世界超深井岩心物理性质的温压实验结果综述（2）

本文阐述了独联体乌克兰地盾中部克里沃罗日铁矿盆地上超深井岩心标本的温压实验，（１）研究岩石弹性纵波速度（Ｖｐ）和横波速率（Ｖｓ）及其各向异性系数，杨氏模量（Ｅ）剪切模量（Ｇ），压缩率（β）泊松系数（σ）与流体静压力，正常温压和高温高压的关系。（２）研究了岩石导热率（λ）和导温率（α）和热容量（ｃ）与温压的关系；（３）随着压力的增大，岩石弹性波速度及其各向异性分别是增大和减小的，在不同方向上弹性汉事     

高温高压下岩石波速与地壳深部的物质组成

通过对高温高压下岩石波速实验资料的综合研究得出：岩石波速及速度各向异性可用于确定地壳深部各层的组成和界面性质;岩石波速随构造环境而变化；同一波速层由成分和成因上不同的岩石组合而成利用统计分析后的高温高压波速数据，建立了42组ρ-Vp（密度-速度）关系式及深部岩石判别图解     

岩性、含油气性、有效覆盖压力对纵、横波速度的影响

在具有代表性的正旋回砂砾岩储层中，８种不同岩性的典型样品，在５种含油（气）水饱和状态下测试了纵、横波速度（Ｖｐ和Ｖｓ）与有效覆盖压力（△Ｐ）变化关系曲线。结果表明：（１）Ｖｐ和Ｖｓ与△Ｐ呈指数递增，Ｖｐ和Ｖｓ随△Ｐ变化在低压范围比高压范围更敏感，而Ｖｐ比Ｖｓ的灵敏度高。（２）同一状态下，同一非均质单层内的岩性变化范围控制了不同的Ｖｐ－△Ｐ，Ｖｓ－△Ｐ曲线族的宽度。岩性由细到粗，Ｖｐ－△Ｐ曲线由低向高变化，含钙、含砾粗砂岩的Ｖｐ－△Ｐ曲线处于曲线族的上界，砾状砂岩的Ｖｐ－△Ｐ曲线低于含砾粗砂岩的Ｖｐ－△Ｐ曲线。Ｖｓ－△Ｐ曲线也有上述规律。（３）同一样品，研究５种不同饱和度状态下的Ｖｐ－△Ｐ和Ｖｓ－△Ｐ曲线，发现无论压力条件如何，波速与饱和度均呈线性关系。（４）在同一的非均质单层内，Ｖｐ－△Ｐ，Ｖｓ－△Ｐ变化曲线随着含油、气、水饱和状态的不同具有明显的分带性。气饱和Ｖｐ－△Ｐ曲线族在形态及幅度变化上明显区别于油、水饱和状态，束缚水、残余油状态的Ｖｐ－△Ｐ曲线族，Ｖｓ－△Ｐ曲线也有上述规律。气饱和状态的Ｖｐ和Ｖｓ随△Ｐ变化的敏感度高于油、水饱和状态，气饱和状态的Ｖｐ随△Ｐ变化的敏感度高于Ｖｓ。     

不同温压条件下弹性波在岩石中传播速度的实验研究

对以岩浆岩为主的岩石类型进行了不同温压条件下弹性波传播速度的实验研究，结果表明：（１）岩石的物质组成是决定弹性波传播速度的主要因素。以岩浆岩为例，由酸性到基性波速呈增加趋势；（２）岩石中弹性波的传播速度随环境条件改变而变化。一般说来，随温压条件的升高而升高     

山西裂谷带地壳岩石波速的研究

通过实验建立了岩石成分与波速的关系,波速和岩石的各向异性,矿物相变在波速曲线中的反映以及实验温度和压力对波速的影响,尤其得到了高温下的新资料.用实验数据结合地球物理、地质资料建立了山西裂谷带与相邻太行山隆起区地壳各层圈的物质组成,对比说明,两构造单元下地壳的岩石组成是不同的.最后分析了盆地下地壳中部的组成、水和环境条件,认为低速带是由岩石部分熔融造成的.     

