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在实验室超声波频率下(纵波主频为700kHz、横波为250kHz)对层理发育的页岩和泥岩的各向异性进行了研究,给出了在干燥和油饱和条件下,样品不同方向上纵、横波速度以及各向异性参数随压力的变化规律. 用X 射线衍射和扫描电镜分析了样品中引起各向异性的原因,指出平行于层理定向排列的粘土矿物和微裂隙是使样品显示出强弹性各向异性的内在原因. 随着压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱. 孔隙流体的存在增强了孔隙（裂隙）的刚度,减弱了各向异性随压力增大而减小的趋势. 相似文献
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《地球物理学进展》2017,(3)
各向同性岩石中裂隙随机分布,施加单轴方向的压应力后,与压应力方向垂直的缝隙会优先闭合.应力作用下裂隙的闭合导致岩石呈现出横向各向异性的特征,进而影响弹性波的传播特征.前人对干燥岩石中应力引起的弹性波速度各向异性开展了大量研究,但未考虑充填流体对于应力诱导各向异性和弹性波传播的影响.弹性波通过应力作用的岩石时会诱导微孔隙结构上的"挤喷流"效应,从而造成弹性波显著的频散和衰减.在本文中,我们分析应力诱导各向异性岩石中挤喷流对弹性波传播的影响.利用硬币型裂隙模型,同时考虑挤喷流和应力诱导各向异性的影响,我们建立了应力作用下含流体岩石各向异性模型.基于本文的模型,我们研究了裂隙介质中单轴应力和充填流体对弹性波传播的影响.我们的模型成功预测了弹性波速度随应力的增加,同时表明了挤喷流造成纵波的各向异性频散更显著. 相似文献
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本文在实验室中对四组来自不同地区的致密砂岩和页岩的波速和波速各向异性开展了研究.结合扫描电镜分析和波速应力敏感性测试,分析了引起致密砂岩和页岩各向异性的主要影响因素及规律.研究结果:(1)层理和微裂隙是引起致密砂岩各向异性的主要影响因素,而页岩的各向异性主要由定向发育的矿物成分导致,本研究中所用的致密砂岩各向异性强于页岩的各向异性.(2)平行地层方向的岩石波速高于垂直地层方向的岩石波速,超声波速随着应力增加而增加(3)波速各向异性随应力的变化分为两阶段,第一阶段随应力增加而减弱的应力各向异性,与定向排列的微裂隙相关.第二阶段随应力不再发生变化的材料各向异性,与基质中的矿物成分相关.(4)利用体积应变获得的裂隙孔隙度,以及矿物成分含量验证了这两类各向异性,应力各向异性与裂隙密度成正比,材料各向异性与黏土矿物含量线性相关.(5)根据波速各向异性随应力变化的两阶段,可以定量区分裂隙和基质(矿物)对岩石各向异性的影响,研究结果对体积压裂的裂缝扩展具有重要的意义. 相似文献
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岩石弹性各向异性特征是普遍存在的,但导致岩石弹性各向异性的原因复杂且仍然存在一定争议.本研究以龙马溪页岩为例,试图建立页岩弹性各向异性和矿物分布之间关系.研究使用无损超声波探测获取岩石弹性各向异性参数,并使用背散射技术获取岩石矿物分布特征.研究通过引进变异系数来描述矿物或孔裂隙在不同方向的差异性,并通过2个正交方向的变异系数建立微观异质性指标,用于表征微观尺度上矿物或孔裂隙在不同方向的差异程度.微观背散射图像显示,龙马溪组页岩主要由石英和伊利石构成,且这两种矿物和孔裂隙在X和Y面上都有定向排列特征.相应地,它们的变异系数在X面和Y面上均表现出随角度增大而降低的特征;而在Z面,石英、伊利石和孔裂隙变异系数变化不明显,这与Z面上矿物和孔裂隙无明显方向性的特点一致.无损超声波探测结果显示,波速在X和Y面上随角度增加而减小,这与主要矿物和孔裂隙变异系数变化趋势相同;而在Z面,波速变化不大,与主要矿物和孔裂隙变异系数变化不明显的特征一致.以上观测结果说明,宏观波速与矿物的微观变异系数明显相关,暗示岩石弹性各向异性与矿物分布直接相关. 相似文献
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地应力的精确预测是对页岩地层进行水平井钻井轨迹设计和压裂的基础.本文在分析页岩构造特征的基础上,提出了适用于页岩地层的岩石物理等效模型的建立流程,并以此为基础实现了最小水平地应力的有效预测.首先,通过分析页岩地层的矿物、孔隙、流体及各向异性特征,将其等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质,进行了页岩岩石物理等效模型的构建;然后建立了页岩地层纵横波速度经验公式,并将该经验公式与岩石物理等效模型均应用于实际页岩工区的横波速度预测中,二者对比表明,本文中建立的页岩气岩石物理等效模型具有更高的横波预测精度,验证了该模型的适用性;最后,利用该模型计算各弹性刚度张量,进而实现了页岩地层最小水平地应力的预测,与各向同性模型估测结果对比表明,该模型预测的最小水平地应力与地层瞬间闭合压力一致性更高,且储层位置更为明显,具有较高的实用性. 相似文献
