三轴加载含水煤样波速与孔隙率关系实验研究

煤的孔隙率影响煤的吸附、渗透能力,且它也是衡量煤体内部结构及孔、裂隙发育状况的重要指标.而水力增透技术在瓦斯抽采中的作用效果常常受到水的影响,且瓦斯抽采量也会受到含水煤层的影响,为更客观地了解含水煤层状态下的孔隙率的变化情况,采用超声波透射法对赵固二矿二1煤层不同层理方向煤样在干燥及自然饱和吸水状态下进行三轴加载超声波测试试验,研究干燥及自然饱和水三轴加载状态下煤样超声波波速与孔隙率关系.研究结果表明:相同条件下,加载煤样饱和煤样波速大于干燥煤样,且加载煤样饱和状态下不同层理方向波速变化易区别.而加载煤样饱和煤样与干燥煤样孔隙率变化与波速变化相反,加载煤样饱和状态下不同层理方向孔隙率变化不易区别;通过分析加载条件下饱和煤样与干燥煤样波速与孔隙率关系,发现无论是干燥煤样还是饱和煤样在加载条件下都符合对数关系φ=-aIn(Vp)+b且a值与围压有关,b值与孔隙率变化量有关.通过研究含水煤样在不同加载条件下对煤体波速和孔隙率的影响以及波速和孔隙率之间的关系,为煤炭物性勘探技术提供有效试验数据与理论基础,也为煤炭物性预防安全开采提供理论基础.     

常温压条件下六种变质程度煤的超声弹性特征

煤弹性是反映煤的物质组分和结构的重要力学特征之一.在钻孔与测井的约束下,运用地震勘探获取煤层的弹性特征以反映其物性等,对于煤炭井工开采和煤层气储层评价及开发具有重要的工程意义,而其中,煤样的超声实验是实现地震反演煤层物性的基础.鉴于此,本文针对中国义马、阜康、淮南、平顶山、鹤壁和焦作6个矿区采集的6种不同变质程度的原煤样30块,在常温常压条件下分别进行了沿煤层走向、倾向及垂直层理三个方向煤样的实验室超声波测量.测试结果显示:煤样纵横波速度在走向、倾向、垂向三个方向上依次减小,存在各向异性,且P波速度的平均各向异性强于S波;品质因子与弹性模量在三个方向上也存在较大差异,且S波的品质因子大于P波的品质因子;弹性模量除泊松比外,均小于一般的沉积岩.通过本实验与分析进一步证明了:Gardener与Castagna公式不适用于中国煤田的煤岩弹性描述,并给出了精度更高的经验公式.     

砂岩在不同条件下的强度变形特点和P波速度特征

本文介绍了砂岩样品在干燥和饱和状态下,沿平行层理和垂直层理两个不同方向进行单轴加载时的抗压强度、变形特点和垂直于应力方向的P波走时的变化。结果表明,水对砂岩强度、P波速度的影响较大;具有原生层理构造的岩石样品的强度、变形和P波速度显示一定的方向性。所得结果对水库地震、工程地震、矿山开采及地震预报有一定的参考价值。     

新疆哈密砂岩地震波速、各向异性及弹性性质的实验研究

地震波是研究地球内部物质成分和结构最有效的工具之一.鉴于哈密地区油田对砂岩地震波性质研究的需求,本文在室内利用Autolab2000岩石物性测试设备,开展干燥、饱水及饱油条件下,砂岩X、Y、Z三个正交方向的弹性波速测试,得到不同压力下纵横波速随含水饱和度的变化规律,并在不同含水饱和度下分析了动态弹性常数(E和υ).结果表明:(1)波速与压力呈对数关系,相关系数在0.96以上;纵波速度与含水饱和度呈正相关,但随压力的增加,其增加速率会减小;横波速度在低压下基本不受含水饱和度影响,但随压力增加,其与含水饱和度呈负相关.(2)砂岩Z(垂直)方向波速最小;横波各向异性小于纵波;不同压力下,纵横波各向异性都是干燥大于饱油,并皆大于饱水状态.(3)恒定含水饱和度时,杨氏模量和泊松比皆随围压增加而增加,低压下(小于80 MPa,约3 km深度)增加速度快,而高压下(大于80 MPa)增速变缓;相同围压下,泊松比随含水饱和度增加而增加,而杨氏模量则有增有减.     

饱和岩石的各向异性及非线性黏弹性响应

在MTS伺服压机上对不同饱和状态的砂岩、大理岩标本进行了垂直层理和平行层理两个方向的正弦波加载试验,研究了饱和岩石的各向异性及非线性黏弹性行为. 在最大载荷低于岩石的屈服点时,获得的衰减、杨氏模量、泊松比、波速都表现出显著的各向异性,同时它们还具有较明显的应变振幅效应和频率效应. 随着应变振幅的增大,衰减近似呈线性增长,杨氏模量和泊松比近似呈线性下降. 在0.005-4Hz频段内除衰减不明显依赖频率以外,杨氏模量、泊松比、波速对频率的依赖性都较强; 当频段扩大到15Hz时,这4个参数都表现出较强的频率效应. 饱和岩石的衰减、杨氏模量、泊松比、波速均随饱和液体的黏滞系数增大而增大.     

