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具有离散裂缝空间分布的二维固体中地震波传播的有限差分模拟

刘恩儒  岳建华  刘彦  
【摘要】:结合有限差分方法和等效介质理论,模拟了离散分布裂缝介质中地震波的传播.基于等效介质理论,利用二维有限差分实现封闭裂缝的离散分布;裂缝可以处理成固体岩石中的高度柔性界面,并可以用线性滑动或者位移间断模型进行裂缝的物理描述.对于含有多组裂隙的破裂固体,其有效柔度可以认为是固体骨架背景柔度和裂缝附加柔度之和.在一阶近似条件下,固体骨架和裂缝参数可以通过有效各向异性系数联系起来,有效各向异性系数决定了各向异性(裂缝效应)对于地震波传播的影响.通过与射线理论方法的对比检验,说明本文提出的模拟方法的有效性,并通过几个数值算例说明本方法可有效模拟不同的裂缝分布效应.结果表明,即使在裂缝密度很小的情况下,具有相同裂缝密度的不同的空间分布可以产生不同的波场特征.同时,也验证了不同裂缝尺度对波长的不同影响,以及裂缝尺度具有幂率分布(分形)时,尺度对波场的影响.最后得出结论:在运用建立在等效介质理论基础上的地震各向异性概念来描述裂缝固体的特征时,要倍加小心,等效介质理论中尚未合理处理的裂缝尺度和空间分布对波的传播特征具有重要的影响.

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