不同围压下孔隙度不同的干燥及水饱和岩样中的纵横波速度及衰减

选择具有不同孔隙度的三种岩石样品,在最高达600MPa （干燥样品）或300MPa （水饱和样品）的不同围压条件下,同时测量了在其中传播的纵、横波的速度及衰减。对于低孔隙度的花岗岩,干燥和水饱和样品的 Q 值几乎没有差别,但与干燥样品相比,水饱和样品中的纵波速度较高而横波速度稍低。对于中等孔隙度的杂砂岩,干燥样品和水饱和样品的波速和 Q 值及其随围压的变化有明显的不同。在高孔隙度的砂岩中这种不同更加显著。综合分析同时测得的纵、横波速度和 Q 值可以发现,当围压增加时,低孔隙度的花岗岩中同体应变相关的能量损失与同剪切应变相关的能量损失之比减小,但在中等孔隙度的杂砂岩和高孔隙度的砂岩中这一比值增大;同时,水饱和样品中的这一比值要比干燥样品中的大,而且它们之间的差别同样品的孔隙度正相关。     

水饱和裂纹对地壳岩样中地震波速及各向异性的影响

选择４种地壳岩石样品,经干燥或水饱和处理后在不同围压条件下测量了在其中传播的纵、横波的速度及其各向异性．在大气压条件下低孔隙度(＜１％岩样中,水饱和样品中的纵波速度明显地比干燥样品中的高,但横波速度的差别不大．因为在低孔隙度岩样中纵波速度对孔隙流体的反应比横波速度敏感,可以用泊松比的变化来反映随着围压的增加晶粒间流体对弹性波传播特性的影响．根据实验数据,按Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ模型分别计算了干燥和水饱和岩样中的裂纹密度,与通过实测体应变曲线得到的裂纹孔隙度十分吻合．利用横波的速度和偏振特性可以推断岩样中定向排列微裂纹的空间取向情况．研究表明,同时测量在岩样中传播的纵、横波的速度,通过Ｖｐ／Ｖｓ比值可以给出有关颗粒边界流体的证据,也可以估计岩样中的裂纹密度．     

水饱和裂纹对地壳岩样中地震波速及各向异性的影响

选择４种地壳岩石样品,经干燥或水饱和处理后在不同围压条件下测量了在其中传播的纵、横波的速度及其各向异性．在大气压条件下低孔隙度(＜１％岩样中,水饱和样品中的纵波速度明显地比干燥样品中的高,但横波速度的差别不大．因为在低孔隙度岩样中纵波速度对孔隙流体的反应比横波速度敏感,可以用泊松比的变化来反映随着围压的增加晶粒间流体对弹性波传播特性的影响．根据实验数据,按Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ模型分别计算了干燥和水饱和岩样中的裂纹密度,与通过实测体应变曲线得到的裂纹孔隙度十分吻合．利用横波的速度和偏振特性可以推断岩样中定向排列微裂纹的空间取向情况．研究表明,同时测量在岩样中传播的纵、横波的速度,通过Ｖｐ／Ｖｓ比值可以给出有关颗粒边界流体的证据,也可以估计岩样中的裂纹密度．     

地层条件下砂岩含水饱和度对波速及衰减影响的实验研究

为了研究含气地层对地震波传播的影响,在地层温压条件下,用超声波测试了长庆油田苏里格气田砂岩样品在不同饱和度下的纵、横波速度和衰减Q值.实验表明砂岩样品的物性和流体含量对纵波的速度和衰减的影响均大于横波,含气饱和度大于60％时纵波Q值变化明显;物性越好,含气饱和度越高,纵波Q值越小,吸收越大.分析实验结果和相应的影响机理,给出了利用纵波的吸收衰减预测砂岩含气性的应用实例.     

致密砂岩波速各向异性及弹性参数随围压变化规律的实验研究

为研究致密砂岩储层弹性波速度各向异性及弹性参数随围压的变化规律,应用地质力学研究所从美国New England Reaearch Inc引进的Autolab2000岩石物性实验设备,对采自长庆油田延长组储层的3组典型致密砂岩,对其X、Y、Z三个方向分别取样,进行了不同孔隙介质(干燥、饱水及饱油)条件下弹性波速度随围压(5~180 MPa)变化规律的实验研究工作,得到了X、Y、Z三个方向分别在干燥、饱水及饱油时的弹性波速度,并对X、Y、Z三个方向的各向异性进行计算和对比分析.同时根据测得的弹性波平均速度得到样品的弹性参数随围压的变化规律,对实验曲线进行拟合,获得不同孔隙介质条件下弹性波速度、各向异性、弹性参数随围压的变化规律及其拟合公式.结果表明,垂直方向速度值最低,横波各向异性指数小于纵波各向异性指数;随着围压的增加,致密砂岩波速增大,其各向异性以幂函数形式减小,体模量、弹性模量、剪切模量和拉梅常数以对数函数形式有不同程度的增加,泊松比因所含介质不同而有不同的变化趋势,除个别线外,拟合系数皆在0.956以上.在围压高于140 MPa时,干燥、饱水和饱油状态下的泊松比皆在0.24左右.     