橄榄石晶格优选方位和上地幔地震波速各向异性

根据福建省明溪幔源包体（二辉橄榄岩）中橄榄石晶格优选方位（ＬＰＯ）及其晶体弹性刚度系数，计算了地震波速度及其各向异性．研究结果表明，该区地震波各向异性是由橄榄石塑性流动产生晶格优选方位而引起的．与构造背景有关的ＶＰ，Ｖｓ１，Ｖｓ２和△Ｖｓ分布特征表明，中国东南沿海地区上地幔物质流动方向（由ＮＷＷ向ＳＥＥ）与橄榄石［１００］定向排列方向（ａ轴）和ＶＰ最大方向有一致的趋势．     

岩石波速温度和压力系数的测量方法及其应用

概述了高温高压实验技术在研究地球深部物质组成和结构等方面所起的作用，认为它是把地球物理模型同地球深部物质组成结合起来必不可少的一个中间环节，通过分析典型的试验结果，介绍了在实验室测定岩石波速温度系数（ρ↓V/ρ↓T）P、压力系数（ρ↓T／ρ↓P）T和岩石本征波速（VO）的方法，以及运用它们进行波速外推的原理，结合前人工作实例，阐明了将此技术与地质及地球物理研究结合，为地球物理测深资料的解释提供实验约束的研究思路，针对在前人工作中实验参数及实验结果存在差异的现象，着重探讨了实验条件和流程对实验结果的影响，认为，在用回归方法计算（ρ↓V／ρ↓P）T时，通常应在大于300MPa的压力段上采集实验数据，以消除岩石内部先存微裂隙的影响；在计算（ρ↓V／ρ↓P）T时，为抑制热裂隙的产生，还应满足不小于1MPa/℃的压力增量；另外，测定（ρ↓V／ρ↓T）P时，实验温度不宜太高，以避免引起岩石内部的矿物相变和物态变化。     

致密储层岩石应力各向异性与材料各向异性的实验研究

本文在实验室中对四组来自不同地区的致密砂岩和页岩的波速和波速各向异性开展了研究.结合扫描电镜分析和波速应力敏感性测试,分析了引起致密砂岩和页岩各向异性的主要影响因素及规律.研究结果:(1)层理和微裂隙是引起致密砂岩各向异性的主要影响因素,而页岩的各向异性主要由定向发育的矿物成分导致,本研究中所用的致密砂岩各向异性强于页岩的各向异性.(2)平行地层方向的岩石波速高于垂直地层方向的岩石波速,超声波速随着应力增加而增加(3)波速各向异性随应力的变化分为两阶段,第一阶段随应力增加而减弱的应力各向异性,与定向排列的微裂隙相关.第二阶段随应力不再发生变化的材料各向异性,与基质中的矿物成分相关.(4)利用体积应变获得的裂隙孔隙度,以及矿物成分含量验证了这两类各向异性,应力各向异性与裂隙密度成正比,材料各向异性与黏土矿物含量线性相关.(5)根据波速各向异性随应力变化的两阶段,可以定量区分裂隙和基质(矿物)对岩石各向异性的影响,研究结果对体积压裂的裂缝扩展具有重要的意义.     

俯冲带主要含水矿物弹性波性质研究现状及展望

俯冲带中的含水矿物对物质循环和水迁移等有着极其重要的作用,同时也是俯冲带中的地震波速异常的主要原因．本文总结了近20年来,国内外对俯冲带三种主要含水硅酸盐矿物（蛇纹石、绿泥石和角闪石）弹性波速研究取得的重要成果：含水矿物普遍具有低波速、高各向异性的特点;压力增加波速增加,但波速各向异性降低．富含水矿物的岩石,波速各向异性随着含水矿物含量的增加而增大,同时受到含水矿物晶格择优取向（LPO）类型以及岩体中裂隙的影响．含水矿物LPO引起的地震波速各向异性特征与俯冲的角度有关,在低角度的俯冲带中会引起垂直于海沟方向的快速传播,而在高角度的俯冲带中引起平行于海沟方向的快速传播．文章最后针对目前俯冲带中含水矿物弹性波速研究中存在的问题,提出了未来需要在三个方面加强研究．     

悬挂式PS波速测井仪的应用

本文除对悬挂式Ｐ、Ｓ波速测井仪作一简单介绍外，并对其测量结果作些讨论，如波速比Ｖ＿ｐ／Ｖ＿ｓ在软土层中的纵向变化，横波速度与标贯值Ｎ的关系，以及岩石井速度的特征。     

