常见地质介质的密度和纵波速度

纵、横波速度识别火成岩气、水层影响因素实验研究贾俊;李昌;王亮;赵宁【摘要】为了揭示纵、横波速度识别火成岩气、水层的物理机理与储层内在因素的联系,指导火成岩储层流体类型识别,选取准格尔盆地石炭系火成岩岩心,采用超声波脉冲法对其纵、横波速进行测量,分别获取了干燥和饱和水状态下岩心的纵、横波速度,并进一步分析了流体类型、孔隙度、密度和岩性等地层因素对纵、横波速度的影响.地层含气会引起纵波速度和纵、横波速比明显减小,而对横波速度影响较小;在低孔隙层段,气、水层的纵、横波速差异特征弱化,流体类型识别较困难;火成岩岩性复杂,纵波速度受SiO2含量影响较大,应区分不同岩性进行流体识别.基于实验认识,分岩性建立VP/Vs—Rt交会图对研究区测试层段进行气、水层识别,中—基性岩和酸性岩VP/Vs分别为1.85和1.75时,气、水层被有效区分,但受到低孔隙度影响,气、水层响应特征差异弱化,不能区分气层与气水同层.【期刊名称】《油气藏评价与开发》【年(卷),期】2018(008)005【总页数】6页(P8-13)【关键词】火成岩;纵、横波速度;物理机理;影响因素;流体识别【作者】贾俊;李昌;王亮;赵宁【作者单位】绵阳师范学院资源环境工程学院,四川绵阳621006;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500;中国石油杭州地质研究院,浙江杭州310023;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】P631流体类型识别是发现油气富集区，认识油气藏类型的关键。

针对流体类型的测井识别方法包括电法和非电法两大类。

其中，非电法中的声波测井以岩石声学物理特性为基础，通过分析地层纵、横波速及速度比对气层、水层的特征差异来识别流体类型。

早期的研究主要关注纵、横波速对不同流体响应特征差异，随着研究的深入，研究重点逐渐转向通过岩石物理实验，深入揭示纵、横波速影响因素及其物理机理。

岩土力学中的声波测试技术及应用第一章前言岩土力学作为地质工程学科的重要分支，研究岩土的力学性质和行为规律。

声波测试技术是岩土力学中一种常用的非破坏性检测手段，它可以通过声波在岩土体内传播的反射、折射、透射等现象，获取岩土体的物理参数等信息。

本文将对声波测试技术在岩土力学中的应用进行介绍。

第二章声波传播基础声波是指在介质中传播的机械波，它的传播速度与介质的密度、弹性模量、泊松比等参量有关。

在岩土力学中，声波可以通过固体、水和气体等多种介质传播，但固体介质的传播方式最为常见。

固体介质中的声波分为纵波和横波两种类型，纵波是指沿传播方向振动的压缩波，能够穿过液体和气体等任何介质，传播速度相对较大；横波是指沿传播方向垂直振动的剪切波，不能穿过液体和气体介质，传播速度相对较小。

在岩土力学中，通常采用纵波进行声波测试。

第三章声波测试仪器声波测试仪器是进行声波测试的基础设备，其主要包括发射器、接收器、信号处理系统和显示器等模块。

其中，发射器负责向岩土体内发射声波，接收器负责捕获岩土体内反射的声波信号，信号处理系统负责对捕获的信号进行放大、滤波、AD转换等处理，将测试结果以数字或图形形式显示在显示器上。

具体的声波测试仪器型号和技术规格应根据具体测试需求进行选择。

第四章声波测试应用4.1 岩土体评价声波测试可以通过测试不同深度和方向的声波速度，从而推算出岩土体的弹性模量、泊松比等物理参数，并绘制出声速曲线和射线图等图形，以显示岩土体的结构特征和质量状况。

