表征岩石样品中 S 波与 P 波的非线性相互作用

岩石的非线性弹性响应已知是由岩石的微观结构，特别是裂缝和流体引起的。本文提出了一种在实验室尺度实验中表征岩石非线性的方法，该方法采用独特的配置。该配置旨在开启将岩石非线性表征作为野外场景成像工具的可能性。我们在室温干燥的 15 x 15x 3 cm Berea 砂岩板上研究了两种行波的非线性相互作用：低振幅 500 kHz P 波探测波和高振幅 50 kHz S 波泵浦波。记录了 P 波探测波穿过由行波 S 波泵浦产生的扰动时的到达时间变化。对波形进行时间门控以模拟半无限介质。相对于 P 波探测信号改变剪切波相位，导致 P 波探测波到达时间变化高达 100 ns，对应于弹性性质变化 0.2%。为了估算样品中的应变，我们还测量了样品表面的质点速度，以缩放有限差分线性弹性模拟，从而估算由 S 波泵浦诱导的样品内复杂应变场，其量级为 $10^{-6}$。我们推导了一个四阶弹性模型，将弹性变化与泵浦应变分量联系起来。在室温下且泵浦波和探测波的质点运动对齐时，我们恢复了二次和三次非线性参数：分别为 $\tilde{\beta}=-872$，$\tilde{\delta}=-1.1\times10^{10}$。温度波动与恢复的 $\tilde{\beta}$ 和 $\tilde{\delta}$ 值变化相关，我们发现当质点运动正交时非线性参数会发生变化。在我们的测量中未观察到慢动力学证据。