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相似文献
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1.
岩石破裂电磁辐射频率与弹性参数的关系   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
为进一步研究岩石破裂电磁辐射特征,本文根据岩石破裂电磁辐射是由岩石破裂时产生带电粒子扰动引起的假说,通过断裂力学理论中的张开位移法计算岩石破裂过程中的裂纹宽度,由电磁辐射频率与破裂宽度之间的关系,研究电磁辐射频率与弹性参数之间的关系,并给出了它们之间的关系表达式.通过建立具有中心贯穿裂纹的无限大平板模型,根据破裂宽度计算了在该模型条件下几种岩石破裂过程中产生电磁辐射频率范围.理论模型计算出来的频率范围主要集中在实验观测的中高频段,并体现出频率随弹性参数的变化.  相似文献   

2.
岩石破裂时电磁辐射的机理研究   总被引:21,自引:6,他引:21  
本文提出了岩石破裂时的电磁辐射是裂纹尖端电荷随着裂纹加速扩展运动所产生的假说.应用断裂力学方法推导了岩石破裂时初始裂纹长度与裂纹扩展加速度的关系,并计算了其速度和加速度值.根据破裂岩石的电子发射理论,解释了裂纹尖端带电荷的现象.利用岩石在单轴压缩致裂过程中记录到的近场电磁辐射的实验结果,计算了裂纹扩展时裂纹尖端的电荷量和远场电磁辐射强度.通过对电磁辐射波谱分析的研究,得到岩石破裂时电磁辐射频率上限的估计值.最后对岩石破裂时出现的声光电磁现象在理论上作了统一的定性的解释.  相似文献   

3.
岩石破裂电磁辐射的频率特性   总被引:22,自引:5,他引:22       下载免费PDF全文
本文提出岩石破裂时产生的低频电磁辐射起源于微破裂引起的电子发射,并用电四极子模型计算了近区电磁场的频率特性.结果表明,近区电磁场的频率与样品尺寸和初始裂纹长度有关,利用典型实验样品尺寸和花岗岩初始裂纹数据计算出近区电磁场的频率为50kHZ-1MHz量级.它与已有实验测量结果相符.  相似文献   

4.
饱和岩石的各向异性及非线性黏弹性响应   总被引:25,自引:2,他引:25       下载免费PDF全文
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.  相似文献   

5.
围压作用下岩石样品中微裂纹的闭合   总被引:4,自引:1,他引:4       下载免费PDF全文
岩石中普遍存在的微裂纹对其物理性质有十分显著的影响.为了得到不同围压条件下岩样内部微裂纹形态的变化,选取几种具有明显层理的岩石圈岩石样品,在不同围压下沿相互正交的三个方向对纵横波速度和线应变等进行了测量,根据O’Connell模型通过计算得出有效泊松比、裂纹密度、裂纹孔隙度和裂纹的c/a比值(a为硬币形裂纹半长轴的长度,c为其半宽度).结果表明,随着围压的增加,在垂直于层理面的方向上裂纹闭合最快但c/a比值不减反增.结合显微组构分析可知,岩石中的裂纹表面实际上是凸凹不平的,在围压增加引起裂纹闭合过程中一条裂纹可以变成几个,长度成倍减小但宽度变化不大,所以在垂直于层理面的方向上c/a比值随围压增加而增大.但另两个方向上的变化明显不同,应该与模型本身的适用范围有关.通过同时测量纵、横波速度,计算c/a比值,可以对样品中微裂纹的几何形态及空间分布方式有定性或半定量的了解.  相似文献   

6.
岩石破裂中的电声效应   总被引:21,自引:0,他引:21  
利用16通道高速数据采集系统及三分量声发射换能器对多种岩石样品在单轴压缩及双剪破裂过程中产生的电磁辐射(EM)和声发射(AE)及其相互关系进行了实验研究.结果表明,岩样尺寸和岩石矿物成分对电磁辐射的产生及其特性都有较大影响.EM与AE的关系具有多样性,既有伴随AE出现的EM,还有不伴随AE出现的EM.这表明除微破裂产生的电磁辐射外,可能存在产生电磁辐射的非破裂机制.  相似文献   

