水库蓄放水对库底岩石介质弹性波速影响的数值模拟

为了解水库水体加、卸载及渗透过程中,库底岩石介质有效应力变化对弹性波速的影响,以及弹性波速变化与孔隙压力、有效应力变化之间的定量关系,以四川省紫坪铺水库为例,在前期已建立库区地质构造与水文地质结构模型,并推导出岩石介质变形与流体渗流耦合数学模型的基础上,进一步建立了有效应力对岩石弹性波速影响的数学模型,利用有限元方法定量计算了库底岩石介质的孔隙压力、附加有效应力和弹性波速的变化。结果表明:在水库水体加、卸载及渗透过程中,地下岩石介质弹性波速增量值的变化并不明显,最大变幅仅为±0.013km/s,变化范围主要集中在库底5km以上的局部区域;弹性波速增量值与附加有效应力变化同步,与水库水位变化形态相似;不同观测点弹性波速变化量的大小与埋藏位置、深度及附加有效应力的变化幅度有关,同一观测点,弹性纵波波速变化幅度大于弹性横波波速。文中数值模拟的结果与一些学者通过环境噪声方法获得的紫坪铺水库附近区域相对波速变化的反演结果在变化形态上大体一致,但变化幅度略有差异。     

岩石应力对钻孔附近的弹性波波速的影响

目前,地球物理学界普遍采用岩石的细观力学模型来解释岩石的声弹现象(即岩石应力状态的改变会造成岩石的弹性波波速的改变),认为岩石内部的微裂隙分布和取向在加载应力的作用下会发生改变,使岩体的宏观物理性质发生变化,从而影响到岩石的弹性波波速.     

孔隙介质中弹性性质及波速模拟研究评述

本文简短地介绍了近年来提出的一种模拟孔隙岩石弹性性质的方法：网络模型方法。它的计算结果与实验结果很接近。     

10.6～1.5GPa、室温～1 200℃条件下青藏高原地壳岩石弹性波速特征

通过对采自青藏高原的六种地壳岩石，包括花岗闪长岩、混合岩、片麻岩、玄武岩、辉橄岩及斜长角闪岩等，进行高温高压纵波速度测量，发现绝大多数地壳岩石其纵波速度在压力高于0.2-0.3GPa时基本上随压力线性增加。在固定压力下随温度升高而降低，但在温度较低时这一现象并不明显，随温度的程式高波速出现明显降低。通过对实验后的样品进行显微薄片分析，发现含水矿物的脱水和部分熔融是造成岩石波迅速降低的主要原因。在实验过程中还发现高压下温度较高时，接收到的超声波振幅会增大。对实验中发现的这些现象本文进行了初步的分析和讨论。     

高温高压下岩石弹性波速特征及其在深部地质研究中的意义

本文收集、整理、研究了７０年代以来的高温高压下岩石的Ｖｐ，Ｖｓ，Ｖｐ／Ｖｓ，Ｖｐ各向异性等实验资料后得出：（１）低压下岩石Ｖｐ的急剧变化是由岩石中裂纹与孔隙等引起的；（２）温度升高可增大由岩石组构引起的Ｖｐ各向异性的变化率；（３）同种岩石在不同的大地构造环境中具有不同的波速值与变化规律；（４）Ｖｐ在高地温区随温度先降低而后升高，其原因是由矿物相变造成的，与地壳中低速带的性质相当。文章最后讨论了实测波速转换为岩石类型时实验研究岩石波速的意义。     

岩石的初动隐伏效应对波速测量的影响

为了提高波速测量精度，关键是测准波的到时，对波形曲线的试验表明，随着测量装置放大倍数的增加，除了波的振幅增加之外，还观测到波的到时前移现象，这就给波速测量带来了较大误差，在实测数据的基础上，就隐伏效应和量化误差的机理进行了分析，认为是隐伏效应和量化误差的共同作用，引起了波的到时的不稳定，而问题的实质是整个测量系统的阻尼衰减，最后就提高波速的测量精度提出了两点建议。     

