弹性介质的特征

如题所述

1.理想弹性介质和黏弹性介质

地震勘探观测研究的对象是地震波,地震波传播的介质大多数是固体,按固体的力学性质可以将固体分成弹性体和塑性体。任何一种固体受外力作用后,其内部质点就会发生相互位置的变化,使固体的体积大小和形状发生变化(统称形变),外力取消后,由于内力起作用,使固体恢复到原来的状态,即所谓的弹性。如果外力取消后能够立即完全地恢复为原来状态的物体,称之为理想弹性体或完全弹性体。反之,固体还保持其受外力作用时的形态,称之为理想塑性体。

自然界大部分物体,在外力作用下,即可显示为弹性,又可显示为塑性。这种特征除了与物体所处的状态(如温度、压力)有关外,重要的条件取决于外力作用的大小和时间的长短。当外力很小且作用时间很短时,大部分固体可以近似地看成理想弹性体。反之,在很大的作用力下或力的延续时间很长,则多数固体显示为塑性,甚至发生破碎。

地震勘探通常都在远离震源处进行观测,除震源附近的岩石由于受到震源作用(如爆炸)而遭到破坏外,在远离震源处的介质,它们受的作用力都非常小(位移小于1mm),且作用时间短(小于100ms)(N.N顾尔维奇,1975),因此,除震源附近以外的绝大部分地区,岩石都可近似地当作理想弹性体或完全弹性体来研究。这种理想化很重要,因为弹性力学许多问题的讨论都是基于理想弹性介质假设的前提下直接引申应用到地震勘探范畴中来的。

显然,建立理想弹性介质模型可以在一定范围内代替实际介质,但二者差异很大,波在实际介质中传播时,岩石对地震波有吸收作用,吸收激发脉冲波的某些频谱,使其能量发生损耗。因此实际岩石介质既有弹性,又表现出像流体那样的黏性,我们把这样的物体称为黏弹性体,实际的固体接近于黏弹性体。

2.各向同性介质和各向异性介质模型

按固体的性质,弹性理论通常把固体分为各向同性体和各向异性体两种。凡是弹性性质与空间方向无关的固体,称为各向同性体,反之则称为各向异性体。岩石弹性性质的方向性取决于组成岩石的矿物质点的空间方向性及矿物质点的排列结构和岩石成分。

3.均匀介质、层状介质和连续介质

固体的弹性性质不仅同上述的空间方向有关,而且同空间分布有关,特别表现在由弹性性质决定的波传播速度的空间分布上。根据速度的空间分布规律,可以把固体介质分为均匀介质和非均匀介质两大类。均匀介质是指在空间每个点上速度相同的介质,即速度值不随空间坐标而改变。反之,若速度是空间坐标的函数,则称为非均匀介质。如果非均匀介质中介质的性质表现出成层性,且每一层的速度值是不变的,则称这种介质为层状介质。另外,把波速是空间连续变化函数的介质定义为连续介质,即当层状介质中的层数无限增加,每层的厚度无限减小,这时层状介质就过渡为连续介质。

4.单相介质和双相介质

对实际地质介质按上述各种物理模型进行简化时,都只考虑岩相的单一性,例如砂岩相、页岩相……在建立各种物理模型时,把只考虑单一岩相的介质称为单相介质,但是实际上许多岩体往往由两部分组成,一部分是构成该岩体的骨架,称为基质;另一部分是由各种流体(或气体)充填的孔隙。由于地震波经过岩石基质和流体孔隙传播的速度是不一样的,因此从波速来说,这种岩体实际上是由两种“岩相”构成的,我们把这种岩体称为双相介质(K.H沃特斯,1983),当地震勘探的精度需要提高到研究不同的孔隙充填流体对波速的影响问题时,有时要求建立双相介质的模型。

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