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揭示超深层碳酸盐岩储层的地震岩石物理响应机理可以为深储层测井数据解释、地球物理预测提供物理基础,对于深层油气勘探开发、向地球深部进军都有重要意义.深层致密碳酸盐岩储层面临着高温高压、成岩作用显著、异常压力普遍等新的物理环境,其岩石骨架、储集非均质、以及流体属性都将发生系统的变化.通过对塔里木盆地超深层(>7000 m)样品的弹性性质测量,系统的研究了深层碳酸盐岩储层的压力效应和水饱和流体效应,厘清了控制深层碳酸盐岩储层地震弹性性质的二元主控因素：裂隙发育和流体类型.且这二者呈现明显的耦合关系,裂隙越发育,越有利于识别不同流体的弹性特征.深层碳酸盐岩样品整体显示弱VTI(垂直横向各向同性)各向异性特征(<4%),也反映了在微观尺度上,水平裂隙相较于垂直裂隙对地震各向异性的影响更大.孔隙压力和气油比(GOR)对深层条件下油气流体的弹性响应也有较大影响：油气流体的弹性模量随着气油比的增加呈现明显下降,但随着孔隙压力的增加呈现升高趋势.在深储层地震岩石物理响应机理的基础上,建立了表征深层碳酸盐岩储层二元主控因素的地震岩石物理模型,该模型可以有效的刻画裂隙密度、流体类型对深层碳酸盐岩... 相似文献
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水力压裂储层改造技术是页岩气开发的关键技术手段.大量高压流体注入页岩储层会显著改变岩石的纵横波速度、岩石力学参数及其各向异性特征.文章在伪三轴应力加载条件下对龙马溪组页岩开展了差异化的水力压裂岩石物理实验,对比了应力加载方式和水-岩物理化学反应对于页岩纵横波速度和岩石力学参数的影响.实验结果表明,对于干燥页岩样品,各向同性应力加载可以增大其纵横波速度和杨氏模量,并减弱对应的各向异性特征,而差应力加载可以提高杨氏模量的各向异性特征,并使页岩垂直沉积层理方向上的抗压强度下降速率加快.另一方面,水力压裂引发的水-岩物理化学反应能够"软化"页岩样品,降低其杨氏模量.这一"软化"作用对页岩纵横波速度的影响较小,而使Thomsen参数、杨氏模量和泊松比的各向异性特征显著下降.此外,页岩样品泊松比之间的负线性关系也由于压裂流体对页岩的"软化"作用失去了对于应力加载的敏感性.研究结果可以为龙马溪组页岩岩石力学性质研究提供良好的借鉴和数据支持. 相似文献
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电法勘探因其成本低、效率高的优势,常被作为寻找页岩气储层的辅助手段.然而,到目前为止,页岩的电性特征,特别是复电阻率各向异性特征,以及其与页岩气储层参数的关系研究甚少,这在一定程度上阻碍了电法勘探在页岩气勘探中的应用.基于此,本文采集了黔东地区几种典型黑色页岩岩样,并测量了 6块黑色页岩在走向、倾向和垂直层理方向的复电阻率,分析了其各向异性特性,讨论了电阻率与总有机碳(TOC)含量、脆性矿物含量、最大镜质组反射率等页岩气储层参数之间的关系.研究表明:(1)页岩复电阻率振幅各向异性存在频率依赖的特征,在中低频阶段,页岩复电阻率振幅各向异性明显,垂直层理方向复电阻率振幅显著大于走向、倾向方向复电阻率振幅,但随频率增加,页岩复电阻率振幅各向异性差异减小,甚至趋于各向同性;(2)复Cole-Cole模型能很好地拟合页岩三方向的复电阻率数据;(3)走向、倾向方向电阻率与TOC含量存在显著的线性正相关关系,通过走向、倾向方向电阻率预测TOC含量有一定可行性;(4)电阻率与脆性矿物含量、黏土矿物含量、最大镜质组反射率关系复杂,未发现简单的线性相关关系.上述研究结果对我们全面了解黔东地区黑色页岩的电性特征,促进电法勘探在页岩气勘探中的应用大有裨益. 相似文献
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地质成因和构造/热应力导致地壳岩石中的孔隙结构（裂隙和粒间孔）的变化.影响岩石黏弹性的因素包括压力、孔隙度、孔隙中包含的流体和孔隙几何形状等.相对于岩石中的硬孔隙,岩石黏弹性（衰减和频散）受软孔隙（裂隙）的影响更大.本文选取三块白云岩样本,进行了不同围压和流体条件下的超声波实验测量.利用CPEM（Cracks and Pores Effective Medium,裂隙和孔隙有效介质）模型获得了岩石高、低频极限的弹性模量,并通过Zener体（标准线性体）模型将CPEM模型拓展到全频带而得到CPEM-Zener模型,用该模型拟合岩石松弛和非松弛状态下的实验数据,本文得到平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度以及纵波速度和品质因子随频率的变化关系.