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《水與流體飽和孔隙介質(zhì)界面上非鏡面反射聲場的實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、第44卷第1期2001年1月Vol44.No.1Jan.f2001［中圖分類號］P315地球物理學報CHINESEJOIIRNAl?OFGEOPHYSICS［文章蝙號］0001-5733(2001)01-0083一10水與流體飽和孔隙介質(zhì)界面上非鏡面反射聲場的實驗研究諸國楨朱喜福郭宏智（清華大學物理系.北京101X）84,中國科學院岀學所聲場聲伯息國家啦點實騎室，北京［摘要］用光學法和發(fā)射■接收法研究了氷與流體飽和孔隙介質(zhì)界面上聲波的非邃面反射聲場.測嚴了入射角8、為16—80°范圍內(nèi)的反射系數(shù)R,記錄了已在Rayleigh?臨界角8：附近±4°范圍
2、內(nèi)兩束反射波的反射角、波束位移波形和頻譜.實驗發(fā)現(xiàn)在乞附近土4°范圍內(nèi)?觀察到厲兩束反射波A和8.其中波束B沿界面有波束位移△、實驗測出△隨厲堆犬而減小、并非在時最大.（2）反射角等于3、的波束的頻譜很接近于入射波的頻譜?反射角等于2的波束的頻i普相對于入射?波有頻i普的負偏移（3）波束.4的相位與發(fā)射換能器直達波的相位一致，波束8的相位與波束人相反.［關鍵詞］流體飽和孔隙介質(zhì)、非鏡面反射，波束位移，頻譜的負偏移.1引言Biot⑴在1956年從理論上研究了流體飽和孔隙介質(zhì)（FSPM）中的彈性波，并預言其中存在第二種縱波（慢縱波）.直到1980年才山P
3、lona在流體飽和的人工孔隙介質(zhì)2中用發(fā)射-接收法觀測到Biot預言的慢縱波■以后在空氣飽和的孔隙介質(zhì)和天然巖石中6工也用同樣的方法觀測到慢縱波.嚴近我們用光學法更為直接地驗證了FSPM中慢縱波的存在①.Biot理論被實驗強證后?以此為華礎的研究逐漸埴加.山于聲波在FSPM界面的反射任石油勘探、聲波測井中具有應用此?受到了科研工作者的關注⑹.1982年,Feng等⑺運用Biot理論研究脈沖線源在流體與FSPM界面上的丙波傳播模式（包括Rayleigh波xStoneley波、腹Rayleigh波、Stoneley波）.1989年，文獻18］運用Biot
4、理論計算了平面波在流體與FSPM界面髙頻聲波的能朮反射系數(shù)、折射系數(shù)隨入射角度變化的曲線?并進行了實驗驗證?實驗結果和理論計算一致.宙于他們的FSPM樣品中的Rayleigh波速度VR小于水中聲速?所以非鏡面反射現(xiàn)象沒有出現(xiàn).對于液體和均勻固體界面的聲波反射.通常固體的Rayleigh波速度比液體中的聲速【收榷日期］2000-05-29收到.2000-08^12收到燐定稠［墓金項目］國家自然科學基金項目（496M237）.［作者簡介］諸國^,1927年生，1952年漕華大學猜理系畢業(yè)，留枝從教與研究「主要從舉聲學實的，在液品中發(fā)現(xiàn)了一種新譏械，吱及其
5、機理＜?!充E-nwi:zgzdnijy^majl.tsuighua.edu.cn大?當冇限寬度的聲波波束以臨界角4附近入射到液■固界面上時，反射聲束會偏離幾何聲學預計的位世，這種現(xiàn)象稱為非鏡面反射.在二甲苯和鋁的界面上發(fā)現(xiàn)了反射聲束的波束位移⑼.文獻［10］中的實驗觀察到在入射角接近臨界角久時?液?固界面的反射聲束有兩束.文獻［11］從理論上研究了非鏡面反射現(xiàn)象?通過對反射系數(shù)的極點附近Laurent展開■得到了非鏡面反射波聲場的解析表達式，解釋了當時的實驗.后來▼文獻［12］在不對反射系數(shù)取近似的情況下?用數(shù)值積分方法計算了非鏡面反射波的聲場，校
6、好地解釋了非鏡面反射的主要實驗現(xiàn)象.文獻［13］報道了非鏡面反射波的頻潸的負頻移的研究.文獻［14］報道了波束位移4利入射角Q的關系.由于在&附近更大的范圍內(nèi)進行實驗，發(fā)現(xiàn)蟲是伉的遞減函數(shù)?而經(jīng)典文獻［M］中在d,=0c時為極值.目前?對均勻固體界面的非鏡面反射的研究已有多年歷史.但對于液體和FSPM界面的反射■當VR>時(Ur為Rayleigh波速度?匕為流體中的聲波速度)?類似于均勻固體界面的非鏡面反射現(xiàn)象也是很值得研究的，但至今無實驗報道.文獻［15］研究了孔隙介質(zhì)界面的平面波反射系數(shù)的極點和零點，可以看成是這方面理論研究的準備工作.至今尚未見
7、到關于FSPM癢品界面的非鏡面反射的實驗研究報道.由于石油和天然氣儲存于地下砂巖中.我們的研究結果對于巖性勘探和聲波測井具有一定的參考價值.■2樣品參數(shù)的測量和Rayleigh波速度2.1祥品及其Biot彈性常數(shù)測?實驗中所用的FSPM樣品是直徑為150—300阿】的顆粒燒結而成的人工多孔樣品.樣品的厚度h、直徑d、孔隙度0、框架材料的密度仇和固體框架的密度仇等參數(shù)可以通過實驗直接測量得到?曲折度a是根據(jù)公式a=(1+07)/2計算得到的〔曲.樣品中的快縱波速度、橫波速度匕、慢縱波速度是利用Pbw方法測竜的工.Bioi的4個彈性常數(shù)可以用UN及K『來
8、表達?其中表示框架材料的體彈模量，K"表示固體框架的體彈模SLN表示固體框架的切變模蛾為水的體彈模審.實驗樣
