各向异性地层中声源的辐射与波传播问题一直是地球物理领域内十分重要的方向。特别是在井孔地球物理模型中，由于各向异性地层与充液井孔的共同作用，井中声源激发的弹性波场尤为复杂。随着非常规页岩油气勘探开发的进一步深入，研究井中声源在横向各向同性（VTI）地层中的辐射特性，对声波远探测技术中井外地质体的精确刻画具有重要意义。无限大弹性介质内的充液井孔属于圆柱形开波导,井中声源激发的导波能流分为井内、外两部分的贡献。能流密度是描述波场的关键物理量，表示弹性波在垂直于质点振速方向的单位区域内携带的能量。穿过指定表面的全部能量称为能流，可以通过对该表面的能量通量密度进行积分来实现。文中开发了一种快速解析方法来计算VTI地层井中偶极声源激发的能流和辐射效率，分析了地层各向异性对声能分布的影响，是设计VTI地层中声波远探测激励频带的关键步骤。
图1.辐射图谱描述了SH波能流对各向异性参数和激发频率的敏感性
具体来说，使用Umov-Poynting矢量和最速下降解推导了能流和辐射效率的表达式，对各向异性参数对能流和辐射效率的敏感性进行了全面评估，并详细展示了这些特性在频率和各向异性参数方面的变化。研究结果表明：地层各向异性的存在会严重影响井中偶极声源激发能量的分布，各向异性的改变会导致偶极各个模式波之间产生能量转换。尽管偶极源激发了五种辐射波模式，但由于SH波具有更高的辐射效率，它仍然是快速地层远探测成像的最佳选择。在VTI地层中，SH波的主要激发频带变宽。此外，VTI地层产生的SH波辐射效率存在两个峰值。各向同性介质和各向异性介质中，SH波辐射效率的主要不同在于各向异性介质中低频峰的存在。这一结果为设计井中偶极声源的激发频率和成像处理中带通滤波器的选择提供了基本依据。
图2.使用辐射效率（第7道）解释各向异性地层中2.0-5.0 kHz（第4道）、2.0-3.5 kHz（第5道）和3.5-5.0 kHz（第6道）不同频段成像的现场实例（第3道显示该井段的横波各向异性较高）。第1道给出CAL和DEN曲线。
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Petroleum Science。论文第一作者和通讯作者分别为中国石油大学（华东）博士生古希浩和唐晓明教授。合作者包括中国石油大学（华东）苏远大教授和江苏科技大学孔凡童博士。
论文信息：Xi-Hao Gu, Fan-Tong Kong, Yuan-Da Su, Xiao-Ming Tang*, 2024, Radiation efficiency and energy distribution from a borehole dipole source in the vertical transverse isotropic formation. Petroleum Science. Doi: 10.1016/j.petsci.2024.09.006.