衰减和弥散

多孔岩石局部含水饱和对渗透率和纵、横波的影响 (Effect of partial saturation on permeability and waves in porous rocks),A.Nur,J.Wklls等 (C—87) 对含水饱和不同的几种砂岩、砂以及多孔隙玻璃体的纵波速度(V_P)横波速度(V_S)以及纵波衰减Q_P~(-1)和横波衰减(Q_S~(-1)作了精确的实验室测量。用小于1千赫频率对马西郎砂岩的测定结果表明,与千岩石相比较,全部和局部饱和水的岩石的横波衰减Q_S~(-1)较高,在局部饱和水的岩石中,纵波衰减Q_P~(-1)很高,但当全部饱和水时,又回到接近它原来干燥时的值。当岩石由干燥变为局部饱和水     

用横波波速测定岩石的各向异性

测量了横波在各向异性岩石样品中以不同偏振角度传播时的波速。研究了井下岩石样品在干燥、含水饱和与煤油饱和状态下的各向异性情况。计算出这3种情况下岩石样品的时差各向异性常数和横波平均速率。在干燥、含水饱和与含油饱和条件下，含水饱和的各向异性系数有最大值；干燥的各向异性系数有最小值。在含油饱和情况下的横波平均声速要大于含水饱和条件下的横波平均声速。含油饱和与含水饱和条件下的横波速度有明显差别，但各向异性的趋势却比较一致。     

波形反演技术应用于岩石低频声波特性的实验室测量

本文提出了在10—100千赫频率范围内的岩石声波特性实验室测量新方法,该方法采用同样的材料但不等长度的柱状棒来测量扩展波形。棒的纵波和横波速度通过用基于模型的相位最小化方法拟合波形相位来确定。经相位拟合后,通过波形振幅的拟合可进一步反演得到扩展波衰减。应用这种反演方法,可在远低于传统超声波测量频率处同时确定速度和衰减。通过使用这种技术,在干燥和饱和条件下,测量了砂岩样本的纵波、横波速度和扩展衰减值随压力变化的情况。这一结果与相同岩芯样本上的超声波测量结果进行了比较。在饱和情况下的比较表明,超声波和声波频率范围间存在显著的速度频散现象。     

在孔隙岩层中地震波的速度

对不同饱和状况下的孔隙岩层中的地震纵波和横波的速度已经从理论上作了计算,并与实验室资料作了比较。从理论上说,岩石可用固体基质、球状孔隙和扁椭球体状的孔隙来表示。在计算受额定压力影响的速度时,考虑了孔隙的密集程度和饱和压缩系数。如果其他参数固定不变,理论上的计算表明,在相同浓度中,扁孔隙(小纵横比)比成圆形的孔隙对弹性模量和速度的影响更大。饱和流体(气、油或水)的性质对压缩速度的影响比对切变速度的影响大。纵波速度在水饱和岩中比在干岩石或气饱和岩石中高。通常,横波的性质正好相反,切变速度在干岩石或气饱和岩石中则比在水饱和岩石中高。在实验室里,作为压力的函数测定的干的和水饱和的花岗岩、石灰岩、砂岩样品的切变速度与理论曲线相拟合,并计算了与资料相拟合的孔隙形状谱。要求从球状到相当细微的裂缝(纵横比为1至10~5)的孔隙形状的谱与资料相拟合。用这些模型计算的理论速度与在水饱和岩石、冻结的岩石中测得的速度以及局部饱和岩石中的纵波速度相拟合。在实验室资料基础上得来的岩石样品,对不同压力和温度下的气、油和卤水的完全或局部饱和储集层的理论地震速度作了计算。卤水饱和中的压缩速度最高,而气饱和中的压缩速度最低。随压力增大差异减小。当卤水中存在少量(5％)气体,成为不相容的混合物时,压缩速度显著下降,在某些压力下甚至低于完全气饱和中的数值。砂岩模型中,在对应于浅层和适当深度(约8000呎以内)的压力上,气——卤水界面纵波的反射系数是高的。当额定压力更大时,除了非常高的孔隙流体压力(气体压力)外,其反射系数变小。因此,深层的强反射或“亮点”可能表示过压层位。由于混合气体——卤水界面的反射系数低于纯气界面的反射系数。根据层速度和反射振幅可能有助于分辨混合气体——卤水储集。气饱和岩石的泊松比低于卤水饱和岩石。在较深的深层中,这些差异仍然存在。     

