六种不同变质程度煤的纵横波速度特征及其与密度的关系

对采自不同地区和煤矿的六种不同变质程度煤样进行常温常压条件下的超声测量.测量发现:煤的纵波与横波速度均与密度存在良好的线性正相关关系,且沿煤层走向、倾向和垂直煤层层理方向的纵横波速度逐渐降低;走向、倾向和垂向上的纵波速度与同一方向的横波速度也存在良好的线性正相关性;六种煤样三个方向间的速度各向异性一般都大于10%.通过与经典经验公式—Gardner与Castagna公式理论换算值的对比发现:由于煤层的软岩特征,理论换算煤的纵波速度、横波速度与实验室实测值之间存在较大误差.因此,在煤田地震勘探中应使用根据煤的岩石物理测试而形成的关系式.     

沁水盆地太原组煤层岩石物理性质、镜质组反射率与微观结构实验研究（英文）

为了分析沁水盆地太原组煤层岩石物理性质、镜质组反射率与微观结构之间的关系,采集了三个不同煤矿井下的11个煤岩样品,利用MTS岩石物理参数测试系统对煤样进行弹性参数测试,通过薄片鉴定和扫描电镜对11个煤样的有机显微组分、镜质组最大反射率和微观结构特征进行了分析。对上述实验结果进行交会分析发现:一些弹性参数之间具有线性关系;纵波速度与横波速度均具有各向异性特征,其各向异性特征与镜质组最大反射率有良好的负相关性;纵横波速度、杨氏模量与微孔含量呈负相关关系。获得的煤岩岩石物理参数之间的关系构成了煤岩地震岩石物理建模和煤层气地震反演技术的基础。     

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。     

常温压条件下六种变质程度煤的超声弹性特征

煤弹性是反映煤的物质组分和结构的重要力学特征之一.在钻孔与测井的约束下,运用地震勘探获取煤层的弹性特征以反映其物性等,对于煤炭井工开采和煤层气储层评价及开发具有重要的工程意义,而其中,煤样的超声实验是实现地震反演煤层物性的基础.鉴于此,本文针对中国义马、阜康、淮南、平顶山、鹤壁和焦作6个矿区采集的6种不同变质程度的原煤样30块,在常温常压条件下分别进行了沿煤层走向、倾向及垂直层理三个方向煤样的实验室超声波测量.测试结果显示:煤样纵横波速度在走向、倾向、垂向三个方向上依次减小,存在各向异性,且P波速度的平均各向异性强于S波;品质因子与弹性模量在三个方向上也存在较大差异,且S波的品质因子大于P波的品质因子;弹性模量除泊松比外,均小于一般的沉积岩.通过本实验与分析进一步证明了:Gardener与Castagna公式不适用于中国煤田的煤岩弹性描述,并给出了精度更高的经验公式.     

地层条件下泥、页岩衰减各向异性研究

在实验室对三种泥、页岩和两种具有层理的砂岩样品在一定频率下测量了不同方向、压力、孔隙流体与衰减的关系, 讨论了各种衰减机制的相对贡献大小. 研究表明, 在干燥和流体饱和样品中, 衰减具有明显的压力和方向性. 平行层理传播的纵波(PH)衰减系数小于垂直层理传播的纵波(PV)衰减系数, 传播和震动方向平行层理的横波(SH)和垂直层理传播的横波(SV1)衰减系数小于传播方向平行层理震动方向垂直层理的横波(SV)衰减系数. 平行层理传播方向以Biot流衰减为主, 喷射流作用弱; 垂直层理传播方向是喷射流和岩石骨架粘弹性衰减起主导作用.     

煤岩声波特征研究现状及展望

在系统整理国内外有关研究资料的基础上,论述了煤岩超声波速度的影响因素、煤岩超声波速度与物理力学参数间的关系、煤岩超声波的频谱特征和煤岩声波衰减及各向异性方面的研究进展。针对煤岩超声横波波形复杂,初至及品质因子难以精确求取的问题,应用偏振分析方法拾取横波振相,提高了横波超声测量的精度。针对煤岩超声测试存在的问题,对今后的研究工作提出了作者的一些看法。     

六种不同变质程度煤的最大镜质组反射率与弹性参数的关系

煤镜质组反射率是评价煤阶、区分煤种的重要参数之一,在煤层气勘探与开发、采煤、化工和冶金中有着重要的应用.以往煤阶的评价单纯通过巷道和钻孔取芯的煤样实验室测试分析获得,受取样点有限限制.本文通过6种不同变质程度煤的挥发分和镜质组最大反射率的测试,配合煤样的超声弹性测量,探讨了镜质组最大反射率与地震属性参数-波速、密度和弹性模量之间的相关性.研究发现:煤镜质组最大反射率与地震属性参数均存在较好的线性正相关,其中以密度与纵波速度的相关程度最高.从而为利用煤田地震预测镜质组最大反射率,进而预测煤阶的三维立体分布提供了试验与物理依据.     

