基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演

碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标,本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案.首先针对代表不同孔隙结构类型的有限数目的碳酸盐岩样品获得其对应的高精度数字岩心数据体,为了获得更加可靠的具有地球物理含义的弹性性质随孔隙度变化的统计规律,我们通过子网格的技术,在有限数目的碳酸盐岩数字岩心数据体上获得了大量的数字岩心子网格样本,对于每个子网格样本可以分别获得其对应的数字岩心图像孔隙度、表征孔隙软硬程度的孔隙结构参数（γ）、以及基于有限元法模拟的弹性性质,由此基于数字岩心的研究思路,我们最终获得了基于孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化解释量版.与此同时,在地震尺度上通过叠前地震资料获取的纵横波及密度属性体后,基于如上获得的定量化解释量版,我们最终获得了针对碳酸盐岩储层的新的属性体——孔隙结构参数（γ）属性体,这使得在地震尺度上预测碳酸盐岩储层的孔隙结构类型成为可能,也使利用地震数据在孔隙结构参数表征与分类下的碳酸盐岩储层反演精度的提高成为可能.

     

不同温压条件下饱水砂岩的变形破坏与孔隙压力问题的试验研究

本文通过不同温度与围压条件下的岩石三轴试验,研究了水、温度、有效围压对饱水的新沂砂岩变形破坏过程的影响及此过程中孔隙压力变化的特征。研究结果表明:(1)饱水砂岩的强度比风干岩石低20—30％,而排水条件下的这种差异更大;(2)岩石变形破坏过程中,孔隙压力的变化可划分出四个基本阶段:上升、缓升、下降与保持不变阶段,其中第二阶段相当于微破裂发生阶段,第三阶段相当于微破裂发展成为宏观破坏的阶段;(3)饱水砂岩的强度随环境温度的升高和有效围压的下降而减小,而且排水条件也促使强度降低,因此可以推断,井孔水位对震前异常反映灵敏的岩石力学与水动力学条件是:含水层的渗透性强、温度高、埋深浅、水头高。     

基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(上篇):图像处理与弹性模拟

碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标.本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案,包括如下几个方面：（1）代表性碳酸盐岩储层样品获取;（2）CT扫描数字岩心数据体获取;（3）数字岩心数据的图像处理;（4）数字岩心数据的静态弹性模拟;（5）数字岩心子数据体的孔隙结构因子提取;（6）孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化量版建立;（7）数字岩心-井-地震联合的孔隙度属性提取;（8）孔隙结构因子的地震属性体获取.

本研究分为两篇系列文章上篇与下篇,上篇主要阐述如上提出的（1）-（4）方面,重点在于针对碳酸盐岩二值化图像处理的流程建立与验证,以及数字岩心静态弹性模拟的理论方面,这两方面是基于数字岩心获得精确的碳酸盐岩弹性性质模拟结果的关键所在;下篇主要阐述利用数字岩心数据获得孔隙结构因子的思路、理论与流程,以及为碳酸盐岩储层预测为目标而获得孔隙结构因子的地震属性体的实际应用方面.由于两篇文章共享数字岩心数据,同时所涉及的研究思路与流程形成一个有机整体,因此写成两篇系列文章而非两篇独立文章.本文为两篇系列文章的第一篇：上篇.

     

复杂应力条件下饱和松砂孔隙水压力增长特性的试验研究

针对福建标准砂D1=30％,在三向非均等固结条件下,利用新研制的土工静力一动力液压三轴一扭转多功能剪切仪针对多种不同初始主应力变化方式进行了循环扭剪试验,讨论了初始主应力方向变化等初始固结条件对饱和松砂不排水条件下孔隙水压力变化规律的影响,对循环扭剪过程中主应力方向与中主应力系数的变化进行了分析,给出了孔隙水压力随循环次数的变化规律。结果表明：分别以最大孔隙水压力和液化破坏时循环次数归一化后的孔隙水压力比和循环次数比之间的关系依赖于循环剪应力幅值和初始主应力方向。而归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系和循环剪应力幅值、初始主应力方向无关,可以统一地采用双曲线模式表达,其中的两个待定参数依赖于初始主应力方向。     

复杂应力条件下松砂振动孔隙水压力与体变特性的试验研究

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在5种初始主应力方向角与5种中主应力系数相组合的初始固结条件下,对饱和松砂进行了不排水循环扭剪试验。讨论了初始固结条件对不排水条件下饱和松砂孔隙水压力变化规律及对剪胀、剪缩、卸荷体缩等体积变化过程的影响。试验研究表明：（1）分别以稳定残余孔隙水压力和破坏时循环次数归一化后的残余孔隙水压力比和循环次数比之间的关系可以用双曲线模式表达。其参数主要依赖于初始主应力方向,中主应力系数对参数的影响并不显著。归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系也可以用双曲线模式表达,其中的2个待定参数依赖于初始主应力方向,与中主应力系数无关;（2）在三向非均等固结条件下的不排水循环扭剪试验中,饱和松砂表现出卸荷体缩特性,不同初始主应力方向时,饱和松砂剪缩、剪胀、卸荷体缩呈现出不同的交替变化模式。     

