异常高压对砂砾岩弹性性质影响的实验机理研究与压力预测新模型——以准噶尔盆地玛湖凹陷北斜坡三叠系为例

准噶尔盆地西北缘玛湖地区二三叠系的砂砾岩中已经发现了多个高效油气藏,勘探实践已经证实该区砂砾岩储层中广泛发育异常高压,尤其是在近生烃中心的斜坡区.正是由于异常高压的存在,玛湖凹陷斜坡区砂砾岩储层的弹性性质呈现出一些特殊的现象与规律.本项研究依据玛湖地区63块样品的岩石物理测试结果、10余口井的实测地层压力资料、常规测井和录井资料,对砂砾岩弹性参数随异常高压的变化规律进行了深入分析.结果表明,玛湖凹陷斜坡区砂砾岩受母岩区矿物成分和异常高压的影响,其弹性特征与Casatgna砂岩线和李庆忠砂岩线表征的常规砂岩储层的弹性特征具有较大差异.与以上两种砂岩相比,具有相同密度的研究区砂砾岩样品纵横波速度较低,异常高压的发育阻碍了岩石的胶结作用是造成速度较低的主要原因.在异常高压发育区岩石样品的胶结程度普遍较差,速度也普遍降低,并且这种现象对纵横波速度的影响规律还存在区别,对横波速度的影响更大.为了定量地研究异常高压对砂砾岩储层纵横波速度变化的影响规律,本文设计了系统的岩石物理实验,分别测量获得固定地层压力以及固定差应力等条件下样品的纵横波速度,从实验上解释了异常高压对玛湖凹陷斜坡区砂砾岩储层弹性性...     

基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型的横波速度和各向异性参数预测

高角度缝隙充填的碳酸盐岩储层可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质.本文提出了适用于裂缝型碳酸盐岩的岩石物理模型构建流程,重点介绍了在碳酸盐岩各向同性背景中,综合利用微小裂隙模型和线性滑动模型添加缝隙系统,并分析了当缝隙充填不同流体时,各向异性参数随纵横波速比的变化特征.同时本文讨论了裂缝密度和缝隙充填流体对地震反射系数的影响,推导了不同类型流体充填时储层反射系数与裂缝密度的近似关系式,阐述了各向异性流体替换理论,最终实现饱含流体碳酸盐岩裂缝储层的纵横波速度和各向异性参数的估测.选取某碳酸盐岩工区A井对该方法进行试算,结果表明基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型估算的纵横波速度值与测井值吻合较好,而且估测所得的各向异性参数值也能够较好地反映出裂缝储层位置.     

孔隙、裂隙介质弹性波理论的实验研究

近年来发展起来的“孔隙、裂隙介质弹性波理论”提高了人们对实际岩石声学性质的模拟和预测的能力.作为对这一理论的实验验证和重要应用,我们将它用来模拟和解释岩石超声实验中测得的干燥和饱和岩石弹性波速度随压力的变化曲线.理论模拟的重要参数,如岩石的裂隙密度等是从实验数据反演得到的.结果表明：无论是孔隙度较高的砂岩,还是孔隙度很小的致密岩石,如花岗岩,该理论都能很好地描述岩石在干燥和饱和状态下纵、横波速度随压力的变化.造成波速变化的原因是岩石中裂隙在压力作用下的闭合和裂隙密度的减少.本文的结果还指出了将岩石裂隙密度作为描述岩石的重要物性参数,并给出了从实验室超声测量中确定这一参数的方法.     

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.     

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.     

压力对含裂缝岩石各向异性速度的影响

深入了解压力作用下裂缝性岩石的声学各向异性,在地球物理应用中具有重要意义.本文基于各向异性微分等效介质模型,结合不同压力下含硬币状定向排列裂缝岩石以及不含裂缝岩石在不同方向上的超声速度测量数据,计算得到不同压力下的裂缝参数,并进一步分析了压力引起的裂缝参数的改变,及其对岩石各向异性速度的影响.结果表明,岩石的裂缝密度与裂缝纵横比随着压力的增加呈现指数减小,并且裂缝纵横比与裂缝密度之间线性相关;模型计算结果发现,当岩石所受压力增加时,随着裂缝密度的减小,不同方向的岩石速度呈现不同程度的增加,其中垂直裂缝方向纵波速度的增加最为明显,随着裂缝纵横比的减小,不同方向的岩石速度基本不变;压力增大引起的裂缝密度的降低使岩石的各向异性参数减小,岩石整体的各向异性随之降低.     