不同尺度裂缝对弹性波速度和各向异性影响的实验研究

裂缝广泛分布于地球介质中并且具有多尺度的特点,裂缝尺度对于油气勘探和开发有着重要的意义.本文制作了一组含不同长度裂缝的人工岩样,其中三块含裂缝岩样中的裂缝直径分别为2 mm、3 mm和4 mm,裂缝的厚度都约为0.06 mm,裂缝密度大致相同(分别为4.8%、4.86%和4.86%).在岩样含水的条件下测试不同方向上的纵横波速度,实验结果表明,虽然三块裂缝岩样中的裂缝密度大致相同,但是含不同直径裂缝岩样的纵横波速度存在差异.在各个方向上,含数量众多的小尺度裂缝的岩样中纵横波速度都明显低于含少量的大尺度裂缝的岩样中纵横波速度.尤其是对纵波速度和SV波速度,在不同尺度裂缝岩样中的差异更明显.在含数量多的小尺度裂缝的岩样中纵波各向异性和横波各向异性最高,而含少量的大尺度的裂缝的岩样中的纵波各向异性和横波各向异性较低.实验测量结果与Hudson理论模型预测结果进行了对比分析,结果发现Hudson理论考虑到了裂缝尺度对纵波速度和纵波各向异性的影响,但是忽略了其对横波速度和横波各向异性的影响.     

泥岩、页岩声速各向异性及其影响因素分析

在实验室超声波频率下(纵波主频为700kHz、横波为250kHz)对层理发育的页岩和泥岩的各向异性进行了研究,给出了在干燥和油饱和条件下,样品不同方向上纵、横波速度以及各向异性参数随压力的变化规律. 用X 射线衍射和扫描电镜分析了样品中引起各向异性的原因,指出平行于层理定向排列的粘土矿物和微裂隙是使样品显示出强弹性各向异性的内在原因. 随着压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱. 孔隙流体的存在增强了孔隙（裂隙）的刚度,减弱了各向异性随压力增大而减小的趋势.     

黔东页岩复电阻率各向异性及其与页岩气储层参数关系研究

电法勘探因其成本低、效率高的优势,常被作为寻找页岩气储层的辅助手段.然而,到目前为止,页岩的电性特征,特别是复电阻率各向异性特征,以及其与页岩气储层参数的关系研究甚少,这在一定程度上阻碍了电法勘探在页岩气勘探中的应用.基于此,本文采集了黔东地区几种典型黑色页岩岩样,并测量了 6块黑色页岩在走向、倾向和垂直层理方向的复电阻率,分析了其各向异性特性,讨论了电阻率与总有机碳(TOC)含量、脆性矿物含量、最大镜质组反射率等页岩气储层参数之间的关系.研究表明:(1)页岩复电阻率振幅各向异性存在频率依赖的特征,在中低频阶段,页岩复电阻率振幅各向异性明显,垂直层理方向复电阻率振幅显著大于走向、倾向方向复电阻率振幅,但随频率增加,页岩复电阻率振幅各向异性差异减小,甚至趋于各向同性;(2)复Cole-Cole模型能很好地拟合页岩三方向的复电阻率数据;(3)走向、倾向方向电阻率与TOC含量存在显著的线性正相关关系,通过走向、倾向方向电阻率预测TOC含量有一定可行性;(4)电阻率与脆性矿物含量、黏土矿物含量、最大镜质组反射率关系复杂,未发现简单的线性相关关系.上述研究结果对我们全面了解黔东地区黑色页岩的电性特征,促进电法勘探在页岩气勘探中的应用大有裨益.     

Physical properties,vitrinite reflectance,and microstructure of coal,Taiyuan Formation,Qinshui Basin,China

In this study, we experimentally established the relationship between physical properties, vitrinite reflectance, and microstructure of coal, Taiyuan Formation, Qinshui Basin, China using representative coal samples collected from three different mines via the rock mechanics testing system (MTS). We analyzed the organic macerals, vitrinite reflectance, and microstructure of 11 coal samples using petrography and scanning electron microscopy (SEM). The experimental results suggest that (1) the elastic parameters can be described by linear equations, (2) both P-and S-wave velocities display anisotropy, (3) the anisotropy negatively correlates with vitrinite reflectance, and (4) the acoustic velocities and Young’s modulus are negatively correlated with the volume of micropores. The derived empirical equations can be used in the forward modeling and seismic inversion of physical properties of coal for improving the coal-bed methane (CBM) reservoir characterization.     