煤层应力变化与He, Ar发射关系

岩石、岩体中稀有气体He, Ar的发射能反映地质体中现存的应力状态, 通过对重庆南桐矿区鱼田堡煤矿煤体应力状态与煤、瓦斯突出关系的研究表明: (1)从抽放孔瓦斯中所测的结果表明, 在被卸压煤层的应力集中带有He明显的发射, 在量值上比空气高几十倍, 而且可以随应力集中带的迁移而迁移. (2)氩的组分和同位素的峰值则位于应力释放的位置. (3)在回采面上, He与Ar的变化在瓦斯突出的预测上可以构成重要的数据对; 它们对应力状态的响应比瓦斯的响应灵敏度高得多. (4)在抽放孔中He, Ar, CH4的等值图对于显示煤体(包括其他地质工程体)应力相对大小与方向随时间、空间的动态变化也十分有意义, 具有潜在的利用价值.     

不同孔隙流体下延长组砂岩波速各向异性的实验研究

利用Autolab 2000岩石物性测试设备,在0~200 MPa及三种不同孔隙流体条件下（干燥、水饱和及油饱和）研究了三种来自延长油田延长组的砂岩沿平行和垂直层面两个方向（即H和V）的纵波、横波速度,并分别计算了这些弹性波速的各向异性系数.结果表明：三种砂岩Y1、Y2和Y3两个方向上的V_P、V_SH和V_SV均随围压增加而基本呈对数函数形式变化,且纵波饱油曲线的斜率远大于饱水;Y1、Y2砂岩H方向的V_P、V_SH和V_SV在干燥、饱水和饱油条件下基本上均大于对应的V方向的波速;干燥、饱水和饱油条件下Y1、Y2的波速各向异性系数ε、γ和ζ和围压之间呈指数或二次函数降低;Y1、Y2、Y3三个岩样之间的速度各向异性差异明显,以Y2的各向异性最显著,其次是Y1,而Y3基本没有各向异性.另外,Y1、Y2的各向异性系数ε、γ和ζ之间表现出明显的与压力和流体状态相关性,且在实验压力范围内,饱油条件下的ε、γ均大于对应的饱水条件.实验结果可以为该地区地震资料的解释、油水层划分及与声波测井之间的对比提供重要的基础数据.     

利用声发射和波速变化判定岩石损伤状态

对岩石受单轴压缩损伤过程中的声发射和超声波波速进行了同步测量,对比分析了声发射和波速随损伤过程的变化规律。研究表明,岩石损伤过程可分成几个阶段,不同阶段声发射和声波波速变化呈现不同特征;利用超声波波速的相对变化能够稳定可靠地鉴别岩石的"加载强化"与"加载弱化";声发射b值对裂隙的非稳定扩展更加敏感,可以作为岩石失稳预警参数;岩石声发射和波速都对损伤具有记忆性,重复加载下的声发射和超声波波速变化可提供更丰富的岩石损伤状态信息。     

六种不同变质程度煤的纵横波速度特征及其与密度的关系

对采自不同地区和煤矿的六种不同变质程度煤样进行常温常压条件下的超声测量.测量发现:煤的纵波与横波速度均与密度存在良好的线性正相关关系,且沿煤层走向、倾向和垂直煤层层理方向的纵横波速度逐渐降低;走向、倾向和垂向上的纵波速度与同一方向的横波速度也存在良好的线性正相关性;六种煤样三个方向间的速度各向异性一般都大于10%.通过与经典经验公式—Gardner与Castagna公式理论换算值的对比发现:由于煤层的软岩特征,理论换算煤的纵波速度、横波速度与实验室实测值之间存在较大误差.因此,在煤田地震勘探中应使用根据煤的岩石物理测试而形成的关系式.     

应力作用下层状砂岩电阻率的变化特征

本实验是在室温条件下对兰州河口砂岩进行了单轴加载,在与加载方向平行、垂直和成45°角的方向上观测了电阻率的变化特征。主要的实验结果是: (1)垂直层理加载时电阻率ρ_(?)(平行于加载方向)和ρ_(?)(垂直于加载方向)的变化分为三个阶段:上升—平稳—下降。(2)平行层理加载时电阻率ρ_(?)和ρ的变化表现出明显的各向异性。不论平行或是垂直层理加栽,在与层理面45°角的方向上的电阻率变化均较小。本文还对上述结果进行了定性解释。由于这种砂岩的放大因子较小(10—10~2),所以不适宜做地电台址。