岩石阻容频散特性及其与流体饱和度关系研究

讨论砂岩和灰岩岩心电阻率、电容率参数与岩石含水饱和度之间的关系。对砂岩和灰岩岩心样品进行高压(30 MPa)真空(-0.092 MPa)驱替饱和,使岩心样品饱和某一矿化度的盐溶液,测量这些岩心电阻率和电容率参数。对所测量的数据分析发现,在4Hz~5 MHz的频率范围内,每种岩性电阻率和电容率均随频率的增加而减小,但在同等条件下,电容率随频率的变化幅度更明显,其频散度更大。不同的频率段,岩心电阻率和电容率参数频散度不同,低频段(小于100kHz)频散度大,在高频段(大于100kHz)频散度小。根据岩性电阻率和电容率参数,建立了一种新型的岩石含水饱和度的计算方法。相比于传统岩电实验,利用该方法计算饱和度不需要测量岩石的胶结指数、饱和度增大系数、地层因数等Archie公式的相关参数。通过岩心的电容率可以直接计算岩石含水饱和度,可减少多个不同参数实验测量带来的误差。     

各向异性岩石中孔隙流体对地震波速度的影响

一种估计各向导性岩石中高低频率饱和地震波速度的新方法完全是基于干岩特性的测量值,而无需对裂缝进行理想假设,是一种简单的方法。干岩速度/压力比和孔隙/压力比的测量值中含有各种所需的信息,利用这些信息可估计流体饱和的频率相关效应。     

致密砂岩纵、横波速度影响因素的实验研究

为了研究孔隙度、孔隙结构、含水饱和度、压力、频率等对致密砂岩纵、横波速度的影响,利用脉冲透射法、差分共振声谱法和低频应力应变方法得到了6块致密砂岩样品的纵、横波速度,并利用Micro-CT得到了岩石的微观孔隙结构。实验结果表明,岩石样品的孔隙度与密度具有较好的负相关性;超声频率下,干燥岩样的纵、横波速度和孔隙度相关性较差,而饱水岩样的纵、横波速度与孔隙度相关性变好;样品纵波速度随围压增加急剧增大,围压增加到20 MPa时,其纵波速度增大了23%,这主要受岩石裂缝闭合的影响;不同含水饱和度下,在1 558 Hz下测得的纵波速度比1 MHz的纵波速度低3.5%~12.5%;从干燥到完全水饱和,1 MHz和600 Hz频率下体积模量均增加,两者变化趋势大体相同,且与岩石的渗透率具有较好的相关性。     

多孔介质棒中胀缩波的 Biot-Gaurdner 理论

在流体饱和多孔介质棒上,已进行了许多胀缩、弯曲和扭转震动的测量。胀缩和弯曲震动的测量可得到杨氏模量波的损耗参数 Q_r,扭转震动的测量得到切变波的 Q_(?)。然而,在假设流体饱和岩石是各向同性固体时,大部分岩石的 Q_p 可由压缩波计算。从这些测量中我们发现了计算Q_p 的错误,同时强调研究工作者在解释介质棒中胀缩波的数据时,要考虑到简单流体粘度引起的损耗。通过应用已发表的理论,我们认为胀缩波的衰减峰频率预期在几赫到几千赫,并取决于棒的直径,用已发表的水、乙醛和 n-癸烷饱和的 Navajo 砂岩测量结果与计算的曲线比较,在每一种情况下,计算的峰频与测量峰频一致。由于饱和流体(水)的粘度变化,当温度从4℃到25℃时峰频随之漂移。     

局部气体饱和岩石中实验速度测量解释

饱和度和实验速度的关系与过去经常用来预测气体对地震波速度影响的Biot－Gassman理论不相匹配一直是岩石物理学中的一个古老问题。一个实验速度数据新的解释表明饱和度关系受两种以前公布的高频声波原理所控制：①用来描述孔隙空间的流体和气体饱和区域之间的压力平衡的气囊模型；②在具有不同纵横比的孔隙中由于压力平衡引起的局部流体流动。当这两个原理被加到毕奥理论中后，结果描述公布的速度与气体饱和度数据关系为广泛的岩石种类。这两种原理忽略了地震数据的低频成份，所以饱和度与实验速度的关系不能用来预测地震频率的饱和关系。一个适于预测地震速度的实验测量是干岩石的超声波速度。干岩石的速度应该应用在BiotGasssman理论中来预测充分饱和与地震速度之间的关系。     

