双相介质人造岩心含水饱和度对声学参数影响的研究

双相介质储层的物性参数对地震勘探技术和油气田的开发具有十分重要的意义,由于人造岩心样品具有实验参数可控、性能稳定、重复性好等特点,被广泛应用于地震物理模拟的相关研究.本文对采用石英砂和环氧树脂胶结成型的双相介质人造岩心样品进行了测试分析,主要研究了样品孔隙度及含水饱和度对其声学特性的影响,尤其是讨论了含水饱和度变化对双相介质人造岩心纵、横波速度和弹性参数的影响.实验结果表明,当双相介质人造岩心样品孔隙度小于10%时,纵波波速会随样品含水饱和度的增加而呈现上升趋势;当样品孔隙度介于10%至25%之间时,纵波波速呈现出加速线性上升的趋势;当样品孔隙度大于25%时,纵波波速会先下降,在含水饱和度在0.4~0.5时达到最低值,然后开始上升,逐渐恢复到比含水饱和度为0时略高的范围,而其横波速度随含水饱和度增加未出现明显变化.通过对比双相介质人造岩心饱水前后弹性模量的变化特征,发现泊松比ν是弹性参数中识别流体最敏感的指示因子.     

三种不同压缩条件下大型混凝土标本地震波变化特征的实验研究

1.引言许多关于岩石样品和模拟岩石样品的实验结果都证实了,在样品破裂前波速有一个明显的变化过程。但由于实验设备和技术所限,绝大多数实验样品都是比较小的,其尺度一般仅在几厘米到十几厘米,与野外实际情况相差较大。因此,有必要对大尺度样品进行实验     

不同性质岩块构成的样品破裂前的波速变化

用超声脉冲法研究了不同性质岩块构成的样品破裂前的波速变化。样品为长方形大理岩板,中心镶嵌大理岩、辉长岩、花岗岩,砂岩圆块。实验表明,样品破裂时裂纹穿过低强度镶嵌岩块而绕过高强度镶嵌岩块。在第一种场合样品破裂前,镶嵌岩块內波速变化显著,在第二种场合样品破裂前镶嵌岩块內波速变化不大。穿过两种岩石界面的波速测量表明,波速下降的起始点提前到样品破坏应力的60%左右。样品破裂前波速总的变化趋势是下降,但不是单调下降而呈现起伏。这说明介质不均匀性会对岩石破裂前的波速变化规律产生不可忽视的影响。      

利用主动震源直达波互相关时延检测技术监测小江断裂带浅层地震波波速变化

为了监测云南小江断裂带附近地震波波速的连续变化,2006年4月在小江断裂带以西10 km布置了一条长235 m的主动震源浅勘测线,进行为期1个月的连续观测实验。采用前后互相关技术对直达波进行了高精度波速变化测量,分析得到以下结果和结论:(1)实验期间,实验点地下介质存在相对波速变化δv/v≈10-3~10-2;(2)波速变化随震中距增加迅速减小,这可能反映了较浅层波速变化与较深层相比更剧烈;(3)波速变化和大气压变化有很好的相关性,相对波速变化对大气压的敏感系数为10-6Pa-1量级;(4)降雨会显著影响波速与气压的关系,降雨前相对波速变化随气压增加而增加,而降雨后相对波速则与气压呈负相关。     

昆明地区剪切波速测试误差及其对反应谱影响初步研究

昆明是我国西部地区的重要城市。由于地震频发、地质条件复杂,昆明已经被我国列为重点抗震设防城市。昆明已经于2006年完成了整个城市的地震安评工作。为了进一步完善地震安评工作,本文对地震安评的必备参数——剪切波速进行了测试误差专项研究。为了保证实验精度,研究人员邀请了昆明地区7家测试单位对实验钻孔进行测试并要求这些单位提供了原始的波列图。依据现场的单孔法剪切波速实验结果,本文运用统计学基本原理给出了昆明地区的测试误差,用SHAKE2000软件计算研究了108个工况下的不同程度测试误差对地表加速度反应谱和PGA的影响,得到了如下结论:实测结果表明,0至40 m内昆明地区剪切波速测试误差不随深度发生明显改变,误差的标准差平均为8%,最大误差不超过20%;反应谱和PGA的变化程度随波速测试误差程度增加而增加;波速误差在1倍标准差内时,反应谱峰值部分变化小于20%;在波速取极值时,峰值部分变化可能超过40%;输入的地震动不同,反应谱和PGA的变化规律有明显的差异。输入波频率成分与场地频率成分接近的的地震动时,当波速测试误差变大时,反应谱和PGA的变化更明显。由于工作条件限制,本文只选取了一个昆明地区的实验场地,还需要丰富现场实验资料以构建更全面的波速测试误差分布规律,同时还需要计算研究更多工况下剪切波速测试误差对相关参数的影响。     

