横向各向同性介质水平地应力诱导的正交各向异性地震响应特征研究

作     者：潘新朋 路程旭 赵志者 柳建新 

作者机构：中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 湖南有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙410014 

出 版 物：《中国科学：地球科学》 (Scientia Sinica(Terrae))

年 卷 期：2024年第54卷第7期

页      面：2327-2346页

核心收录：

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42130810、42004107) 湖南省科技创新计划项目(2022RC1238)资助 

主　　题：水平地应力 非线性声弹性理论 线性滑移理论 正交各向异性 地应力预测 

摘      要：沉积地层普遍具有VTI(具有垂直对称轴的横向各向同性)特征,然而在水平地应力的影响下,沉积地层中的裂缝往往会产生各向异性闭合,进而导致水平地应力作用下VTI介质呈现出明显的正交各向异性特征,并影响地震波的传播特征.已有研究重点关注各向同性背景介质在应力作用下引起的弹性波速度各向异性,而未考虑VTI背景介质对于水平地应力诱导各向异性和地震波传播响应特征的影响.针对上述问题,本文首先通过非线性声弹理论建立了水平地应力作用下VTI介质的有效弹性刚度张量,再分别通过波动方程和散射理论建立了水平地应力作用下VTI介质的精确与线性化近似的地震纵波反射系数方程,最后对比分析不同类型弹性反射界面处水平地应力诱导的正交各向异性地震响应特征.结果表明,线性化近似的地震反射响应特征在低于10MPa的小应力条件下与精确方程拟合良好,且诱导产生的方位相关正交各向异性能够准确表征VTI介质在水平地应力作用下的地震响应特征.本文的研究结果也为地应力的地震预测提供了一种新的理论方法和思路.