同时，声波测试还可用于探测岩土体内的裂隙、孔隙和薄层等缺陷，以评价岩土的可靠性和稳定性。

4.2 岩土体勘探声波测试可以向岩土体内发送高频率的声波信号，并通过记录反射波、折射波和透射波等信息，获取岩土体的结构、材质、厚度和深度等信息。

在岩土体勘探中，声波测试可以有效地实现对地下水位、地基承载力和建筑物基础等信息的探测和分析，为工程建设提供技术支持。

4.3 岩土体治理对于存在岩土体滑坡、塌陷、沉降和爆炸等灾害风险的区域，声波测试可以提供可靠的预警和监测手段。

§1.10 地震波的传播速度及其影响因素的分析一、速度与岩石本身的弹性常数有关ρμρμλ=+=S P V V 2 (6.1-11)σσ21)1(2--=S P V V 只与泊松比σ有关 有很多岩石的泊松比41=σ，这时3=S P V V说明：不要从公式表面看V 反比于21ρ，即ρ↗，V ↘。

实际上是ρ↗，V ↗，这是因为ρ↗，λ、μ也↗，且增大的速率比ρ快。

二、速度与岩性有关不同的岩石中波速不同，一般地，火成岩中的速度变化范围比沉积岩和变质岩中的小，火成岩中波速平均值比其它类型岩石中的速度高。

0 1 2 3 4 5 6 7 V(km/s) P37图6.1-37各类岩石速度分布规律P38 表6.1-2地震波在几种主要类型岩石中的速度变化范围P38 表6.1-3地震波在不同类型的沉积岩中的速度变化范围地表-地下 V=几百-几千m/s 三、速度与密度有关ρ↗，P V 和S V 都↗。

经验公式：4131.0p V =ρρ——完全充水饱和的体密度，单位用3/cm g 。

P V ——纵波的速度， 单位用m/s 。

沉积岩中ρ=2.3四、速度与构造历史和地质年代有关同样的深度，同样的岩性情况下，年龄↗，V ↗（原因是压力↗，V ↗）。

例如：挤压区V ↗，强褶皱区。

拉张区V ↘，隆起顶部。

五、速度与埋深有关岩性相同，地质年代相同的条件下，h ↗，V ↗(原因是h ↗,压力↗，V ↗)。

所以人们常用速度随深度连续增加去模拟实际介质，其中最简单的是线性介质。

六、速度与孔隙度有关 φ↗，V ↗。

1．时间平均方程（Wylie 公式）lm V V V φφ+-=)1(1 (6.1-105) φ——孔隙度 V ——岩石的速度m V ——岩石骨架的波速l V ——孔隙中流体的速度公式适用范围：①双相介质②流体压力=岩石压力比较适合于流体是水和盐水的情况 2．修正的时间平均方程lm V C V C V φφ+-=)1(1 (6.1-106) C ——常数公式适用范围：①双相介质②流体压力≠岩石压力岩石压力=流体压力的2倍时，C=0.85目前有许多介绍用地震资料提取孔隙度以及如何利用孔隙度的文献。