7.
岩石破裂中多裂纹辐射模型   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
以往有关岩石破裂过程中产生的电磁辐射(EM)理论均建立在单裂纹模型之上,但实验表明,岩石破裂中存在着多裂纹同步扩展的现象,因而存在多裂纹同步扩展产生的电磁辐射。根据实验结果,提出了多裂纹同步扩展的简化辐射模型,计算了电磁辐射场的特性。结果表明,这种电磁辐射比单裂纹辐射场强振幅大N倍和具有更强的方向性,用实验测量值与该模型的计算值进行了比较,二者基本吻合。  相似文献   

8.
围压条件下岩石的抗拉强度   总被引:3,自引:0,他引:3  
用水压致裂法对7种岩石的厚壁圆筒试件进行不同围压下的抗拉强度实验,并从试件致裂瞬间的内壁环向应力σt,环向应变εt等五种参数随围压变化的角度,对围压条件下岩石的抗拉强度进行研究。结果表明,若用σt表示岩石的应力抗拉强度,则σt随围压的增加而减少,并由低围压时的拉应力逐渐过渡为高围压时的压应力。高围压时,虽然试件已处于三向受压状态,但其破裂仍表现为典型的张性破裂。从另一意义上讲,处于高围压环境中的岩石,其内部不可能存在拉应力,拉应力只在低围压状态中存在。若岩石的应变抗拉强度由εt表示,即使岩石三向受压,张性破裂的εt始终是拉应变,岩石的抗拉强度由应变来表征似乎更合理。εt先随围压的增大而增大,当围压超过某一特征值后,εt反随围压的增大而有所减少。 将上述结果应用于岩体(或地震)破裂,可以证明,当岩体内存在σ_3<μ(σ_1+σ_2)的应力状态时,即使三向受压,岩体照样会出现张性破裂。由此认为,地震的震源也存在着张性破裂的可能。  相似文献   

9.
含有障碍体的岩石样品破裂发展过程中的b值变化   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文用AET—5000型声发射仪对单轴压力下含有障碍体的岩石样品于破裂发展过程中的b值变化进行了研究。结果表明,不存在障碍体时大理岩板的b值随应力的增加而单调下降,由0.80降至0.13,直到岩样破裂为止。存在单个尺度较小的障碍体时,加载初期b值下降,当达到破裂应力的40%左右,b值回升;当障碍体的尺度较大时,b值在达到破裂应力的70%左右回升;然后,它们在应力再度增强时,b值又重新下降。而存在多个障碍体时,其变化形态随着障碍体的不同分布而不同。 最后讨论了造成b值变化的可能原因及其在地震预报中的影响和作用。  相似文献   

10.
在单轴加压下进行了有预制裂纹的岩石板在裂纹扩展过程中声发射时b值的实验。发现b值的变化与岩石裂纹的扩展过程有密切关系,并且不同岩石介质的相互作用可影响b值的变化。通常裂纹扩展时,b值下降,但扩展受阻时,b值又有所回升,因此,有预制裂纹的岩石板在破裂过程中,b值呈起伏变化。  相似文献   

11.
李琼  何建军  陈杰 《地球物理学报》2017,60(7):2897-2903
静态弹性参数对储层压裂改造、应力场及裂缝预测具有重要意义,开展地层压力条件下煤岩动、静态弹性参数实验研究,获得动、静态弹性参数之间的关系,为利用动态弹性参数预测静态弹性参数提供了岩石物理依据.本次研究应用MTS岩石物理参数测试系统完成沁水盆地和顺地区的煤岩样在地层压力条件下的动静态弹性参数同步测试.结果表明:动态杨氏模量随压力的增加而增加,而动态泊松比随压力的变化较为复杂;动、静态杨氏模量之间呈线性关系,且动态杨氏模量大于静态杨氏模量;动、静态泊松比之间的相关性较差,大部分煤样的动态泊松比小于静态泊松比.获得的这些关系为动静弹性参数转换提供了基础,进而为利用地震资料进行静弹性参数预测,获得岩石力学性能参数提供了一种途径.  相似文献   