双组份裂缝岩石非线性有效应力模型研究

为认识黏土矿物和裂缝对岩石有效应力的影响,提出了双组份裂缝岩石椭圆模型.同时,将双组份裂缝岩石椭圆模型等效为共聚焦的椭圆岩石环与椭圆黏土环的叠加;基于复变函数和保角变换,分别得到了黏土环内椭圆长半轴和短半轴与压力间的关系式.进而结合椭圆孔渗透率计算式和岩石有效应力表达式,计算与分析了岩石孔隙度、黏土矿物含量、硬度比以及椭圆孔截面纵横比等参数对有效应力系数的影响.结果表明,当岩石中不含黏土矿物时,有效应力系数随纵横比的减小而增大,且小于1.0,这与Bernabé的观点一致.当岩石中含有易于压缩的黏土矿物,且纵横比为1.0（孔隙截面为圆形）时,有效应力系数随硬度比和黏土矿物含量的增大而增大,甚至远大于1.0,这与Al-Wardy等的研究结论一致;当纵横比小于1.0时,有效应力系数表现出了明显的非线性特征,随硬度比的增大而增大——甚至远大于1.0,而随黏土矿物含量的增大而减小,纵横比对有效应力系数的影响受黏土矿物含量大小的影响.易于压缩组分和裂缝的存在使得岩石有效应力系数变化特征更为复杂.

     

岩石中裂纹对弹性波速度的影响

本文在常温常压下,对岩石中的层理,裂纹或裂缝引起的弹性波速变化特征进行了实验研究,并通过简化的人工裂缝模型,研究了裂缝密度和相对位置的变化对波速的影响取得了一些有意义的结果。     

围压对低渗砂岩渗透率有效应力系数的影响

多孔岩石渗透率有效应力系数的取值至今仍没有一致的认识,影响取值的因素较为复杂.为了探索围压对低渗砂岩渗透率有效应力系数的影响,实验上采用较大的围压范围(10MPa～50MPa),选取两块低渗致密砂岩岩样,进行渗透率测试,并利用二元线性回归方法,计算了不同围压组合下的渗透率有效应力系数值,获取了该系数随围压的变化趋势.实验中,两块岩样的渗透率有效应力系数随围压的增加而减小,但各自的减小趋势略有不同.利用Bernabé和Berryman提出的模型,理论上解释了围压对渗透率有效应力系数的影响,并得到渗透率有效应力系数的下限值为岩样孔隙度.尽管渗透率有效应力系数不是一个常数,但可以表示为压差的函数,进而起到简化分析的作用.     

多相岩石弹性特征的试验研究及其在地层评价中的一些应用

弹性特征是岩石的基本物理特征 ,是弹性波传播和岩石力学问题分析的基础。岩石是矿物的集合体 ,是典型的多相混合介质。岩石的性质不仅取决于构成岩石的固相和流体的特征 ,还与固 -流两相的排列方式有关。本文将岩石视为多相体 ,从其各组成相的弹性特征和组成相之间的相互作用着手研究岩石的弹性特征。1　开展了多相岩石固相体积模量的试验测试　　利用“不套封”压缩试验测试了砂岩、花岗岩和熔融氧化硅的固相体积模量。测试结果表明 ,砂岩的固相体积模量可在 3 8Gpa左右发生较大变化 ,与岩石固相的组成成分和胶结物的构造位置等因素有关…     

零或负有效应力及其对岩体物性影响的野外证据

本文列举了许多野外观测证据,表明向地下岩体中高压注水可以使其內的有效压力变为零或为负值,并指出在上述压力状态下的岩体的某些特性与常压下时相比,其主要变化是,渗透性明显增强,地表的垂直位移率显著增大和岩体的稳定性明显变差。本文还对这些特性变化的原因进行了讨论。     

