致密油气是非常规油气资源的重要组成部分,但传统地球物理理论和方法难以直接应用于致密油气资源的勘探和开发,因此需要发展新的理论和方法。其关键是建立能够准确刻画致密孔隙介质中波传播规律的数学-物理模型,即波传播模型。为此,本论文基于致密油气储层的主要特征,考虑多种物理机制,建立了精准刻画含流体致密孔隙介质中包含多物理机制、多尺度的波传播模型,并对波频散和衰减以及波场模拟进行了深入研究。具体包括下列几个方面的内容:第一、发展了一种基于非达西流的波传播模型。该模型考虑了致密储层中普遍存在的非达西流对波传播的影响,将非达西渗流关系引入到孔隙介质波传播方程中。之后,通过对该模型进行平面波分析研究了非达西流对波频散和衰减的影响。数值结果表明,等效流体的幂律指数和波的初始位移对波频散和衰减产生显著影响。此外,为了更为准确地刻画低频范围内的波频散和衰减,本论文将粘弹性模型与基于非达西流的波传播模型结合,建立了包含两种机制的耦合模型,并研究了两种机制对频散和衰减的影响。将该模型应用于实际含流体致密岩石的实验数据证实了该模型能较为准确地刻画低频范围内的波频散。第二、由于介观和微观尺度的非均匀性普遍存在于致密油气储层,且是造成波传播能量耗散的主要机制。为此,本论文发展了一种多尺度多物理机制的孔隙粘弹性波传播模型。该模型能够同时包含两种尺度的非均匀性机制对波造成的频散和衰减影响。将该模型应用到真实致密储层岩心实验数据,通过理论预测与实验数据的比较,验证了新模型的有效性和准确性。第三、利用有限元方法对基于多尺度多物理机制的孔隙粘弹性模型进行数值求解。针对该模型的特征,将SRM吸收边界条件应用到数值求解中,结果显示该边界条件吸收效果良好。之后,本论文根据致密油气储层的实际地质特征给出了宏观均匀和非均匀孔隙介质的波场模拟结果。第四、针对极低频率情况下致密孔隙介质中的波传播速度不满足Gassmann关系的问题,本论文将广义等效压强的概念引入到包含多尺度多物理机制的孔隙粘弹性模型中,并研究了等效压强系数这一新参数对波传播特征的影响,结果显示等效压强系数对快P波的速度和振幅有显著影响。