岩石中波传播速度频散与衰减

速度频散与衰减是地震岩石物理领域一个前沿性问题,它不仅是开展频率域储层及流体预测的关键理论基础,同时也是解决不同地球物理测量方法（地面地震、VSP、测井、超声波岩心观测等）之间数据匹配困难的重要手段。笔者在阐述速度频散和衰减现象基本特征的基础上,详细回顾了Biot模型、喷射流模型、BISQ模型、双孔模型、裂缝 孔隙微结构模型和斑块饱和模型等6种主要速度频散与衰减理论模型的研究进程、原理和限制性,利用示意图直观地描述了这些模型的机制,并给出了它们各自的高低频极限、特征频率和适用条件。同时系统回顾并分析了国内外半个多世纪来速度频散与衰减实验测量技术的发展进程和应用现状,并在实验测量数据的基础上给出了自己对地球物理测量手段、岩石物理模型与频率相关性方面的思考和认识,即有必要将单频带的岩石物理模型拓展到全频带,并基于此将不同频带地球物理手段的测量数据联系起来,实现在同一尺度下的综合应用。     

随机斑块饱和孔隙介质模型研究

为研究介观尺度下斑块饱和对地震波传播规律的影响,对随机斑块饱和孔隙介质模型(Continuous Random Model of Patchy Saturation,简称CRM)进行了研究并提出改进模型MCRM。利用MCRM模型研究了介观尺度下气、水两相流体非均匀饱和时纵波速度频散和衰减特征,并对实验测量的数据进行了模拟分析。结果表明:(1)MCRM与CRM模型的纵波速度高低频极限相同且具有相同的衰减峰值,但前者特征频率增大,衰减曲线收窄;(2)MCRM与White模型有相同的高、低频极限,但MCRM模型的频散曲线变化相对缓慢、衰减峰值稍小;(3)利用MCRM模型能够模拟渗透率、含水饱和度、频率等参数对速度频散和衰减的影响,并能解释实验室测量的高、低孔隙度砂岩频散、衰减数据。该研究成果有助于更好地理解岩石的黏弹性行为,提高定量地震解释的精度。     

在低频条件下饱和流体岩石应力弛豫的衰减和模量色散

使用一种新的实验装置测量岩石样品的复杨氏模量。测量的频率范围为4赫—400赫,测量时的应变振幅接近10~(17)。在真空干燥的岩石中,可以忽略衰减和模量色散。在水饱和的砂岩、石灰岩和花岗岩中,由于应力弛豫引起了较大的衰减峰。其衰减和模量的数据可以由弛豫时间的Cole-Cole 分布来描述。因此,岩石的滞弹性满足克雷默斯—克罗尼格(Kramers-Kronjg)积分关系,发生在低频的应力弛豫具有窄分布的特征时间,应力弛豫是被热激发的,而且具有的激活能是16—22KJ/mol,激活能是氢键的特征。文中指出,模量亏损和衰减峰值随着各种不同的孔隙流体(水,酒精和 n—癸烷)而变化。实验结果可以解释为,空腔流体降低了形成岩石的矿物的表面自由能。弛豫过程包含着流体分子的运动。结合到表面的分子减少了表面能,因此也造成了岩石对频率的依赖性的减弱。     

储层砂岩纵波衰减的实验结果分析

在超声波频率下,利用脉冲透射法,探讨了实验室条件下流体饱和岩石的频散和衰减机制,对不同围限压力下的干燥和不同粘度流体饱和砂岩样品的衰减特征进行了系统的研究.给出了岩石样品衰减的测量方法,分别对干燥样品和流体饱和样品进行了频谱分析,对衰减机制进行了讨论.利用Biot流模型和BISQ模型分析了流体饱和岩石中与流体流动作用有关的衰减.定量分析了各种衰减机制对弹性波总衰减的相对贡献.讨论了将实验结果引入地震勘探时,与流体流动相关的各种衰减机制的适用性.     

利用实验室加压条件下声速测量数据估计岩石裂隙参数

针对实验室加压条件下岩石在干燥和流体饱和状况下的声速测量数据,利用多参数反演算法得到了不同压力下岩石的裂隙密度和裂隙纵横比。反演得到的裂隙密度和裂隙纵横比随着压力的变化趋势很好地说明了实验室速度随着压力的变化趋势,随着压力的增加,裂隙密度逐渐减小,裂隙纵横比逐渐增大。将反演得到的裂隙密度和裂隙纵横比代入孔隙、裂隙介质模型,预测的速度数据与实测的数据吻合良好,表明所采用的反演方法可以较好地从实验室加压下的声速测量数据中估计岩石的裂隙发育状况。     