输入界面对反应谱特征周期的影响

为了研究输入界面对反应谱特征周期的影响,在研究我国数百个工程场地钻孔资料的基础上,选取了5个有代表性的土层剖面,利用目前工程上广泛应用的场地地震反应分析方法(一维等效线性化波动方法),计算了这些场地在6种不同强度地震动时程输入下的反应谱特征周期。结果表明,当覆盖土层厚度薄时,特征周期随输入界面剪切波速的增大而减小;当覆盖土层厚度一般时,特征周期随输入界面剪切波速的增大没有一定的规律;当覆盖土层厚度很厚时,特征周期随输入界面剪切波速的增大而增大,特别是输入地震强度较大时,增速较快;改变基岩剪切波速,对特征周期影响很小。     

轴向压力下砂岩波速的实验研究

对轴向压力下的砂岩波速进行了实验研究．结果表明,波速随着压力的增加而增加,并且与加卸载循环有关．对非线性模量与应变的关系进行了拟合．用非线性模量来替代弹性模量,推导出了轴向压力下干燥砂岩样品的波速计算公式,得到了速度和应变的关系曲线．实验数据与理论曲线有较好的一致性．     

周期性层状介质中超声波传播的实验研究

实验研究了韵律层结构和超声波探测频率对弹性波波速和波形的影响。实验中所使用的超声波频率为 2 4 0kHz ,韵律层由不同厚度的钢板和有机玻璃板构成。研究表明 ,当λi/di<4 (i=1 ,2 ) (λi 为超声波在介质i中传播时的波长 ,di 为韵律层中介质i的厚度 )时 ,韵律层的波速近似等于 2种介质的时间平均速度 ;当λi/di>5 (i=1 ,2 )时 ,其速度开始显著地降低 ,并趋向于有效介质波速的Reuss下限 (VRp)。韵律层的结构对于透射波的波形有显著的影响。特别是当λi/di 接近于 6时 ,透射波波形非常简单 ,并且其透射波的振幅显著地降低。因此波形简单并不一定对应着简单的介质结构。由于弹性波在韵律层中的传播速度以及波形与探测频率有关 ,因此在利用地震测深结果分析岩石圈结构 ,推断其物质组成时应该充分考虑地震测深频率和地壳结构对分析结果的影响     

单轴压缩下干燥和饱水岩石中超声P波的衰减

根据脉冲传播和频谱比方法的基本原理建立了一套超声波衰减和波速测量系统。研究了单轴压缩下超声P波在干燥和饱水的小浪底砂岩和房山大理岩中的衰减和速度。常压下,水饱和样品的Q_P值低于干燥样品。初始加载时,在大多数情况下,Q_p值明显增加即衰减减小;当应力水平达破裂强度50-60％后,岩石开始膨胀,Q_p减小即衰减增加;临近破裂Q_p减至最小。Q_p的变化量达一个数量级。单轴压缩下,在干燥和饱水的砂岩、大理岩中,V_p分别增加为27％和28％,44％和11％。径向Q_p和V_p随单轴压力的变化比轴向小得多,呈现明显各向异性。在本实验条件下,波在裂纹表面的摩擦耗散是主要的衰减机制,水的作用主要是潮湿和润滑裂纹表面,促进滑动,增加衰减。     

超声波速度测定中影响因素的实验研究

超声波测波速时,会受到样品长度、换能器频率、信号放大倍数以及耦合剂和耦合力等因素影响.为了定量地了解这些因素对测量结果的影响,本文用550 KHz、50 KHz二种频率换能器测量了近百块不同长度、空气干燥样品的波速.发现波速随长度的增加由一维“杆”中的波速逐渐增大并稳定在三维“无限大”中的波速,在此过程中长度对550 ...     

软土层几何特性与剪切波速对场地峰值加速度的影响

软土层对场地地震动的影响一直以来是地震工程学的研究重点。本文应用一维真非线性场地反应分析方法,对某单层匀质场地内软土层的几何特征(厚度与埋深)和剪切波速变化对地面峰值加速度的影响进行了数值分析。研究结果表明:软土层的存在使得场地加速度幅值分布在软土层处发生突变,随着软土层几何特性和剪切波速的不同,这种突变可能使得地面峰值加速度增大或减小;存在一个由软土层厚度、埋深和相对剪切波速三个参数构成的临界状态面,当软土层的状态位于临界面以内时,软土层对地面峰值加速度起放大效应,且加速度效应系数随着上述三个变量的增大表现出先增大后减小的变化规律;当软土层位于临界面以外时,其对地面峰值加速度起衰减效应,加速度效应系数随着上述三个变量的增大而减小。根据算例的参数分析建立了其临界面方程,并提出了估计软土层加速度效应系数的经验公式,可为类似问题提供参考。     