不同温压条件下蛇纹岩和角闪岩中波速与衰减的各向异性

在实验室中研究了蛇纹岩和角闪岩样品在不同温压条件下的纵、横波速度和Q值．这两种岩样对应的主要组成矿物叶蛇纹石和普通角闪石都具有很强的晶格优选方位（LPO）．随着围压的增加,波速和Q值均增大,但是在相互正交的三个方向上（垂直或平行于层理面及线理方向）增大的速度并不相同,这与微裂隙的逐渐闭合密切相关．在600MPa的围压下升高温度直到600℃以上,由于微裂隙的热扩张受到约束,波速和Q值下降幅度很小．观测到的波速和Q值的各向异性具有不同的机理,波速各向异性主要与定向分布的微裂隙和主要矿物的LPO等构造因素有关;高围压下纵波Q值各向异性与速度各向异性正好相反,可能是由于形成层理面的定向排列的平板状矿物晶体沿不同方向边界之间接触程度不同造成的．     

不同温压条件下蛇纹岩和角闪岩中波速与衰减的各向异性

在实验室中研究了蛇纹岩和角闪岩样品在不同温压条件下的纵、横波速度和Q值．这两种岩样对应的主要组成矿物叶蛇纹石和普通角闪石都具有很强的晶格优选方位（LPO）．随着围压的增加,波速和Q值均增大,但是在相互正交的三个方向上（垂直或平行于层理面及线理方向）增大的速度并不相同,这与微裂隙的逐渐闭合密切相关．在600MPa的围压下升高温度直到600℃以上,由于微裂隙的热扩张受到约束,波速和Q值下降幅度很小．观测到的波速和Q值的各向异性具有不同的机理,波速各向异性主要与定向分布的微裂隙和主要矿物的LPO等构造因素有关;高围压下纵波Q值各向异性与速度各向异性正好相反,可能是由于形成层理面的定向排列的平板状矿物晶体沿不同方向边界之间接触程度不同造成的．     

不同围压和流体饱和状态下致密砂岩弹性各向异性特征

为研究致密砂岩声波速度及其各向异性随围压的变化规律以及不同流体饱和状态下的弹性各向异性特征,钻取了不同方向的岩心并在实验室超声波频率下对致密砂岩的声学特性进行了测量,分别给出干燥和饱和水状态下,不同方向样品纵横波速度、刚性系数以及各向异性系数随围压的变化规律,并对实验结果进行了分析讨论.实验结果表明致密砂岩纵横波速度、纵横波速度比以及刚性系数均随围压增加而增加,但其在不同饱和状态下的变化率却截然不同;纵横波速度比、各向异性系数在饱和水状态下变化规律不明显,表明孔隙流体的存在对于岩石物理性质有着非常重要的影响.这方面的实验工作不但对于考察不同流体性质对致密岩石弹性各向异性影响是必要的,而且有助于致密砂岩油水和气层的识别.     

超深碳酸盐岩油气储层岩石弹性性质高温高压超声实验研究

面向超深碳酸盐岩油气勘探开发中储层精细地震刻画问题,研发了高温（200℃）、高压（200 MPa）岩石弹性性质超声测量系统.收集塔里木盆地9块奥陶系超深碳酸岩储层岩石样品,通过高温高压条件下超声纵、横波速度测量发现,在围压保持69.0 MPa不变的情况下,当温度从25℃上升到200℃时,干岩石样品的纵、横波速度以及体积模量与剪切模量随着温度的升高而下降,纵波速度与体积模量最大降幅分别达到3.54%和7.54%,横波速度与剪切模量最大降幅分别达到4.57%和8.93%;在温度保持200℃不变情况下,当围压从69.0 MPa上升到137.9 MPa时,干岩石样品的纵、横波速度以及体积模量与剪切模量随着围压的升高而升高,纵波速度与体积模量最大升幅分别达到1.78%和3.39%,横波速度与剪切模量最大升幅分别达到1.95%和5.26%.在超深碳酸盐岩油气储层环境下,温度对碳酸盐岩岩石骨架弹性性质的影响可能超过围压对岩石骨架弹性性质的影响.岩石样品温度与围压循环实验表明,干岩石弹性性质与温度以及围压的变化关系不具可逆性,碳酸盐岩岩石样品弹性模量与温度之间总体上存在线性关系,其截距与斜率由碳酸盐岩岩石中方解石的含量控制.

     

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.     