岩石中裂纹孔隙率的实验测定

岩石中的孔隙按形状划分，可以大致分成孔洞和裂纹两类。孔洞的纵横比大，形状近似于球形，它与油气储藏有密切关系。孔洞孔隙度是岩石孔隙度的主要贡献。裂纹纵横比小，形状细长，它所造成的孔隙度是岩石总孔隙度的一小部分。但是岩石中裂纹的存在和裂纹孔隙度的变化，对于岩石的各向异性和S波的分裂有重要的影响。本文利用两类不同形状孔隙对流体静压力的不同响应，利用改变流体静压力的实验对岩石中的裂纹孔隙率进行了测定；实验得到的裂纹孔隙率和岩石裂纹的闭合压力，为了解岩石各向异性、S波分裂以及地壳动力学提供了基础数据。     

不同荷载下新疆库尔勒－托克逊岩石变形强度性质的实验研究

对库尔勒－托克逊大理岩、片麻岩、蛇纹石化橄榄岩、间长岩、花岗岩及火山岩的挤压实验表明，蛇纹石化橄榄岩的强度最小为１６．３３ＭＰａ，其横向形变最大达６．８１×１０－３。火山岩的强度最大为１８０．３１ＭＰａ，其纵向形变最大为３．５×１０－３。蛇纹石化橄榄岩为弹性体。花岗岩类岩石在高压下发生粘滑破裂，这是岩石成分不均匀所具有的脆性特征。岩石强度与荷载速度呈正比。     

中国渤海湾盆地上地壳岩石成分模型(英文)

许多地震属性,比如地震的纵横波速度,泊松比,声波阻抗,都能用来区分不同的岩石类型,利用拉梅阻抗作为进一步的约束来代替声波阻抗能更好的降低结果的非唯一性。我们用这种方法构建了渤海湾地区一条剖面的岩石成分模型。我们简要介绍了区分岩石类型的地震参数,重点在于不同的参数组合对于分辨岩石类型的敏感性。为了与室温常压条件下测得的有代表性的岩石的地震波速度和密度进行对比,我们首先需要做温度和压力的校正。接着,我们需要用已知资料和实验测得的各种岩石样品做对比,来确定研究区的岩石类型。我们收集了渤中凹陷一条剖面的纵波速度资料。该剖面10km深范围内的属于同种岩石类型的不同岩石最终通过地震波速度、泊松比、密度、声波阻抗、以及拉梅阻抗综合约束。     

滇西地区九种岩石的P波Q值

本文叙述了以波传播和谱振幅比法测得的滇西地区九种岩石在不同应力状态下(σ_1=σ_2=σ_3=σ)的衰减系数,P波速度及Q值。在σ≤90 MPa时,随压力增加,衰减系数减小,P波速度及Q值增大;在σ≥120 MPa以后,衰减系数、P波速度及Q值变化甚小。其中团山砂岩及砖窑村片麻岩Q值较低。     

Laboratory Approach to the Study of Elastic Anisotropy on Rock Samples

—The experimental approach (hardware and software) to the study of the elastic an isotropy of rocks on spherical samples under hydrostatic pressure up to 400 MPa is discussed. A substantial innovation of the existing measuring system and processing methods enabled us to make a detailed investigation and evaluation of the kinematic as well as dynamic parameters of elastic waves propagating through anisotropic media. The innovation is based on digital recording of the wave pattern with a high sampling density of both time and amplitude. Several options and results obtained with the innovated laboratory equipment are presented.     

