炸药震源在不同岩性中激发生成弹性能量的数值模拟

At present,explosive source is the most common and ideal source in seismic exploration and the excited seismic wave has good pulse properties and high seismic energy, so it becomes very popular and is widely used in complex region of China. In order to improve the excitation effect, a lot of research work has been done on the quantity, depth, coupling and combination of explosive. However, there is less discussion about the mechanism of elastic energy generation from excitation of explosive source.This project will focus on the numerical simulation of explosive source excitation process. Firstly we establish the mechanical equations describing the particle motion; Secondly adopting the material point method to simulate the large deformation process of rock under action of explosive; Thirdly introducing the elastic modulus and stress-strain rate curves of different lithologies measured from experiment into the solution process and recording the stress, velocity and displacement duration curves of the mass points at different locations; Lastly summarizing the elastic energy generation, propagation and attenuation laws of different lithologies, which contributes to some theoretical exploration for explosive source improving seismic record quality.

炸药震源是目前地震勘探中最常用且较为理想的震源，它激发的地震波具有良好的脉冲性质和较高的地震波能量，是我国复杂地区进行地震勘探的首选震源。为改善激发效果，前人在炸药的药量、激发深度、耦合性、组合等方面做了大量的研究工作，但炸药震源激发下的弹性能量生成机理却少有人讨论。本项目拟就炸药震源激发过程的数值模拟为研究重点，首先建立描述质点运动的力学方程组，然后采用物质点法来数值模拟炸药作用下的岩石大变形过程，通过实验测定不同岩性的弹性模量和应力-应变率曲线，带入求解过程，记录不同位置处的质点应力、速度、位移历时曲线，总结出不同岩性下的弹性能量生成、传播、衰减规律，为使用炸药震源提升地震记录品质做一些理论探索工作。

炸药震源是目前地震勘探中最常用且较为理想的震源，它激发的地震波具有良好的脉冲性质和较高的地震波能量，是我国复杂地区进行地震勘探的首选震源。为改善激发效果，前人在炸药的药量、激发深度、耦合性、组合等方面做了大量的研究工作，但炸药震源激发下的弹性能量生成机理却少有人讨论。本项目以炸药震源激发过程的数值模拟为研究重点，首先建立了描述爆轰过程和围岩塑性变形过程的力学方程组，通过实验测定不同岩性岩石的弹性模量和应力-应变率曲线，然后采用有限元法来数值模拟炸药震源激发过程，记录模型不同位置处的质点应力、速度、位移历时曲线，总结出了不同岩性下的弹性能量生成、传播规律。. 研究发现，采用与围岩阻抗匹配的炸药类型、以逼近饱和药量的用药量、在炸药柱顶端引爆，最有利于激发出强的弹性能量；同时还发现，单井激发条件下，各种围岩中激发的弹性能量随着炸药用量增加都有向侧下方传播的趋势，这不利于提升激发效率，组合激发是改变这一能量分布样式的良好方法，野外试验表明组合激发能平均提升15%左右的地震资料信噪比。. 本项研究在炸药震源弹性能量生成机理、提升能量利用效率方面做了初步的研究，为使用炸药震源提升地震记录品质做了一些理论探索工作。