饱和多孔介质多相流体系中孔隙压传播数值分析

杨多兴 刘耀炜 杨选辉 张德良

1）中国地震局地壳应力研究所，北京 100085

2）中国地震局地壳动力学重点实验室，北京 100085

3）LHD中国科学院力学研究所，北京 100190

孔隙压波传播与衰减对解释深部流体在地震孕育、触发和断裂活动过程中的作用机制，以及石油与天然成藏机理等方面具有重要的学术和应用价值。目前孔隙压波的理论与计算以孔隙弹性介质理论、BISQ理论为基础。Biot孔隙弹性理论仅考虑流体沿着波的传播方向发生流动，严重低估了Biot损失。Squirt机理考虑了微裂隙中粘性流体的局部流动，能够合理地解释超声波的衰减特征。Daillo 和 Appel 2000年提出改进的BISQ模型，克服了孔隙压对喷射流动长度的依赖性。孔隙弹性介质理论基于达西定律研究流体的动量输送，对流体与多孔介质之间动量与能量交换、多相流界面动力机制缺乏考虑。

饱和多孔介质中孔隙压波传播和介质动态响应等高度局部化现象都是高度非线性问题。在数值计算时物理量强间断处理和多相流界面发生较大变形的处理是当前的主要难题。对于复杂的介质结构，在不同介质的接触面上，物理量必然存在间断，形成激波，因此必须考虑物质界面的变形运动及其对物理量的影响，多物质计算的一个关键困难在于如何高精度捕捉物质界面及界面处边界条件的确定。长期以来，Euler型方法在孔隙弹性计算中占统治地位，但面临两大挑战：控制方程的离散方法，包括强间断的处理，以及确定物质界面的数值方法。……