剪切波速和含水率双指标评价黄土震陷

为了研究地震荷载作用下黄土场地的震陷预测问题,以兰州黄土为研究对象来分析剪切波速和含水率与震陷系数的关系,并分别得出拟合函数关系。通过分析剪切波速和含水率在震陷过程中的内在联系,建立剪切波速和含水率双指标预测黄土震陷系数的方法,并依据该方法预测永登地震区黄土场地震陷量。研究结果表明:在一定的剪切波速区间内,震陷系数随着含水率的增加而增大;在一定的含水率区间内,震陷系数随着剪切波速的增加而减小。同时提出剪切波速可以反映黄土不因外部条件而变化的潜在震陷能力为绝对震陷能力的概念,相应的震陷系数称为绝对震陷系数,含水率影响潜在震陷能力的释放。通过震害实例计算验证剪切波速和含水率双指标预测方法的可行性。     

干燥、饱油和饱水条件下砂岩地震波速的实验研究

岩石的地震波速度是浅部地层地下识别和区域构造研究的基础.哈密地区是我国重要的产油区域之一.本文利用Autolab2000岩石物性测试仪器,研究了0~200 MPa(约0~7000 m地下深度)下干燥、饱油与饱水三种状态时的砂岩地震波速度,得到了四组砂岩样品在三种状态下的纵横波速度与压力的拟合关系式.实验发现:在三种不同状态下,砂岩样品的纵横波速度都与压力呈对数关系;对于纵波,干燥下的波速明显小于饱油与饱水,但是饱油与饱水两种状态下岩石的纵波速度差异很小,饱水时的纵波速度略大于饱油;对于横波,低压下三种状态的地震波速度基本没有差异,在高压下,饱油与饱水样品的横波速度明显小于干燥样品.     

实验样品波速测量的尺度效应和环境效应

本文用超声波地震模型实验方法,对引起有机玻璃样品P波速变化的尺度因素和环境因素进行了实验研究。结果表明,当样品厚度小于一个波长时,样品尺度和环境介质对样品P波速都有明显影响。当样品厚度由使用换能器的1/16个波长增加到3个波长时,P波速变化约16％。在低于样品P波速的液体中测量,样品的P波速增加,增加的幅度与液体的波速有关。文中还对纵波和拉伸波的转换现象作了初步探讨。     

不同围压和流体饱和状态下致密砂岩弹性各向异性特征

为研究致密砂岩声波速度及其各向异性随围压的变化规律以及不同流体饱和状态下的弹性各向异性特征,钻取了不同方向的岩心并在实验室超声波频率下对致密砂岩的声学特性进行了测量,分别给出干燥和饱和水状态下,不同方向样品纵横波速度、刚性系数以及各向异性系数随围压的变化规律,并对实验结果进行了分析讨论.实验结果表明致密砂岩纵横波速度、纵横波速度比以及刚性系数均随围压增加而增加,但其在不同饱和状态下的变化率却截然不同;纵横波速度比、各向异性系数在饱和水状态下变化规律不明显,表明孔隙流体的存在对于岩石物理性质有着非常重要的影响.这方面的实验工作不但对于考察不同流体性质对致密岩石弹性各向异性影响是必要的,而且有助于致密砂岩油水和气层的识别.     

常温压条件下五种变质程度构造煤的超声弹性特征

鉴于构造煤对煤矿安全生产和煤层气抽采的重要影响,为了实现构造煤的地震预测,针对淮南、平顶山、鹤壁和焦作4个矿区采集的5种不同变质程度的碎粒与糜棱构造煤样进行了走向方向的实验室超声测量。在常温常压条件下,构造煤样纵、横波超声测试显示：相比于原生结构煤,构造煤的纵横波速度、品质因子、弹性模量大幅度降低。具体表现为：构造煤的纵横波速度之间存在一定的相关性,但速度与密度、速度与品质因子、纵波品质因子与横波品质因子之间的线性相关性已不存在;纵横波速度比与泊松比总体呈现降低的规律,纵波品质因子小于横波品质因子。孔隙结构与弹性模量的关系分析显示：纵横波速度与孔隙体积、有效孔隙率和比表面积存在较好的正相关性;杨氏模量、剪切模量也存在类似的关系,但其他模量不存在这种相关性。不同构造煤样的弹性模量、孔隙结构与变质程度、密度之间未发现存在相关性,这与构造煤主要表现为结构的破坏是吻合的。上述实验结果显示,从地震弹性反演的角度预测构造煤是可能的。     