低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究,获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性,分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应,表明其经历了去压实或油气产生导致的超压;(2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性,随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱;(3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征,相比泥岩,页岩各向异性程度更高,随压力变化更明显,其裂纹导致的附加各向异性更强;(4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征,由于软裂隙空间的闭合,动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

华北地区典型岩石在1万巴压力下的密度和弹性波速度的实验研究s

利用高压三轴容器,对华北地区九种典型岩石的密度和弹性波速度随压力的变化关系进行了实验研究。实验的最高压力达到10,500巴。实验中利用电阻应变片测量岩石的体积变化从而得到密度的变化。用高频脉冲法测量了弹性波速度。由得到的密度参数和波速参数计算出高压下岩石的声阻抗。根据体应变和波速随压力变化的曲线估算了岩石的体积模量,裂纹孔隙度,裂纹闭合压力,波速达到稳定变化时的压力以及波速达到稳定变化时的值与常压下的波速值的差。对这些参数在地学及爆破工程上的应用进行了简单的讨论。      

岩石超高压状态参数的实验研究

岩石的超高压状态参数对研究地球动力学问题和岩石爆破工程问题具有十分重要的意义.本实验应用平面波炸药透镜驱动飞板撞击靶板产生超高压冲击波,并用探针测量冲击波在岩石试件中的传播速度和粒子速度,再由 Rankine-Hugoniot 方程得到岩石的密度与压力之间的关系.所研究的岩石为石灰岩和花岗岩.实验的最高压力超过70GPa.得到两种岩石的超高压状态方程是:石灰岩————=3.22+0.016p;花岗岩————=3.20+0.024p.其中的单位为 g/cm3,p 的单位为 GPa.      

Characterisation and multifaceted anisotropy assessment of Corvio sandstone for geological CO2 storage studies

We present a comprehensive characterisation of the physical, mineralogical, geomechanical, geophysical, and hydrodynamic properties of Corvio sandstone. This information, together with a detailed assessment of anisotropy, is needed to establish Corvio sandstone as a useful laboratory rock‐testing standard for well‐constrained studies of thermo–hydro–mechanical–chemical coupled phenomena associated with CO₂ storage practices and for geological reservoir studies in general. More than 200 core plugs of Corvio sandstone (38.1 and 50 mm diameters, 2:1 length‐to‐diameter ratio) were used in this characterisation study, with a rock porosity of 21.7 ± 1.2%, dry density 2036 ± 32 kg m^?3, and unconfined compressive and tensile strengths of 41 ± 3.28 and 2.3 ± 0.14 MPa, respectively. Geomechanical tests show that the rock behaves elastically between ～10 and ～18 MPa under unconfined conditions with associated Young's modulus and Poisson's ratio of 11.8 ± 2.8 GPa and 0.34 ± 0.01 GPa, respectively. Permeability abruptly decreases with confining pressure up to ～10 MPa and then stabilises at ～1 mD. Ultrasonic P‐ and S‐wave velocities vary from about 2.8–3.8 km s^?1 and 1.5–2.4 km s^?1, respectively, over confining and differential pressures between 0.1 and 35 MPa, allowing derivation of associated dynamic elastic moduli. Anisotropy was investigated using oriented core plugs for electrical resistivity, elastic wave velocity and attenuation, permeability, and tracer injection tests. Corvio sandstone shows weak transverse isotropy (symmetry axis normal to bedding) of <10% for velocity and <20% for attenuation.     

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     

Velocity Measurements and Crack Density Determination During Wet Triaxial Experiments on Oshima and Toki Granites

— A set of experiments on four samples of Oshima Granite at 15, 40 and 60 MPa confining pressure have been performed in order to investigate the damage behavior of granite submitted to deviatoric stress. In addition an experiment on one sample of Toki Granite at 40 MPa confining pressure was performed, in order to compare and elucidate the structural effects. Using acoustic emission data, strain measurements and elastic wave velocities allow to define consistently a damage domain in the stress space. In this domain, microcracking develops. The microcracking process is, in a first stage, homogeneous and, close to failure, localized. Elastic wave velocities decrease in the damage domain and elastic anisotropy develops. Using Kachanov's model (1993), elastic wave velocities have been inverted to derive the full second-order crack density tensor and characterize the fluid saturation state from the fourth-order crack density tensor. Crack density is strongly anisotropic and the total crack density close to failure slightly above one. The results indicate that the rock is saturated in agreement with the experimental conditions. The model is thus shown to be very appropriate to infer from elastic wave velocities a complete quantitative characterization of the damaged rock.