12.
The frequency dependent mechanism of local fluid flow was found to be the decisive absorption and dispersion mechanism in fluid containing sandstones. In the ultrasonic frequency range local fluid flow and grain surface effects control the behaviour of highly porous and highly permeable rock if a pore fluid is present. Both mechanisms depend less on macroscopic rock parameters like porosity and permeability than essentially on microscopic parameters like crack size, crack density and grain contact properties. To demonstrate directly the important influence of the microstructure on the rock elastic and anelastic properties the microstructure of a sandstone was artificially changed by thermal cracking. The cracked rock exhibits a clearly changed behaviour at low uniaxial as well as at high hydrostatic pressure despite small changes of porosity and permeability. Fluid effects increase due to cracking. The experimental results are explained by means of a rock, model and local fluid flow. These results emphasize that it is the microstructure which controls the elastic and anelastic rock behaviour, even at high hydrostatic pressure.  相似文献   

13.
Differential effective medium theory has been applied to determine the elastic properties of porous media. The ordinary differential equations for bulk and shear moduli are coupled and it is more difficult to obtain accurate analytical formulae about the moduli of dry porous rock. In this paper, in order to decouple these equations we first substitute an analytical approximation for the dry‐rock modulus ratio into the differential equation and derive analytical solutions of the bulk and shear moduli for dry rock with three specific pore shapes: spherical pores, needle‐shaped pores and penny‐shaped cracks. Then, the validity of the analytical approximations is tested by integrating the full differential effective medium equation numerically. The analytical formulae give good estimates of the numerical results over the whole porosity range for the cases of the three given pore shapes. These analytical formulae can be further simplified under the assumption of small porosity. The simplified formulae for spherical pores are the same as Mackenzie's equations. The analytical formulae are relatively easy to analyse the relationship between the elastic moduli and porosity or pore shapes and can be used to invert some rock parameters such as porosity or pore aspect ratio. The predictions of the analytical formulae for experimental data show that the formulae for penny‐shaped cracks are suitable to estimate the elastic properties of micro‐crack rock such as granite, they can be used to estimate the crack aspect ratio while the crack porosity is known and also to estimate the crack porosity evolution with pressure if the crack aspect ratio is given.  相似文献   

14.
Seismic anisotropy is a relatively common seismic wave phenomenon in laminated sedimentary rocks such as shale and it can be used to investigate mechanical properties of such rocks and other geological materials. Young’s modulus and Poisson’s ratio are the most common mechanical properties determined in various rock engineering practices. Approximate and explicit equations are proposed for determining Young’s modulus and Poisson’s ratio in anisotropic rocks, in which the symmetry plane and symmetry axis of the anisotropy are derived from the constitutive equation of transversely isotropic rock. These equations are based on the media decomposition principle and seismic wave perturbation theory and their accuracy is tested on two sets of laboratory data. A strong correlation is found for Young’s modulus in two principal directions and for Poisson’s ratio along the symmetry plane. Further, there is an underprediction of Poisson’s ratio along the symmetry axis, although the overall behavior follows the trend of the measured data. Tests on a real dataset show that it is necessary to account for anisotropy when characterizing rock mechanical properties of shale. The approximate equations can effectively estimate anisotropic Young’s modulus and Poisson’s ratio, both of which are critical rock mechanical data input for hydraulic fracturing engineering.  相似文献   

15.
Experimental study of ultralong wave band for electro-magnetic signals and acoustic emission during rock fracture(曹惠馨)(钱书清)(吕...  相似文献   

16.
Measurements of seismic anisotropy in fractured rock are used at present to deduce information about the fracture orientation and the spatial distribution of fracture intensity. Analysis of the data is based upon equivalent-medium theories that describe the elastic response of a rock containing cracks or fractures in the long-wavelength limit. Conventional models assume frequency independence and cannot distinguish between microcracks and macrofractures. The latter, however, control the fluid flow in many subsurface reservoirs. Therefore, the fracture size is essential information for reservoir engineers. In this study we apply a new equivalent-medium theory that models frequency-dependent anisotropy and is sensitive to the length scale of fractures. The model considers velocity dispersion and attenuation due to a squirt-flow mechanism at two different scales: the grain scale (microcracks and equant matrix porosity) and formation-scale fractures. The theory is first tested and calibrated against published laboratory data. Then we present the analysis and modelling of frequency-dependent shear-wave splitting in multicomponent VSP data from a tight gas reservoir. We invert for fracture density and fracture size from the frequency dependence of the time delay between split shear waves. The derived fracture length matches independent observations from borehole data.  相似文献   