新疆哈密砂岩地震波速、各向异性及弹性性质的实验研究

地震波是研究地球内部物质成分和结构最有效的工具之一.鉴于哈密地区油田对砂岩地震波性质研究的需求,本文在室内利用Autolab2000岩石物性测试设备,开展干燥、饱水及饱油条件下,砂岩X、Y、Z三个正交方向的弹性波速测试,得到不同压力下纵横波速随含水饱和度的变化规律,并在不同含水饱和度下分析了动态弹性常数(E和υ).结果表明:(1)波速与压力呈对数关系,相关系数在0.96以上;纵波速度与含水饱和度呈正相关,但随压力的增加,其增加速率会减小;横波速度在低压下基本不受含水饱和度影响,但随压力增加,其与含水饱和度呈负相关.(2)砂岩Z(垂直)方向波速最小;横波各向异性小于纵波;不同压力下,纵横波各向异性都是干燥大于饱油,并皆大于饱水状态.(3)恒定含水饱和度时,杨氏模量和泊松比皆随围压增加而增加,低压下(小于80 MPa,约3 km深度)增加速度快,而高压下(大于80 MPa)增速变缓;相同围压下,泊松比随含水饱和度增加而增加,而杨氏模量则有增有减.     

等效介质理论中裂缝密度的适用性研究

为了比较裂缝等效介质理论的预测精度,本文利用物理模拟的方法制作了一组9个裂隙密度模型,其中裂隙密度从0增大到12%,裂隙厚度和直径保持不变,分别为0.12mm和3mm.使用0.5MHz的纵横波换能器,采用脉冲透射法得到纵横波的速度和各向异性.然后,将基质的模量、裂缝填充物模量和裂缝参数代入等效介质理论中,计算出纵横波速度和各向异性随着裂隙密度的变化情况.通过纵横波速度的实测值与等效介质理论的定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于8%时,Hudson理论和线性滑动理论对快横波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于9%时,各向异性自洽理论和NIA(非相互作用近似)理论对慢横波速度的预测与实测值非常吻合.通过纵横波速度各向异性实测值与理论计算值定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度各向异性的预测与实测值更吻合;当裂隙密度小于6%时,各向异性自洽理论和NIA理论对横波速度各向异性的预测与实测值更吻合.     

不同围压下岩石中泊松比的各向异性

由弹性波纵横波速比计算得到的泊松比,在利用地震波反演地下结构和物质组成时,可以提供比单纯地利用纵波或者横波波速更强的约束. 为了研究不同岩石中泊松比及其各向异性随围压的变化,选取19块典型的岩石样品,在不同围压下沿相互正交的3个方向同时测量纵、横波速度,并通过计算得到了泊松比及其各向异性. 结果表明,在大部分样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性有一定的相关性,但在有的样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性没有明显的关系,甚至表现出完全相反的变化规律. 由于泊松比也表现出很强的各向异性,在排除微裂隙的影响后有的仍可以达到30髎以上,在利用实际地震波传播数据通过泊松比反演地下物质结构时必须考虑其各向异性的影响.     

渤海潜山储层岩石孔隙结构反演实验研究

多形态拓展孔隙、裂隙并存理论描述了介质中孔隙与多形态裂隙体之间的相互作用,现已被用于岩石的孔隙结构反演．利用实验室加压条件下干燥和流体饱和岩石的纵、横波速测量数据,联合反演了潜山储层岩石的孔隙纵横比谱．反演结果表明：随着有效压力的增加,裂隙元素的纵横比减小,小纵横比裂隙的闭合降低了裂隙密度,导致低压段的弹性波速度显著增大．同时,在双对数刻度下,孔隙度与孔隙纵横比之间存在幂函数关系,孔隙结构指数随总孔隙度单调增加,此关系可用于判别潜山储层的有效性．本文的研究不仅为潜山储层岩石孔隙结构分析方法提供了实验验证,而且给出了一种潜山储层有效性的辅助判别方法．     

剪切波速判别方法对黄土液化判别适用性研究

最近的研究结果表明饱和黄土甚至高含水率的黄土也具有很高的液化势和流态破坏势,而工程设计时关于黄土液化的判别,尚无统一标准,亦无经验可循.用Seed-Idriss简化判别法对兰州某民用机场的饱和黄土和砂土进行了液化判别,并以此结果为依据检验了现有剪切波速判别式对黄土液化判别的适用性.结论显示该场地的黄土剪切波速值过大,《岩土工程勘察规范》与Andrus和Stokoe剪应力比法都不适用.