深部地壳镁铁质岩石波速的研究

镁铁质、超镁铁质岩石波速实验测量在高压700-800MPa、高温800-1100℃下进行．波速-温度曲线的斜率以温度系数dVp／dT表示，大体在700℃以内，8个标本的温度系数平均为-1．86×10-4km·S^-1／℃，比资料值小得多，即在此温度范围内，波速随温度的降幅不大．在这一温度限以上，大多岩石开始脱水出溶，相组合发生变化，同时波速大幅度下降．曲线发生转折的机制是岩石中液相的产生．角闪岩波速曲线斜率也从700℃开始发生改变，950℃后速度直线下降，到1008℃时，岩石中液量达30％，波速Vp值下降到487km／s．最后，依岩类不同以及岩石出溶和相变对波速的影响划分出5个速度-温度区，讨论了华北断块内构造隆起区和沉降区下地壳可能存在的岩石及其状态．     

汶川地震破裂带断层岩纵波速度与孔隙度关系的实验研究

分布于地震破裂带上的断层岩具有高孔隙度的特征.该特点造成了其弹性波速度与结晶岩石和沉积岩存在明显的差异.确定断层岩的弹性波速度与孔隙度和矿物组成的关系对于利用地震资料探测深部断层和测井资料的解释至关重要.在10~600 MPa条件下,本文对地震断层岩的纵波波速（V_p）和总孔隙度（φ_t）进行了测量,并深入分析了V_p与孔隙度的关系.结果表明在10~600 MPa的压力范围内,V_p（p）随着压力的增高呈现对数增加,其增长率随着压力的上升而逐渐减小,遵从∂V_p（p）/∂p=a_v/p的变化规律.断层岩中的孔隙度随着压力的增高呈对数减小.与传统的认识不同,实验发现在压力高达600 MPa以上,大多数断层岩中仍然可以残留可观的孔隙量.分析显示V_p与总孔隙度及总粘土含量呈负线性相关.该发现有助于认识深部流体的活动通道特征,有助于理解断层带中存在大量粘土矿物、断层带内的物质可被大量带出、围陷波的形成等地质和地球物理现象.     

哀牢山变质带元江──墨江剖面岩石的纵波波速特征及其地质意义

依据研究区的地热梯度（25℃／km）,在高温高压（最高温度为1050℃,最高压力为1.2GPa）条件下系统测量了横穿红河-哀牢山断裂带的元江-墨江地质剖面上的哀牢山岩群各类变质岩（千枚岩、片岩、浅粒岩、变粒岩、大理岩和片麻岩）的纵波速度．实验结果表明,不同岩类的纵波速度随温度压力变化的趋势不同．在相当于衷牢山岩群变质岩峰期变质温度和压力条件下（P=0．4-0.8GPa,T=35-700℃）,测得大部分岩石的纵波速度为5．50－5．80km／s,这一纵波速度值与区域地球物理测深揭示的中地壳低速层的纵波速度相当因此,结合该区变质岩、地壳内热状态及地球物理测深研究成果可初步认为：组成哀牢山岩群的浅粒岩、变粒岩、酸性片麻岩以及部分千枚岩、片岩为该地区中地壳低速层的主要岩石类型．     

渭河断陷地壳三维S波速度结构和VP/VS分布图像

利用陕西及邻省区域地震台网的观测数据,采用重叠元迭代重建层析成像技术,结合两点快速射线追综,对渭河断陷盆地地壳的S波速度进行了层析反演成像.并利用前期P波速度的研究结果,计算了该地区地壳的VP/VS分布.研究结果表明:(1)S波速度分布两个地区存在强烈的横向不均匀性,其一是陕晋交界的合阳、永济地区,二是铜川、泾阳地区,它们都位于不同构造单元交汇地带,差异运动显著,是新老地层交错的地区.(2)历史强震震中主要分布在S波的高速区及边缘地带;(3)在淳化、耀县、泾阳之间存在VP/VS高值区,最高达2.1.     

长白山天池火山区上地壳三维速度层析成像

利用三维地震透射观测系统所获得的莫霍界面反射波对长白山天池火山区下方上地壳的三维速度细结构进行了反演计算，得到了研究区下方地壳内不同深度的P、S波速度层析成像和VP/VS扰动分布图像，结果表明，天池火山区及其周边速度结构所呈现出的非均匀性变化与该区的地质构造和岩浆系统的存在有着密切的关系，异常变化比较明显的低P波速度异常体分布和高VP/VS扰动体意味这些介质体处在“软化高温”的状态，这与该地区广泛分布的地热异常和低Q值结构的研究结果是一致的.     