部分饱和岩石中超声波频率地震速度的估计

岩石中超声波频率地震速度不仅与孔隙的饱和度有关,而且与各种流体的分布有关。有两种尺度的饱和非均匀性是重要的,即1)薄的柔孔隙与大的硬孔隙之间的饱和度有差别;2)某一尺度上饱和孔隙和欠饱和孔隙的差分比任何孔隙都大。本文,我们提出     

多孔介质的流体机制模型及其频散机理

当声波或弹性波在流体饱和多孔介质中传播时，孔隙或裂缝受其影响发生闭合或张开，流体产生相对运动，致使多孔隙岩石的宏观物理性质发生变化，从而引起弹性波传播速度的改变、能量的耗散和振幅的衰减。基于双相介质理论提出的Gassmann方程、Biot理论、喷流机制、BISQ模型和斑块饱和模型等岩石物理机制模型，以不同的流体流动机制描述了多孔介质中弹性波传播的动态耦合机理、耦合程度和耦合结果。许多岩石物理机制模型都试图模拟和解释岩石中速度频散和衰减的起因。根据现有各种机制模型的高限、低限频率和特征（弛豫）频率，可以粗略地计算出衰减和频散的影响。随着地震岩石物理学研究的深入与发展，人们对弹性波速度频散和衰减与岩石物理性质及本征条件之间关系的认识必将不断深化。     

鄂尔多斯盆地下石盒子组致密砂岩的弹性特征

根据鄂尔多斯盆地下石盒子组致密砂岩在地层条件和不同流体相态下(干燥与水饱和)岩石纵波速度、横波速度、密度、模量等岩心测试数据,统计分析了岩石弹性参数的变化规律。结果表明,岩石碎屑都比较纯净、颗粒之间呈接触胶结,造成致密砂岩密度与速度的变化关系不同于高孔渗砂岩;孔隙度降低造成致密砂岩的横波速度与纵波速度的斜率明显变小;岩石孔隙度增加10%,引起纵波和横波速度降低分别约17%和21%,而泥质含量增加10%,引起纵波和横波速度降低分别约6%和9%;孔隙度大于5%的干砂岩体积模量与剪切模量在数值上接近,相对误差不超过5%。这些规律的认识有助于指导低孔隙度储层预测和地震资料的岩石物理解释。     

基于线性近似的微分等效介质方程解耦方法

岩石物理理论在弹性模量与速度估算中发挥着重要作用。干岩石骨架弹性模量是计算饱和岩石弹性模量和速度的关键参数,微分等效介质理论(DEM)是计算干岩石骨架等效模量的理论依据,但由于其方程是耦合的,很难得到精确解析解,通常只能求取近似数值解。基于前人研究成果,假设干岩石骨架模量比是孔隙度的线性函数,利用极化因子表达式,将耦合微分等效方程解耦为常微分方程,构建了一种新的干岩石骨架等效模型;与微分方程数值解做对比,可知本文导出的解析解能有效计算干岩石骨架等效模量;利用Han实验数据和实际井资料做测试,结果表明用该模型可有效估算岩石纵横波速度。     

基于孔隙分类理论的自相容模型横波速度预测方法

岩石物理建模是求取横波速度的重要手段之一,针对勘探开发过程中缺少横波速度资料的情况,研发了一种基于等效自相容近似(SCA)模型的碎屑岩地区横波速度计算方法。首先基于孔隙分类理论计算碎屑岩中含束缚水的无效孔隙大小;然后将无效孔隙作为岩石基质成分进行建模;再利用有效孔隙建立岩石骨架并进行流体饱和计算;最后在实测纵波速度约束下,通过调整岩石基质各组分大小迭代计算横波速度。试验结果证明,该方法预测四川盆地碎屑岩地区横波速度的精度较高,有一定的推广意义。     

沉积岩的速度、衰减与岩石物理性质间的关系

本文用Toksoz等人提出的频谱振幅法对砂、泥岩样品的纵、横波速度(vP、vS)及其品质因子(QP、QS)进行了实验室测试,得到以下结论:对于干燥岩石,衰减与频率无关,且纵、横波速度之间存在着强相关性;纵波速度和纵波品质因子呈弱相关性,横波速度与横波品质因子呈强相关性;纵波品质因子与横波品质因子呈强相关性;孔隙率与纵、横波速度有线性关系;岩石的衰减受岩性的影响,泥岩的衰减大干砂岩的衰减,含砾砂岩衰减大干不含砾砂岩。