裂缝在地下广泛分布，特别是对深层-超深层储层，宏观尺度裂缝和微观尺度裂隙不仅作为流体的储集空间，还为流体运移提供了通道，影响地球物理响应规律。在流体饱和多孔背景介质中，学者们对含定向裂缝岩石的刚度矩阵进行了广泛的研究。然而，现有的刚度模型只考虑了裂缝波致流动（WIFF）衰减机制。对于宏观尺度裂缝，裂缝面的散射（ES）衰减机制不可忽略。为解决这一问题，本文构建了一个频变的刚度矩阵模型（如图1所示），同时考虑了介观尺度裂缝与背景孔隙之间的波致流（FB-WIFF）、微观尺度裂隙挤喷流以及宏观尺度ES等衰减机制。结合沿裂缝面法向入射P波和SV横波的散射场与线性滑动理论（linear slip theory），推导了饱和孔、裂隙背景中含定向裂缝组岩石的等效频变全刚度矩阵。
图1.含多尺度裂缝诱发各向异性岩石物理模型
利用Kelvin-Christoffel方程计算了P波、SV横波和SH横波的速度频散和衰减，如图2所示。模拟结果表明，裂缝FB-WIFF衰减机制对P波和SV横波的速度和衰减均有显著影响，但对SH横波没有影响，而挤喷流和裂缝面ES衰减机制对P波、SV横波和SH横波的速度和衰减均有影响。相较于现有刚度模型，本模型中考虑裂多种尺度的衰减机制，这为深层-超深层裂缝型储层勘探提供了从超声实验室测量（~ MHz）、声波测井（~10 kHz）和地震勘探（~ Hz）等不同尺度和频率的测量数据整合的基础。
图2.含多尺度裂缝诱发各向异性岩石P波、SV横波和SH横波的速度频散和衰减
研究成果近期发表在地球物理领域国际顶级期刊Geophysics。论文第一作者和通讯作者分别为为中国石油大学（华东）地球科学与技术学院泰声（声波测井）团队硕士生王文浩及其导师李盛清副教授。合作者包括中国石油大学（华东）苏远大、唐晓明，南方科技大学郭俊鑫，中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院张承森、段文星。
论文信息：
Wen-Hao Wang, Sheng-Qing Li*, Jun-Xin Guo, Cheng-Sen Zhang, Wen-Xing Duan, Yuan-Da Su, Xiao-Ming Tang, 2024, Frequency-dependent elastic properties of fracture-induced VTI rocks in a fluid-saturated porous and microcracked background. Geophysics, 89(3), MR137-MR153, doi: https://doi.org/10.1190/geo2023-0229.1.