在非常規(guī)油氣儲層以及低孔滲儲層中，裂隙對于儲層中油氣的運移起了重要作用，因此對巖石中裂隙的識別與標定研究，受到了研究人員的廣泛重視。地震學手段由于能無損探測地下結構信息，常被用于識別標定巖石中裂隙的形態(tài)與展布規(guī)律。
通常情況下，巖石中的裂隙可視為由于應力作用產生的定向排列的二維線形飽和流體的散射體（圖1）。地震波在傳播過程中，慢縱波與散射體相互作用，產生地震波速度頻散以及能量衰減，進而作為識別裂隙的重要信息。目前速度頻散及衰減曲線?；谌S裂隙理論，結合分支函數(shù)（branching function），通過插值手段得到。但是這種插值手段作為一種半經驗方法，未能揭示地震波與裂隙作用的本質，其準確性受到質疑，需要從基本動力學方程出發(fā)，分別討論不同頻率范圍下地震波與裂隙的相互作用方式，進而建立精確的描述二維裂隙速度頻散以及能量衰減特征的模型。
圖1 巖石中二維裂隙分布狀態(tài)示意圖：黑色橢圓形包含物為裂隙，其背景介質為孔隙彈性介質
針對上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所油氣資源研究院重點實驗室博士生付博燁與導師符力耘研究員等，首次從孔隙彈性方程出發(fā)，將背景介質中的二維裂隙視為一階擾動，解決了孔隙彈性方程的混合邊值問題，從而計算了裂隙產生的地震速度頻散以及能量衰減，揭示出地震波與裂隙作用的本質（圖2），相比于其他方法，該方法更嚴格，結果可信度更高。
研究還取得了以下認識：(1) 當慢縱波波長與裂隙尺度近似時，速度頻散與能量衰減強度最大，說明慢縱波是誘發(fā)速度頻散和能量衰減的主要原因。當?shù)卣鸩òl(fā)生的能量衰減最強時，根據慢縱波波長可推測裂隙平均長度。 (2) 當頻率較低時，地震波速度最小，此時慢縱波波長最長，導致裂隙內部流體與背景介質之間充分相互作用，產生強烈粘滯耗散，使得速度降低；反之亦然。（3）從理論上證明了分支函數(shù)插值的簡單性與準確性，為其廣泛應用提供了基本依據。
圖2 不同模型計算值對比（a）速度頻散對比；（b）能量衰減對比
研究成果發(fā)表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth。（Fu B Y, Guo J, Fu L Y, et al. Seismic dispersion and attenuation in saturated porous rock with aligned slit cracks[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2018, 123(8): 6890-6910.）（原文鏈接）