17.
龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,其静态弹性性质是影响压裂效果的重要因素,而动态弹性性质则是页岩"甜点"地震预测的重要基础.但对龙马溪组页岩动、静态弹性特征相互关系及其影响因素缺少对比研究,致使运用动态弹性性质进行"甜点"预测时存在不确定性.在对龙马溪组页岩样品系统动、静态性质联合测量基础上,分析了页岩样品动、静态弹性性质的变化规律,并讨论了成岩作用与动、静态弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,龙马溪组页岩上下两段成岩过程存在明显差异,致使上段页岩在结构上表现为以塑性黏土颗粒作为受力骨架,而下段页岩在结构上逐渐转变为脆性石英颗粒作为受力骨架.页岩岩石结构特征的变化控制了动、静态弹性特征的整体变化规律,表现为动、静态杨氏模量、峰值强度等随石英含量的增大表现出近似"V"型的变化形式,而与钙质含量变化呈现正相关关系,与黏土含量变化表现出负相关性.上段页岩宏观力学性质受微观石英+黏土颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现出明显塑性段,动、静态杨氏模量比大于1.4,破裂易于发生在黏土与石英颗粒边界形成宏观单剪型破裂模式,样品脆性低,且脆性变化不受石英含量的影响.下段页岩宏观力学性质受微观石英颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现为弹性变形,动、静态杨氏模量比小于1.4,破裂发生在石英颗粒内部形成宏观劈裂型破裂模式,样品脆性高,且脆性变化与石英含量呈明显正相关关系.研究结果可为龙马溪页气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.  相似文献   

18.
岩石破裂电磁辐射(EMR)现象实验研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
岩石破裂电磁辐射现象是客观存在的物理现象.随着电磁辐射观测技术在地震研究、冲击矿压预测等领域的应用,极大地推动了岩石破裂电磁辐射的实验研究.本文对岩石破裂电磁辐射的影响因素以及相伴生的现象,以及有关的物理解释进行了概括介绍.由于不同研究者使用实验设计、实验参数、实验条件的不同,使得观测和研究结果同样难以统一认识.不同的研究者根据各自的试验提出了不同的物理机制.同时对已发现现象的重复性、证实性研究岩石试验缺乏.严重匮乏利用数值模拟以及建立模型定量研究岩石破裂的电磁辐射.此外,岩样实验系统不同于实际的地震系统,进行模拟震源环境的实验研究,发展大尺度的标本和原岩现场实验的基础上,如何建立室内室外岩石实验与地震观测事实之间的联系是问题的关键.  相似文献   

19.
李宏兵  张佳佳 《地球物理学报》2014,57(10):3422-3430
经典的微分等效介质(DEM)理论可用于确定多孔介质的弹性性质,但由于缺乏多重孔DEM方程,其估计的多重孔岩石的等效弹性模量依赖于包裹体(即不同孔隙纵横比的孔或缝)的添加顺序.本文首先从Kuster-Toksöz理论出发建立了Zimmermann和Norris两种形式的多重孔DEM方程.Norris形式的多重孔DEM方程预测的等效弹性模量总是位于Hashin-Shtrikman上下限内,而Zimmermann形式的多重孔DEM方程有时会越界.然后,通过使用干燥岩石模量比的解析近似式,对两个相互耦合的Norris形式DEM方程进行解耦得到干燥多重孔岩石的体积和剪切模量解析式.用全DEM方程的数值解对解析近似式的有效性进行了测试,解析公式的计算结果在整个孔隙度分布区间与数值解吻合良好.对实验室测量数据在假设岩石含有双重孔隙的情形下用双重孔DEM解析公式对岩石的弹性模量进行了预测,结果表明,解析式准确地预测了弹性模量随孔隙度的变化.双重孔(即软、硬孔)DEM解析模型可用来反演各孔隙类型的孔隙体积比,它可以通过实验室测量与理论预测之间的平方误差最小反演得到.砂岩样品的反演结果揭示,软孔的孔隙体积百分比与粘土含量没有明显的相关性.  相似文献   

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