Ultrasonic elastic characteristics of five kinds of metamorphic deformed coals under room temperature and pressure conditions

The calibration of the elastic characteristics of deformed coals is essential for seismic inversion of such units, because the prediction of coal deformation is essential for both mining safety and methane production. Therefore, many samples of broken and mylonitic deformed coal were tested with ultrasonic waves in the laboratory. These samples came from four mining areas: the Huainan, Pingdingshan, Hebi and Jiaozuo coal mines, which present five different metamorphic ranks shown as cylinders striking across circular limits of steel. Under normal pressures and temperatures, ultrasonic P- and S-wave tests show that the velocities, quality factors, and elastic moduli of the deformed coals were greatly reduced compared with undeformed coals. Also, some correlation was found between the P- and S-wave velocities in the deformed coals. However, there is no evidence of linear correlations between velocity and density, velocity and quality factor, or the quality factors of P- and S-waves. Compared with the elastic characteristics of undeformed coals, such as P- and S-wave velocity ratios or Poisson’s ratio, those of deformed coals generally decrease and the P-wave quality factors are less than those of S-waves. Moreover, the analysis of the relationship between pore structure and elastic modulus shows a better correlation between the P- and S-wave velocities and effective porosity, pore volume and specific surface area. Also, there are similar relationships between the pore structure and the Young’s and shear moduli. However, there are no such correlations with other moduli. Correlations between these elastic moduli, pore structure, coal rank and density were not found for the various samples of deformed coals, which is consistent with only structural destruction occurring in the deformed coals with other physical properties remaining unchanged. The experimental results show that it is possible to predict the deformation of coals with multi-component seismic elastic inversion.     

The bound weighted average method (BWAM) for predicting S-wave velocity

The shear-wave velocity is a very important parameter in oil and gas seismic exploration, and vital in prestack elastic-parameters inversion and seismic attribute analysis. However, shearing-velocity logging is seldom carried out because it is expensive. This paper presents a simple method for predicting S-wave velocity which covers the basic factors that influence seismic wave propagation velocity in rocks. The elastic modulus of a rock is expressed here as a weighted arithmetic average between Voigt and Reuss bounds, where the weighting factor, w, is a measurement of the geometric details of the pore space and mineral grains. The S-wave velocity can be estimated from w, which is derived from the P-wave modulus. The method is applied to process well-logging data for a carbonate reservoir in Sichuan Basin, and shows the predicted S-wave velocities agree well with the measured S-wave velocities.     

岩石正交各向异性的实验观测

岩石速度各向异性由多种因素引起,如果这些因素在岩石中构成正交分布,就会出现正交各向异性.在实验室通过选择了三种不同岩性的岩石,采用超声脉冲测试方法中的横波偏振扫描方式,观测了岩石样品三个坐标方向上的横波速度变化,通过分析三个传播方向上出现横波分裂的差异,以及出现最大或最小快慢横波振幅的偏振方向发现,可从横波偏振方向和速度值判断出纹理砂岩和裂隙大理岩样品存在不同程度的速度正交各向异性和裂隙方向等特征,认为这两种岩石的正交特性的原因是岩石的层理或裂隙与岩石本身的结构(定向颗粒或结晶)构成的.实验室超声波测试可以找出正交各向异性的结构方向.     

HOW DO SHEAR WAVE EVENTS AFFECT NORMAL P-WAVE RECORDS?*

It has been known since the beginning of reflection seismics that several disturbing events seen in seismic records are caused by waves with S-wave velocities instead of P-wave velocity. When using dynamite and recording with vertical geophones these events are primarily caused by converted waves. On the basis of known P- and S-wave velocities in a certain area a theoretical seismogram is calculated, displaying traveltime as well as energy relation for different wave configurations. By comparison with seismograms recorded in the same area it can be shown that converted wave events can be clearly recognized. These events can be described theoretically. Thus, either more effective computer programs can be applied to eliminate these disturbing events, or these events can be evaluated to get additional information about specific strata.     

镜质组反射率测试及其所反映的构造应力场

为了利用煤镜质组反射率推断豫北构造应力场，基于构造应力是造成镜质组反射率各向异性（VRA）的主要控制因素，对在豫北焦作、安阳、鹤壁三个矿区井下取的定向煤样品进行了室内显微镜下反射率测试，对测试数据按有关公式进行计算后就得出了由最大反射率值、中间反射率值、最小反射率值为轴组成的镜质组反射率椭球体（VRI）.结果表明，研究区煤样显示二轴晶正光性，它们经过了强烈的构造变形，研究区煤样镜质组反射率各向异性是由构造应力所引起；由镜质组反射率椭球体（VRI）得出的豫北构造应力场与钻探、节理统计、河南省区域构造应力场分析等方法得出的应力场基本上是吻合的，但也有一定的区别，主要体现在应力场到安阳、鹤壁矿区后发生了向左的偏转.总之，利用煤镜质组反射率各向异性推断构造应力场的方法是可行的、是有效的.     

横波速度预测方法

准确的横波测井速度是叠前地震反演和叠前地震属性分析的必要参数,然而实际生产中往往缺乏横波速度信息.采用经验公式往往精度有限,本文采用Biot-Gassmann低频速度模型,以及Pride公式建立起基质弹性模量与骨架弹性模量关系,证明了纵波速度大小随固结系数的增大而减小,因而可以通过迭代方式计算出合适的固结系数,进而得到横波速度大小.通过两个实例说明该方法能得到很高的预测精度.