EMPIRICAL INVESTIGATION OF SOME FACTORS AFFECTING ELASTIC WAVE VELOCITIES IN CARBONATE ROCKS *

Continuous velocity log data from the Upper Cretaceous section of about 65 wells from NW. Germany have been studied in order to find some factors which affect the behaviour of elastic wave velocities in carbonate rocks. It could be assumed for these particular rocks that the velocities they exhibit may be subject predominantly to their state of compaction and their lithology (shale-carbonate ratio). Considering the behaviour of the VL-curve, several types could be distinguished: The basic type r for which the shale-carbonate ratio remains almost invariable over a large depth range (as suggested i.a. by a constant degree of radiation in the accompanying Gamma Ray log) discloses a clear relationship between interval velocity (measured as travel time per meter) and overburden pressure. Velocity profiles of log type r and also “peak” velocities from “pure” limestones, plotted versus depth indicate an increase rate almost identical to that of Jurassic shales. It is shown that the lithologic constant can be extracted from the Velocity Log data and then used for mapping fades changes in an area with sufficient well control. In certain cases it is even possible to determine the rate of uplifting (or the original maximum burial position) for a carbonate rock which has an anomalous high velocity in respect to its present depth.     

影响波速异常的两种因素

用超声脉冲法测量了完整岩石样品在三轴实验中不同加载途径下的波速,和拼合岩石样品在单轴实验中的波速。结果表明,应力途径和断层的存在是影响波速异常的两种可能因素。前者既与时间有关,又与空间有关;后者则只与空间有关。为了正确评价波速异常在地震预报中的作用,必须尽可能地阐明影响波速异常的各种因素。     

应力途径对砂岩力学性质的影响

<正> 姚孝新等研究了应力途径对岩石脆性-延性变化的影响。实验中采用了两种加载方式。A型:在一定的围压下增加轴压使岩石破坏（即常规的三轴实验）;B型:在一定的围压下增加轴压到岩石破坏前的某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破坏。实验表明,在同样的应力状态下,一种岩石在B型实验中表现得比在A型实验中脆。     

应力途径对砂岩力学性质的影响

姚孝新等研究了应力途径对岩石脆性—延性变化的影响。实验中采用了两种加载方式。A型:在一定的围压下增加轴压使岩石破坏（即常规的三轴实验）;B型:在一定的围压下增加轴压到岩石破坏前的某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破坏。实验表明,在同样的应力状态下,一种岩石在B型实验中表现得比在A型实验中脆。     

储层砂岩声波速度预测

本文主要基于Ｇａｓｓｍａｎｎ方程和经验规律，提出了孔隙流体替代和孔隙度改变时对砂央地震波速度变化的估计，以及直接利用岩石矿物和孔隙流体的弹性性质计算砂岩地震波速度方法，利用已知的岩芯，测井或地震数据，运用这此方法，可合理地对储层砂岩地震波速度进行预测。     

岩石剩余磁化强度的应力效应

为模拟构造应力对岩石剩余磁化强度的影响,本研究对六种不同类型的44块岩样进行了应力实验,发现岩石天然剩磁随应力的变化规律比迄今所估计的要复杂得多.作者指出,这些变化可归属于三种类型:在弱不可逆的Ⅰ型效应中,剩磁随应力呈现规则的减小,应力解除后剩磁部分恢复;而在强不可逆的Ⅱ型效应中,应力去除后剩磁大部不恢复;在Ⅲ型效应中,剩磁随应力呈极不规律的变化.进一步的岩石磁学分析表明,不同应力效应的重要原因,在于天然剩磁中的粘滞剩磁的比例不同,微观上取决于磁性矿物成分及其磁畴状态等因素.因此,不能用单一的岩石压磁模式来解释地震压磁效应,须考虑各震源区的不同岩石组成.      

土层的性质与剪切波速的关系

本文用多元逐步回归分析法和非线性模型参数确定法,对西安、徐州、鞍山等地的土层埋深及物理水理指标与剪切波速的关系进行了综合的分析和对比,结果显示深度和液性指数对剪切波速有明显的影响。作者认为,用非线性模型参数确定法有利于提高V_(?)经验公式的精度。     

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。