华北地区韧性剪切带几种岩石的波速各向异性高温高压实验研究

对华北地区韧性剪切带几种代表上、中、下地壳深度的糜棱岩及其围岩在高温高压条件下进行纵波速度测定及各向异性研究．对实验样品的纵波速度测定得到以下结果：１．沿糜棱岩面理方向的纵波速度大于与面理垂直方向的纵波速度，差值为０．１５-０．３０ｋｍ／ｓ，各向异性为３％-５％；２．糜棱岩的纵波速度低于其围岩的纵波速度，差值为０．１０-０．４５ｋｍ／ｓ；３．中地壳角闪岩相糜棱岩的纵波速度各向异性高于上地壳绿片岩相糜棱岩和下地壳麻粒岩相糜棱岩的各向异性；４．地震波速各向异性与糜棱岩矿物优选定向有关．     

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。      

EXPERIMENTAL STUDY ON THE CHANGES OF ULTRASONIC CODA WAVE AND ACOUSTIC EMISSION DURING ROCK LOADING AND DEFORMATION

The coda wave propagation path has received extensive attention as it is more sensitive to small changes in the medium than the direct wave. During the process of loading, the wave velocity, medium or source changes may cause the coda wave to change. The physical mechanism of change in the ultrasonic coda wave varies during different deformation stages. Meanwhile, there exist local damages in the rock sample during the deformation, and it will be accompanied by acoustic emission. Combining the ultrasonic coda wave and acoustic emission is beneficial to characterize the coda wave characteristics and damage degree of the sample at different deformation stages. In this paper, three kinds of rocks, including granodiorite, marble and sandstone with the sizes of 50mm×50mm×150mm, are used to carry out observations of ultrasonic coda wave and acoustic emission during the whole process of loading so as to study characteristics of the coda wave at different deformation stages. The major results are given below: 1)There is a good correspondence between the coda wave variation and the acoustic emission evolution process. When the acoustic emission frequency increases, the coda wave changes accordingly. In particular, the coda wave changes in the early stages of increased acoustic emission frequency, which indicates that the early damage information of rock can be obtained by analysis of the coda wave. 2)The physical mechanism of the coda wave change is different in different deformation stages. At the initial stage of loading, there are obvious scatterer changes in the coda wave change; then, in the linear elastic deformation stage, the wave velocity change is dominating; in the late-stage of loading, the scatterer change increases and coexists with the wave velocity change, the scatterer change effect is related with the rock micro-fracture degree, the rock will locally be damaged before rupturing, and the role of the scatterer will be enhanced. 3)With the increase of loading, the amplitude of increase of the wave velocity generally decreases gradually, which is basically consistent with the understanding obtained through the direct wave. The interference of acoustic emission can be eliminated because of the Kaiser effect when analyzing the coda wave. The consistency of the wave velocity change and stress loading and unloading is further verified. 4)The micro-fracture generated during rock deformation will change the physical mechanism of the coda wave change, and the scatterer effect will be significantly enhanced. At the same time, the acoustic emission waveform will cause interference to the ultrasonic coda wave. This means that attention needs to be paid when analyzing rock damage using only coda wave data. In short, the ultrasonic coda wave and acoustic emission can reflect the damage inside the rock, and the change mechanism of the coda wave in different deformation stages is different. The joint observation of the two can play a mutual verification role, which is conducive to improving the reliability of the observation results.     

华北地壳岩石波速类型及其地质意义

根据结晶岩的矿物成分、成因类型与高压室温下波速绝对值的关系,以及高温高压下岩石波速与物相变化的关系,把岩石分为７种波速类型。在一定的构造条件下,根据岩石波速随地壳深度的变化关系,提出了岩石级数的定量概念,它反映了岩石的酸性（或基性）程度,并可根据地震测深值获得相应深度下综合岩石的平均级数。在此基础上,对华北地壳的组成,角闪岩在壳内的生成和存在条件,地壳内石英岩的相和壳内低速层的成因等问题进行了讨论