。如图 2.3 标注了几种常用的特征参数，表 2.1 中给出了对应参数的含义及用途。
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本文编号：2865978