华北地区典型岩石在1万巴压力下的密度和弹性波速度的实验研究s

利用高压三轴容器,对华北地区九种典型岩石的密度和弹性波速度随压力的变化关系进行了实验研究。实验的最高压力达到10,500巴。实验中利用电阻应变片测量岩石的体积变化从而得到密度的变化。用高频脉冲法测量了弹性波速度。由得到的密度参数和波速参数计算出高压下岩石的声阻抗。根据体应变和波速随压力变化的曲线估算了岩石的体积模量,裂纹孔隙度,裂纹闭合压力,波速达到稳定变化时的压力以及波速达到稳定变化时的值与常压下的波速值的差。对这些参数在地学及爆破工程上的应用进行了简单的讨论。      

不饱和黄土的波速与质量含水率关系

黄土具有特殊的物理力学性质,且多具湿陷性.本文采用陕西省延安市南沟村的黄土研究不饱和黄土波速与质量含水率之间的关系.低场核磁的T2驰豫曲线表明黄土样品中水分主要为两种存在状态,一种是存在于小孔径中的结合水,另一种是存在于中孔径和大孔径中的自由水.随着黄土质量含水率的增加,结合水占比显著增高.黄土的中小孔含水占比与纵横波速度具有正相关关系.黄土样品的纵横波速度测量结果显示黄土的纵横波速在含水率小于8％时,随着质量含水率的继续增加,纵横波速度呈现出下降趋势;当质量含水率大于8％时,纵横波速度基本保持不变.土壤波速理论模型能较好描述质量含水率小于8％的纵横波速度变化,但质量含水率超过8％之后低估了黄土波速值.     

地震动输入界面的选取对地震动参数的影响

地震反应分析中的输入界面是一种规定的假想基岩面,其选取具有很大的不确定性,对确定地震动参数的影响很大.本文以北京地区存在剪切波速较高的卵石硬夹层场地为研究对象,探讨实际工程场地中能否将硬夹层选作地震动输入界面的问题.利用一维等效线性化波动方法,对390个含有剪切波速高于500m/s的卵石层场地模型进行地震反应分析计算,讨论卵石层的上覆土层、下伏土层以及卵石层自身特性对地震反应分析结果的影响.计算结果显示,厚度5m左右、剪切波速小于600m/s的卵石层作为地震动输入界面是否合理,主要取决于上覆土层和下伏土层,而卵石层厚度和剪切波速的影响很小.对于一般性工程,当上覆土层厚度大于15m,下伏土层厚度在10m以内时,选取硬夹层顶面与选取钻探揭示的基岩或剪切波速不小于500m/s的土体顶面为输入界面,计算结果差别不大;当上覆土层厚度达到60m,下伏土层的变化对计算结果影响很小.研究表明,在钻探没有揭示出基岩或坚硬土体时,埋深大于60m的硬夹层可以选为地震动输入界面,这一结论对实际的地震安全性评价工作具有一定参考价值.     

场地条件对地表峰值加速度的放大效应分析

在研究西安地区大量钻孔资料的基础上,构造了44个不同等效剪切波速和覆盖层厚度场地条件下的典型场地剖面,利用一维等效线性化地震反应分析方法,计算了不同场地在3种不同强度的地震动输入下的地面峰值加速度,分析了地震动峰值加速度放大系数ks随场地类别、等效剪切波速Vse、覆盖层厚度H和输入地震动强度ar的变化特征,指出了按场地类别对地震动峰值加速度调整存在的问题。分析结果表明,加速度放大系数随等效剪切波速、覆盖层厚度及基岩输入地震动强度的增大而减小;等效剪切波速对加速度放大系数的影响大于覆盖层厚度的影响,随着输入地震动强度的增大,覆盖层厚度对加速度放大系数的影响成份有逐渐加大的趋势;覆盖层厚度对加速度放大系数的影响程度随着等效剪切波速的增大而逐渐减弱;加速度放大系数与场地等效剪切波速和覆盖层厚度之间具有较高的拟合度的统计回归关系。由此提出了直接用场地等效剪切波速和覆盖层厚度对地震动峰值加速度进行调整的新途径。最后,就地震动峰值加速度随场地条件的调整方法,提出了有待进一步研究的问题。     

