技术摘要：
本发明涉及一种十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波频散衰减分析方法，包括：步骤1：将实际复杂孔隙介质等效为“十字型”孔隙模型；步骤2：根据十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波传播理论计算固相、流相及固流耦合等相关弹性和流体参数；步骤3：根据十字型多尺度流孔  全部
背景技术：
油气勘探开发在其150余年的发展中，极大的满足了社会发展对能源  的需求，为 世界各国经济、社会持续发展提供了不竭动力。当代油气地震  勘探向储层精细描述、微观 孔隙结构研究发展，其核心问题就是理解弹性  波在储层介质中的传播规律。 弹性波作为在海水中能够远距离传播的能量形式，是进行海底探测、  勘察、遥测 的重要技术手段。海底底质参数是水下弹性波场的重要边界，  是影响海洋环境中弹性波传 播规律和弹性波场空间结构的重要因素，是海  港建设、海底工程和海底资源开发的重要信 息基础。 实际的油气储层和海底底质都是典型的孔隙介质。地震勘探和声学探  测技术分 别是油气资源勘查与海底调查的重要手段。弹性波在孔隙介质中  传播时的频散和衰减现 象明显，因此，频散和衰减信息成为油气地震预测  及海底底质参数声学反演所需的重要属 性。 油气地震勘探的地震波为低频，频率范围一般在5Hz至2kHz之间。  而海底声学探 测技术所采用弹性波频率一般为5kHz到数百kHz。开展孔隙  介质中全频段弹性波衰减与频 散等传播特征研究对于油气地震勘探、海底  底质探测都具有重要的科学研究和应用价值。 弹性波在地下介质中的传播机理的研究工作最早从国外开始，发展至  今已经持 续多年，最早可追溯到20世纪40年代。Gassmann在1951年首次  提出了弹性波孔隙介质的传 播理论，引入了孔隙度的概念，建立了著名的  Gassmann流体替换方程。Wyllie等人在1952 年通过以固流交错排列层的  模型等效替代多相多孔介质的思想，给出了波速的一种简单 计算方法。  Goodman等于1972年提出了弹性波在岩石干骨架中的传播理论，解释了弹  性波 仅在空气饱和的多孔介质中的传播机制。 在岩石物理学弹性波传播问题的研究发展过程中，人们逐渐认识到弹  性波在地 下介质的传播过程中，会引发孔隙流体与岩石骨架的相对运动，  流固之间的相对运动是造 成弹性波衰减的重要原因。Biot等人认为弹性波 的能量耗散主要取决于流固相之间的相 互运动，建立以孔隙宏观流为基础 的Biot理论，预测了慢纵波的存在。但Biot理论的预测 结果与实测结果  还是具有明显的差距。Mavko和Nur于1975年提出了微观尺度的流体流动  机制，这种微观流动被称为“squirt”流。 喷射流理论受模型限制，不能单独广泛应用于实际复杂孔隙介质的数  据分析中。 1987年，Bourbie等通过分别对两种能量损耗机制的实验观测，  认为单独的喷射流模型和 宏观流动模型都不能单独完全解释复杂孔隙介质  中的损耗，必须将两种衰减机制结合起 来。1993年，Dvorkin和Nur首次  提出了包含Biot机制和微观喷射流机制的统一弹性波动力 学理论，即BISQ 理论。杨顶辉(1998年)、Diallo与Appel(2000年)、李红星(2018年)  等都从 5 CN 111597763 A 说　明　书 2/7 页 不同角度提出发展了BISQ模型。2004年，NicholasChotiros考虑  颗粒剪切拖力，在BISQ模 型基础上提出了BICSQS模型，但没有引起过多 关注。 随着孔隙介质理论地不断发展，学者们又意识到介观尺度下流体流动  是造成波 衰减和频散的重要原因。介观尺度是指远小于地震波波长，远大  于岩石骨架颗粒地中间尺 寸。1975年，White等首次建立了介观尺度下的  部分饱和的“水包气”同心球状非均匀孔隙 介质模型，又被称为White模型，  斑块饱和模型等。 2001年，Johnson等基于White模型，根据静态Biot基本理论，通过  引入了两个新 的几何参数比表面积S/V和衡量斑块尺寸的参数T，将White  模型推广至了任意尺寸的的斑 块饱和模型。2003年，Pride和Berryman提  出了双重孔隙、双重渗透率介质的部分饱和孔隙 介质模型，对White模型  进做了进一步推广。2007年，Vogelaar等基于Biot理论将White周 期性  层状孔隙介质模型理论拓展至全频段范围。孙卫涛等在2015年根据White  模型思想， 提出了类似余同心球状模型的“內油外水“模型。2012年，巴晶  等在Pride和Berryman所提 出的双重孔隙介质模型的研究基础上，将此理  论发展至多相流体，多相固体的介质理论模 型。 