Initiation and Propagation of Compaction Bands in Dry and Wet Bentheim Sandstone

We investigated initiation and propagation of compaction bands (CB) in six wet and four dry Bentheim sandstone samples deformed in axial compression tests with strain rates ranging from 3.2 × 10^?8 s^?1 to 3.2 × 10^?4 s^?1. Circumferential notches with 0.8-mm width and 5-mm depth served to initiate CB at mid-sample length. Wet samples were saturated with distilled water and deformed at 195 MPa confining pressure and 10 MPa pore pressure. Dry samples were deformed at 185 MPa confining pressure. Twelve P-wave sensors, eight S-wave sensors and two pairs of orthogonally oriented strain-gages were glued to the sample surface to monitor acoustic emission (AE), velocities and local strain during the loading process. Nucleation of compaction bands is indicated by AE clusters close to the notch tips. With progressive loading, AE activity increased and AE hypocenters indicated propagation of a single CB normal to the sample axis. CB propagation from the sample periphery towards the centre was monitored. Microstructural analysis of deformed samples shows excellent agreement between location of AE clusters and CBs. In both dry and wet samples the lateral propagation of CBs was about 100 times faster than axial shortening rates. At the slowest displacement rate, AE activity during band propagation was reduced and CB nucleation in wet samples occurred at 20% lower stresses. This may indicate an increasing contribution of stress corrosion processes to the formation of the compaction bands. In dry and wet samples inelastic compaction energy per area ranged between 16 and 80 kJ m^?2. This is in good agreement with previous estimates from laboratory and field studies.     

单轴压缩下干燥和饱水岩石中超声P波的衰减

根据脉冲传播和频谱比方法的基本原理建立了一套超声波衰减和波速测量系统。研究了单轴压缩下超声P波在干燥和饱水的小浪底砂岩和房山大理岩中的衰减和速度。常压下,水饱和样品的Q_P值低于干燥样品。初始加载时,在大多数情况下,Q_p值明显增加即衰减减小;当应力水平达破裂强度50-60％后,岩石开始膨胀,Q_p减小即衰减增加;临近破裂Q_p减至最小。Q_p的变化量达一个数量级。单轴压缩下,在干燥和饱水的砂岩、大理岩中,V_p分别增加为27％和28％,44％和11％。径向Q_p和V_p随单轴压力的变化比轴向小得多,呈现明显各向异性。在本实验条件下,波在裂纹表面的摩擦耗散是主要的衰减机制,水的作用主要是潮湿和润滑裂纹表面,促进滑动,增加衰减。     

单轴压缩下干燥和饱水岩石中超声P波的衰减

根据脉冲传播和频谱比方法的基本原理建立了一套超声波衰减和波速测量系统。研究了单轴压缩下超声P波在干燥和饱水的小浪底砂岩和房山大理岩中的衰减和速度。常压下,水饱和样品的Q_P值低于干燥样品。初始加载时,在大多数情况下,Q_p值明显增加即衰减减小;当应力水平达破裂强度50—60％后,岩石开始膨胀,Q_p减小即衰减增加;临近破裂Q_p减至最小。Q_p的变化量达一个数量级。单轴压缩下,在干燥和饱水的砂岩、大理岩中,V_p分别增加为27％和28％,44％和11％。径向Q_p和V_p随单轴压力的变化比轴向小得多,呈现明显各向异性。在本实验条件下,波在裂纹表面的摩擦耗散是主要的衰减机制,水的作用主要是潮湿和润滑裂纹表面,促进滑动,增加衰减。     

Compaction and Failure in High Porosity Carbonates: Mechanical Data and Microstructural Observations

We investigated systematically the micromechanics of compaction in two carbonates of porosity above 30%, Majella grainstone and Saint Maximin limestone. The composition, grain size and pore surface area of these rocks were determined. Hydrostatic compression experiments were performed under dry and wet conditions beyond the onset of grain crushing. A significant water weakening effect was observed in both rocks. A set of conventional triaxial experiments was also performed on both rocks under dry conditions at confining pressures ranging from 3 to 31 MPa. Microstructural observations were carried out on the deformed samples. The mechanical behavior of these high porosity carbonates is dominated by shear-enhanced compaction associated in most cases with strain hardening. Stress-induced cracking and grain crushing are the dominant micromechanisms of deformation in both rocks. In Majella grainstone, compactive shear bands appeared at low confinement, in qualitative agreement with the deformation bands observed in the field. At higher confining pressures, compaction localization was inhibited and homogeneous cataclastic flow developed. In Saint Maximin limestone, compaction localization was observed at all confining pressures. An increasing number of compactive shear bands at various orientations appeared with increasing strain. These new data suggest that compaction localization is important in the mechanical compaction of high porosity carbonates.     

固原重塑黄土动力特性共振柱试验研究

利用GCTS共振柱测试仪研究了干密度和固结压力对固原黄土重塑土动剪切模量和阻尼比的影响及试验数据误差的基本规律。通过设计不同工况的试验条件,对比分析结果表明:相同含水率条件下,最大动剪切模量G_(dmax)随固结压力和干密度的增大而增大。相同干密度条件下,黄土的动剪切模量比随围压的增大而增大;阻尼比随围压的增大而减小;相同围压条件下,黄土动剪切模量比随干密度的增大而增大,阻尼比随干密度的增大而减小;不同剪应变特征点的动剪切模量比和阻尼比试验数据呈现一定的离散性,且离散程度阻尼比明显高于动剪切模量比。研究成果可为该地区场地地震反应分析及工程建设提供基础资料。