结果表明,饱水岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度均高于饱油岩石,随着压差（围压和孔隙压力的差值）的增加,饱油岩石中的裂隙首先闭合.并且压差在70 MPa以内时,随着压差增大,岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度在饱水和饱油时的差值增大,此时流体类型对于岩石裂隙的影响越来越显著,此外,对饱水岩石,平均裂隙纵横比随压差增加而增大,这可能是由于岩石中纵横比较小的裂隙会随压差增大而逐渐趋于闭合.在饱水和饱油岩石中,裂隙孔隙度和裂隙密度都随着压差增加而减小.通过对裂隙密度和压差的关系进行指数拟合,本文获得压差趋于0时的裂隙密度,且裂隙密度随孔隙度增大而增大,增大速率随压差增加而降低.针对饱水和饱油的白云岩样本,CPEM-Zener模型预测的纵波频散随压差增大而减小,此变化趋势和实验测得的逆品质因子随压差的变化关系基本一致,由此进一步验证了模型的实用性.本研究对岩石的孔隙结构和黏弹性分析以及声波测井、地震勘探的现场应用有指导意义. 相似文献
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数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数(ODF)定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层(CPML)旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度. 相似文献
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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VP、VSH和VSV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VP、VSH和VSV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. 相似文献
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应用二维三分量时变可压缩磁流体动力学模拟方法,数值研究了各向异性等离子体(P⊥≠P∥,T⊥≠T∥)中的撕裂模不稳定性和磁场重联过程.计算结果表明,在短暂的线性增长之后,不稳定性将趋于非线性饱和.线性增长率随着各向异性程度|P⊥/P∥|增强而增大,随着等离子体β值减小及磁场y分量By增大而降低.在强垂直各向异性(P⊥>P∥)的情况下,电流片中磁场重联形成的磁岛达到非线性饱和后,在X型点附近形成空腔结构;随着空腔的增大,磁岛逐渐变小,并最终消失.在P⊥>P∥情况下,仅在电流片中心区域可以激发火蛇管不稳定性,电流片中不能形成大型磁岛. 相似文献
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The seismic velocity and attenuation of fully saturated shales were measured for the first time under overpressured conditions, using the ultrasonic reflection technique. Shale cores from naturally overpressured horizons in the North Sea were tested in the laboratory, at confining and pore pressures relevant to in situ conditions.
A single-frequency tone-burst pulse wave was used to determine the seismic wave velocities and quality factors of the shale samples, with errors less than 0.3% and 0.1 dB/cm, respectively, at a frequency of 0.75 MHz. Sample length changes with varying confining and pore pressure were measured and the pore pressure equilibration time was monitored for each sample.