综上所述，现有方法的研究中主要存在以下问题是： 当前主要的孔隙介质弹性波传播理论只描述了一种或两种孔隙流体运  动。但实 际情况中，介质中三种尺度下的流体运动形式会同时发生，不能  简单的认为弹性波的频散 和衰减是由某一尺度下的流体运动产生的，因此  需要发展出新的孔隙介质弹性波传播理 论，将三种尺度下流体的运动(即  宏观，中观，微观流动)在同一个理论中同时考虑，这样无 疑能够更好的  表示不同尺度下流体运动对弹性波在介质中传播的影响。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种十字型多尺  度流孔隙 介质全频段弹性波频散衰减分析方法，以分析多相孔隙介质中的  弹性波相速度和衰减随 频率、孔隙度、渗透率等的变化规律。 为了实现上述目的，本发明提供一种十字型多尺度流孔隙介质全频段  弹性波频 散衰减分析方法，该方法包括： 步骤1：将实际复杂孔隙介质等效为“十字型”孔隙模型，综合体现孔 隙流体的微 观、介观和宏观流。 步骤2：根据十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波传播理论计算固  相、流相及 固流耦合等相关弹性和流体参数。 步骤3：根据十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波传播波动方程求解  平面波 解，生成纵波、横波的相速度和品质因子。 步骤4：根据所述弹性波的相速度与品质因子生成弹性波速度、衰减与  频率之间 的关系。 进一步地，在所述步骤1中，将多相孔隙介质的特征单元等效为半径  为b/2的柱状 特征单元体，“十字型”区域由边长为a的七个正方体组成，  十字型内外含两种不同流体，弹 性波沿柱体的轴向传播。除了延波传播方 向的孔隙流体宏观流，弹性波会导致孔隙结构的 压缩变形，发生垂直于波  传播方向的微观喷射流。由于“十字型”区域内外流体不同，介质 6 CN 111597763 A 说　明　书 3/7 页 存在局  部非均匀性，因此在弹性波作用下，“十字型”区域的内外部分会发生流体 的中观 流动。 进一步地，在所述步骤2中，依据十字型多尺度流孔隙介质全频段弹  性波传播理 论计算孔隙介质固相、流相的刚度系数： N＝Gb 其中， Ks——表示岩石基质颗粒的体积模量； Kb——干岩石骨架的体积模量； Gb——干岩石骨架的剪切模量； ——两种流体的体积模量； φ1＝v1·φ10，φ2＝v2·φ20； v1，v2——两种流体的体积比； φ10，φ20——十字状区域内外部分孔隙度。 进一步地，在所述步骤3中，描述多相孔隙介质综合多尺度孔隙流的  全频段弹性 波传播波动方程如下： 7 CN 111597763 A 说　明　书 4/7 页 其中， u——固体位移变量； U(1) ,U(2)——两中流体位移； ξ1，ξ2——两类孔隙流体的体应变； ζ——体应变增量； ρ11 ,ρ22,ρ33,ρ12,ρ13——与固相密度、两类孔隙流体密度及孔隙度相关的  固流耦 合密度； ——两类孔隙流体的流体压力； ——两种孔隙流体时的耗散系数； η1，η2——两种孔隙流体的粘滞系数； κ1，κ2——两种孔隙流体的渗透率。 进一步地，在所述步骤3中，所述生成弹性波的相速度和品质因子，  包括将波动方 程中各物理量的平面波解的通解形式表示为： 将上式代入所述的多相孔隙介质综合多尺度孔隙流的全频段弹性波传  播波动方 程中，其有解的条件为系数矩阵的行列式为0，根据行列式为0，  可以弹性波的复波数，从而 求得弹性波的速度和品质因子。 。 本发明实施例的有益效果在于： 本发明提出了新的孔隙介质全频段弹性波频散衰减分析方法，克服了  孔隙介质 弹性波频散衰减分析方法没有综合考虑孔隙流体宏观流、微观流  与介观流的缺陷，实现方 法简洁，所需物理参数都可测，可实现应用性好，  可用于分析多相孔隙介质中弹性波频散 与衰减随频率、孔隙度、渗透率等 的变化规律，可为油气储层探测和海底底质弹性波探测 服务。 附图说明 图1为本发明实施例十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波频散衰减  分析方法 流程图； 图2为本发明实施例十字型孔隙介质模型示意图； 图3为本发明实施例固相、流相的刚度系数计算流程图； 8 CN 111597763 A 说　明　书 5/7 页 图4为本发明实施例弹性波的相速度和品质因子计算流程图； 图5为不同孔隙度时弹性波相速度与逆品质因子(品质因子倒数取对  数)随频率 的变化关系图； 图6为不同渗透率时弹性波相速度与逆品质因子随频率的变化关系图； 图7为不同含气饱和度时弹性波相速度与逆品质因子随频率的变化关  系图。