含有障碍体的岩石样品破裂发展过程中的b值变化

本文用AET—5000型声发射仪对单轴压力下含有障碍体的岩石样品于破裂发展过程中的b值变化进行了研究。结果表明,不存在障碍体时大理岩板的b值随应力的增加而单调下降,由0.80降至0.13,直到岩样破裂为止。存在单个尺度较小的障碍体时,加载初期b值下降,当达到破裂应力的40％左右,b值回升;当障碍体的尺度较大时,b值在达到破裂应力的70％左右回升;然后,它们在应力再度增强时,b值又重新下降。而存在多个障碍体时,其变化形态随着障碍体的不同分布而不同。 最后讨论了造成b值变化的可能原因及其在地震预报中的影响和作用。     

土层剪切波速测试中的不确定性对场地地震动参数的影响分析——以Ⅲ类场地为例

本文选取山东地区2个Ⅲ类场地的工程地质勘探及土层剪切波速等资料,将土层厚度按5个深度段,每个分段给出了4个土层剪切波速的改变量,通过改变不同深度段土层剪切波速,建立了19种土层地震反应分析模型,分析了不同深度段,不同概率水平下土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究表明,不同深度段土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响有差异。具体表现为,土层剪切波速的改变在1—10m、11—40m和地震输入界面处三个深度段对地震动加速度峰值影响较大;其中,41—70m和71—100m两个深度段剪切波速的改变对地震动加速度峰值影响小;在土层深度1—10m时,剪切波速降低,峰值变大,剪切波速的改变与峰值的改变呈负相关;在其它深度段,剪切波速降低,峰值变小,剪切波速的改变与峰值的改变呈正相关。剪切波速的改变在1—10m和11—40m两个深度段对地震加速度反应谱影响较大;在41—70m、71—100m和地震输入界面三个深度段对地震加速度反应谱影响很小。     

砂岩和页岩弹性波性质的实验研究进展

砂岩和页岩的弹性波性质是通过地震资料推断储层物性和流体分布的基础.岩石波速测量常用超声波(10⁵～10⁶ Hz)脉冲法,低频岩石物理实验技术的发展为研究弹性波在岩石中的衰减和频散奠定了基础.本文系统总结了前人在高频和低频下测量砂岩和页岩弹性波性质的方法和实验结果,并结合矿物弹性性质和岩石物理模型,分析了压力、温度、矿物组成、孔隙结构、流体、频率等因素对岩石波速和衰减的影响.由于孔隙和微裂隙随压力增加而逐渐关闭,干燥砂岩和页岩的P波和S波速度在低压下随压力非线性增加,高于临界压力呈线性增加.干燥岩石样品的波速随温度增加而缓慢线性降低,频散效应可以忽略.而含流体砂岩和页岩的衰减和频散受温度、压力、流体饱和度、流体黏度、孔隙结构和频率等多种因素的影响,含流体砂岩和页岩的泊松比和逆品质因子Q^-1显著高于干燥样品.低压下砂岩的波速与孔隙度负相关,而影响页岩波速的因素更为复杂,页岩的波速、衰减和频散的各向异性都高于砂岩.将跨频段岩石物理实验与数字岩石物理技术相结合,可为勘探地球物理的方法创新和资料解释提供可靠依据.     

中国及邻区Pn波速度结构成因探讨

在汪素云等利用全国地震台网资料所得结果的基础上, 补充了约5万条区域地震台网Pn波到时数据, 再次反演了中国及邻区Pn波速度横向变化和各向异性变化. 对比分析了研究区的地壳厚度分布、大地热流分布、新生代火山岩分布和高温、高压实验研究结果, 并探讨了中国及邻区Pn波速度结构的成因. 定量分析结果表明, Pn波速度与地壳厚度成正相关变化, 与大地热流成反相关变化. 根据Pn波速度随地壳厚度变化而估计的P波速度vP随压强p的变化率δvP/δp, 与(Matsushima和Akeni)由二辉橄榄岩包体的岩石实验所得结果非常接近. 在扣除了增厚地壳引起的压强增大对Pn波速度的可能影响后, 青藏高原地区的低Pn速度区更加显著. 低Pn速度区与新生代火山岩分布区有较好的一致性. 在几处波速各向异性显著的区域, 快波速方向与地壳最大主压应力方向和现代地壳运动方向一致, 可能与研究区上地幔顶部沿挤压方向的流动变形有关.     

回填土不确定性对场地地震反应的影响

选取某核电场地控制性钻孔的厚度、剪切波速、密度等实际勘探数据,通过改变回填土剪切波速,分析了回填土不确定性对场地地震动参数的影响。研究结果表明:在回填土层厚度不变和模型总厚度不变的情况下,地表的水平向峰值加速度随着回填土剪切波速的增大而减小,但水平向峰值加速度增幅逐渐减小;回填土剪切波速到达一定的波速就不再影响地表水平峰值加速度;随着回填土剪切波速的增加,整个反应谱的谱值都普遍减小。