The anisotropy of the seismic attributes ( Vp , V s , Q p and Q s ) was determined over a range of differential pressures from 5 to 60 MPa, with respect to the predominant foliation. The ultrasonic velocity data followed a transversely isotropic pattern depending on the direction of wave propagation with respect to the laminations. The Poisson's ratio was found to rise by 5% as the shale material progressed from a normally pressured to an overpressured state. The quality factor ( Q ) characteristics were interpreted in terms of pore geometry and connectivity as well as the directional permeability of the transversely isotropic shale material. The results were converted to bulk and shear loss modulus defects, and a positive bulk loss was observed for waves propagating perpendicular to the lamination plane even above differential pressures of 20 MPa. This indicates different levels of Biot-flow and squirt-flow attenuation mechanisms acting within the shale structure, depending on the wave propagation and vibration directions. 相似文献
A single-frequency tone-burst pulse wave was used to determine the seismic wave velocities and quality factors of the shale samples, with errors less than 0.3% and 0.1 dB/cm, respectively, at a frequency of 0.75 MHz. Sample length changes with varying confining and pore pressure were measured and the pore pressure equilibration time was monitored for each sample.
The anisotropy of the seismic attributes ( V
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板岩作为一种浅变质岩在我国有着广泛的分布,对其地震波速度的研究将有助于对这类过渡性岩石的有效区分,对于浅层地壳的各向异性研究也具有重要意义.本文对采自云南丙中洛地区的板岩样品进行了地震波速度的室内实验研究,其中部分实验是在加拿大Dalhousie High Pressure Laboratory完成.实验获得了板岩在围压10~600 MPa条件下、不同构造主方向（X,Y和Z）上的地震波速度,在围压600 MPa时,X、Y、Z三个方向的P波速度分别为6.58、6.46、5.91 km/s,平均速度为6.30 km/s,S波平均速度约为3.62 km/s,VP/VS=1.74;并初步分析了板岩地震波速度、横波分裂及其波速各向异性随着围压的变化规律,发现所测量的板岩在较低围压（<150 MPa）时波速的各向异性随围压升高而迅速减小,主要是由于其内部微裂隙的定向排列引起的,而随着围压的继续增加（>150 MPa时）微裂隙基本闭合,黑云母、阳起石等片状矿物的定向排列成为其地震波各向异性的主导诱因,此时（围压为600 MPa）VP、VS的各向异性分别稳定在13%、16%左右.本研究所获取的基础实验数据及所探讨的板岩地震波性质将为确定地壳上部显微裂隙的优选定向、浅层地壳的各向异性分析、地球物理模型条件约束等提供基础. 相似文献
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龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一.由于岩石物理实验结果具有区域性,龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确.本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律,并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型.研究结果表明,石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用,TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中;岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量,在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时,以石英、粘土共同作为岩石骨架,而粘土含量大于30%时,则以粘土作为岩石的骨架.因此,岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质,富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征,但由于支撑矿物的转换,某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征.粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因,各向异性参数与粘土含量具有指数关系.基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征,可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型,实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据. 相似文献
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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. 相似文献
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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. 相似文献
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Hydraulic fracturing reservoir reconstruction technology is crucial in the development of shale gas exploitation techniques.Large quantities of high-pressure fluids injected into shale reservoirs significantly alter compressional(P)and shear(S)wave velocities,rock mechanical parameters,and anisotropic characteristics.In this study,differentiated hydraulic fracturing petrophysical experiments were carried out on Longmaxi Formation shale under pseudo-triaxial stress loading conditions.The effects of stress loading methods,and water-rock physical and chemical reactions on P-and S-wave velocities and rock mechanical parameters were compared.The experimental results showed that isotropic stress loading may increase the P-and Swave velocities and Young’s modulus of dry shale kldnsample.Furthermore,it may lead to a weakening of the corresponding anisotropy.In contrast,differential stress loading was able to improve the anisotropy of Young’s modulus and accelerate the decrease in the compressive strength of shale in the vertical bedding direction.The water-rock physical and chemical reactions prompted by hydraulic fracturing was found to"soften"shale samples and reduce Young’s modulus.The influence of this"soften"effect on the compressional and shear wave velocities of shale was negligible,whilst there was a significant decrease in the anisotropy characteristics of Thomsen parameters,Young’s modulus,and Poisson’s ratio.The negative linear relationship between the Poisson’s ratios of the shale samples was also observed to lose sensitivity to stress loading,as a result of the"soften"effect of fracturing fluid on shale.The results of this study provide a reliable reference point and data support for future research on the mechanical properties of Longmaxi shale rocks. 相似文献