饱和砂岩在温度和频率域的衰减和速度频散

利用Metravib热机械分析仪, 在天然地震的频率和温度范围内, 首次对泵油和甘油饱和两种孔隙度的彭山砂岩的衰减和速度频散进行了实验研究． 结果表明, ① 泵油饱和彭山砂岩对频率和温度的依赖呈热激活弛豫规律; ② 杨氏模量和弹性波速度与孔隙度、 温度呈负相关, 与饱和液体的黏滞系数、 频率呈正相关; ③ 频散效应因频率上升而增强, 因温度增高而减弱． 这一规律性的结果为地震波理论研究提供了实验基础．      

卸荷过程岩体中弹性波波速变化分析

伴随岩体卸荷过程,岩体内部应力状态要进行调整,同时岩体内部几何结构也要发生变化。由于卸荷过程应力状态变化很复杂,文中利用卸载过程中岩体内部几何结构的变化来反映卸载过程,通过岩体几何结构对弹性波传播的影响来分析卸载过程的波速。为考虑弹性波作用下局部裂纹的相互作用,采用双裂纹模型近似分析。在双裂纹体系内部采用“相互作用”分析法,以部分考虑波在岩体内的多次散射;在双裂纹体系之间采用线性叠加分析法,以考虑岩体中缺陷影响的局部化。通过节理裂隙的张开程度和节理裂隙的张开率描述卸载过程对双裂纹体系的影响,由此,对比分析了开挖卸载过程中四种不同的玄武岩与主频25 kHz和主频1 kHz对应的弹性波波速的变化。结果表明,随着卸载过程的推移,主频25 kHz声波和主频1 kHz地震波对应的相对波速逐渐减小,但声波波速的减小幅度要比地震波减小的幅度小,声波波速可以降低到原来的80%,而地震波波速可以降低到原来的50%。结论对于水利工程、隧道工程等建基面的验收和评价有很好的指导意义     

多孔岩石波传播的热弛豫模型修正

经研究发现热弛豫模型的衰减比BISQ模型大得较多,与地球介质相比衰减量也过大;反演与实验结果相比在虚模量的低频(或低温)端和高频(或高温)端相差较大,仅在峰值附近符合较好.针对上述不足,将Arrhenius关系直接引进Biot模型,替换原模型引进的峰值点的频率对数和温度关系,并重新调整了模型参数.这样既改善了原模型衰减量过大,又克服了模型反演中虚模量峰值曲线两侧差异较大的缺点.进行了P波和S波的波传播分析,仍然在频率谱和温度谱上获得热弛豫峰和Biot峰.分析显示热弛豫峰导致波速随频率升高而上升的普遍规律,Biot峰导致波速随温度升高而上升的异常现象.在相同条件下对Biot模型,BISQ模型和热弛豫模型的P波波速和衰减进行了对比.热弛豫模型得到的速度频散更强,频散范围更宽,所得的衰减峰值频率比BISQ模型要低,衰减幅度比BISQ模型稍大.这些结果与实验结果相近,更符合实际.     

饱和砂岩滞弹性弛豫衰减机理的探索

本文采用从法国引进的Metravib热机械分析仪用正弦波加载方式,首次对四种不同孔隙度的饱和砂岩的衰减进行了实验研究,在5~400 Hz的频率,-50 ℃~100 ℃的温度范围获得衰减的热弛豫规律,由此求得它们的激活能和原子振动频率,其激活能和弛豫时间是处在原子和电子的激活能和弛豫时间之间.可见,在饱和岩石的晶粒间界缺陷处参与扩散的是原子、电子.并得出随孔隙度增大,衰减强度和激活能增大,原子的振动速率加快,弛豫时间缩短.在交变应力作用下,由多种矿物晶体胶结而成的饱和砂岩是一种多晶、多相的固体,由于内部结构复杂,损伤、缺陷广布,弛豫衰减是普遍存在的.饱和砂岩中存在的晶界、相界等许多缺陷,以及缺陷间的相互作用,比如饱和岩石中的饱和液体与岩石骨架之间的作用等等都可以产生弛豫衰减峰,弛豫过程还受晶界上原子扩散所控制.由于饱和岩石中的种种缺陷、相界等等导致上述矿物颗粒或晶界之间的多重弛豫,才使弛豫衰减峰变宽,分布宽度增大.用饱和砂岩中特有的饱和液体及砂岩内部结构的复杂性解释了饱和砂岩的衰减机理,很自然地将其宏观衰减特征与微细观结构紧紧联在一起.衰减及其机理的研究既具有科学意义,对地球物理勘探又具有实用价值.