甚高频时岩石介电常数的测试方法和特性

本文讨论20—200MHz频率范围内平行板电容法测量岩石介电常数和电导率的方法,指出常用的静电场公式的局限性,给出较精确的似稳场动态公式,并讨论20—50MHz频率范围内的岩石介电特性。     

甚高频时岩石介电常数的测试方法和特性

本文讨论20—200MHz频率范围内平行板电容法测量岩石介电常数和电导率的方法,指出常用的静电场公式的局限性,给出较精确的似稳场动态公式,并讨论20—50MHz频率范围内的岩石介电特性。     

甚高频时岩石介电常数的测试方法和特性

本文讨论20-200MHz频率范围内平行板电容法测量岩石介电常数和电导率的方法,指出常用的静电场公式的局限性,给出较精确的似稳场动态公式,并讨论20-50MHz频率范围内的岩石介电特性。     

单轴压缩下多裂隙含水岩样电阻率变化与体积应变

在单轴压缩下,对经过高温焙烧的含水辉长岩进行了轴向和径向电阻率变化以及体积应变的同时连续测量.结果表明,在完全饱和前的非弹性压缩阶段,电阻率随压应力增高而降低;在完全饱和的弹性压缩阶段,电阻率升高;在非弹性的体积膨胀阶段,电阻率继续上升.从Archie 公式出发,通过近似分析,导出了电阻率变化和体积应变的关系式.实验结果和近似分析定性上相附.本文的主要结果是发现含水岩样在膨胀阶段电阻率的升高,初步认为这是由于热开裂的张开,降低了饱和度的结果.     

声波在两种多孔介质界面上的反射和透射

本文导出了声波在两种多孔介质界面上反射、透射的一般计算公式.作为例子,数值计算了P1波入射于界面时,P1、P2和S波的反射、透射系数与声波频率、入射角等量之间的关系.结果表明,各种模式波的反射、透射系数与入射角、多孔介质性质有关,在Biot特征频率附近与频率有关,并用界面两侧的法向能流相等验证了结果的正确性.若把多孔介质当作均匀固体处理,将会得到显著不同的结果.     

岩石声频散的实验研究及声波速度的外推

对岩石声频散进行了实验研究,用不同频率的声学探头使用超声波脉冲穿透法对砂岩和泥岩样品进行了测量,并分析了两者的频散现象.结果表明：在51kHz—1MHz频率范围内,在干燥状态下岩芯有频散现象;在饱水状态下,砂岩的频散现象更明显,岩芯中流体的存在是影响纵波频散的一个重要原因.利用频散方程计算不同频率时的速度值,并与实验结果进行了比较,说明频散方程可以较好的描述砂岩与泥岩的频散关系.     

水口水库诱发地震的微震前兆信息与趋势预测

福建水口水库地震是我国当前正在发生的一个大型水库诱发地震实例。针对水库地震序列中普遍含有大量微震的特点,探讨微震活动可能包含的前兆信息。研究发现,“微震相对频度”在水口水库地震趋势预测中具有明显的前兆性质,文中还介绍了“微震相对频度”作为一种前兆指标在该水库地震趋势预测实践中的应用效果,对“微震相对频度”的物理意义以及深入开展“微地震研究”的前景进行了讨论。     

岩石声频散的实验研究及声波速度的外推

对岩石声频散进行了实验研究，用不同频率的声学探头使用超声波脉冲穿透法对砂岩和泥岩样品进行了测量，并分析了两者的频散现象.结果表明：在51kHz-1MHz频率范围内，在干燥状态下岩芯有频散现象；在饱水状态下，砂岩的频散现象更明显，岩芯中流体的存在是影响纵波频散的一个重要原因.利用频散方程计算不同频率时的速度值，并与实验结果进行了比较，说明频散方程可以较好的描述砂岩与泥岩的频散关系.     

声波在两种多孔介质界面上的反射和透射

本文导出了声波在两种多孔介质界面上反射、透射的一般计算公式.作为例子,数值计算了P₁波入射于界面时,P₁、P₂和S波的反射、透射系数与声波频率、入射角等量之间的关系.结果表明,各种模式波的反射、透射系数与入射角、多孔介质性质有关,在Biot特征频率附近与频率有关,并用界面两侧的法向能流相等验证了结果的正确性.若把多孔介质当作均匀固体处理,将会得到显著不同的结果.     

共和地震的诱发机制与水库诱发地震的研究

本文通过对龙羊峡水库蓄水使共和盆地应力、重力等条件改变的讨论，认为：共和地震的形成和发生与龙羊峡水库蓄水有密切的关联，在将共和地震与水库诱发地震的特征进行了比较后，发现共和地震所表现出来的特征与水库诱发地震特征极其相似，进而提出共和地震应属水库诱发地震的范畴。