地震波在几种主要类型岩石的速度变化范围岩石速度Vp（km/s）沉积岩 1.5~6.0花岗岩 4.5~6.5玄武岩 4.5~8.0变质岩 3.5~6.5地震波在不同类型沉积岩的速度变化范围岩石速度Vp（km/s）砾石、砂岩、干砂0.2~0.8砂质粘土0.3~0.5湿砂0.6~0.8粘土 1.2~2.5疏松岩石 1.5~2.5致密岩石 1.8~4.0白垩 1.8~3.5泥质页岩 2.5~4.1石灰岩、致密白云岩 2.5~6.1石膏、无水石膏 3.5~4.5泥灰岩 2.0~3.5盐岩 4.2~5.5常见岩土介质的密度和波速类别名称密度ρ（g/cm 3）纵波速度Vp （km/s）横波速度Vp （km/s）粘土1.60~2.04 1.2~2.5——湿砂——0.6~0.8——砂质粘土——0.3~0.9——干砂、砾石——0.2~0.8——松散层饱水沙、砾石—— 1.5~2.8——砾岩 1.60~4.20 1.6~4.20.9~2.2泥质灰岩 2.45~2.65 2.0~4.4 1.2~2.4硅质石灰岩 2.80~2.90 4.4~4.8 2.6~3.0致密石灰岩 2.60~2.77 2.5~6.1 1.4~3.5页岩 2.30~2.70 1.3~4.00.8~2.3砂岩 2.42~2.77 2.4~4.20.9~2.4致密白云岩 2.80~3.00 2.5~5.0 1.5~3.0沉积岩石膏2.41~2.583.5~4.51.8~2.3煤 1.30~1.500.8~1.50.5~1.0片麻岩 2.65~2.79 6.0~6.7 3.5~4.0大理岩2.68~2.72 5.8~7.33.5~4.7石英岩 2.65~2.75 3.0~6.6 2.8~3.2片岩 2.68~2.925.8~6.1 3.5~3.8板岩 2.31~2.75 3.6~4.5 2.1~2.8变质岩千枚岩 2.71~2.86 2.8~5.2 1.8~3.2花岗岩 2.30~2.80 4.5~6.5 2.3~3.8闪长岩 2.52~2.70 5.7~6.4 2.8~3.8玄武岩2.53~3.104.5~8.0 3.0~4.5安山岩 2.30~2.75 4.1~5.6 2.5~3.3辉长岩 2.55~2.98 5.3~6.5 3.2~4.0辉绿岩 2.53~2.97 5.2~5.8 3.4~3.5橄榄岩 2.90~3.40 6.5~8.0 4.0~4.8岩浆岩凝灰岩1.60~1.952.6~4.3 1.6~2.6水 1.0 1.4~1.6——冰0.8~0.93.1~3.6——其它混凝土2.40~2.502.0~4.51.2~2.7地震波速度的主要影响因素(纵波)：岩性、孔隙度、孔隙填充物、密度、地质年代、构造运动、岩层埋藏深度等因素。

地震勘探新方法作业题01综述1、写出5种与常规地面采集（地面激发、地面接收，主频20-40Hz）不同的地震勘探新方法新技术。

VSP：地面激发、井中接收（零偏、非零偏、Walkway、三维）井间地震：井中激发、井中接收时移地震/四维地震：多次采集随钻VSP：钻头激发多波多分量：纵波、横波激发（山地地震高分辨率采集高密度采集）2、写出地震勘探中5种解释新方法。

属性分析、地质统计学、反演：叠后反演、叠前反演（EI）、AVO、裂缝预测、信息融合技术、神经网络3、写出5种地震勘探基础理论新方法。

反演理论、小波变换、神经网络、模糊聚类、图形图像学、地震波模拟（数值模拟；物理模拟）、各向异性02 VSP1、什么是VSPVSP：垂直地震剖面，是一种井中地震观测技术。

也即在地面激发、井中放置检波器接收地震信号的一种地震观测技术。

2、VSP的采集方式（VSP的采集方式是指激发点、接收点的排列特点和空间分布特征）地面多次激发，井中三分量接收，激发-检波器提升-再激发-再提升。

3、VSP分为哪几种采集方式(三种)按激发点、接收点的分布特征可以将VSP的采集方式分为①常规VSP采集；②长排列资料采集；③三维VSP与三维地震联合采集4、零偏移距VSP有哪些应用求取各种速度、识别地面地震剖面上的多次波、标定地质层位、计算井旁的Q衰减因子等。

5、偏移距（非零偏）VSP有哪些应用查明井旁的地层构造细节、其作为二维观测可以作出一小段局部地震剖面，具有很高的垂向和横向分辨率描述井旁一定距离内的构造和岩性变化。

附:VSP应用：提取准确的速度及时深关系（零偏）标定地震地质层位（零偏）多次波的识别（零偏）提取反褶积因子预测井底下反射层的深度计算吸收衰减系数提取纵横波速度比及泊松比等参数6、在VSP中，什么是上行波和下行波。

直达波是上行波还是下行波，一次反射波是上行波还是下行波向下传播到达检波器的波/来自接收点上方向下传播的波称为下行波；向上传播到达检波器的波/来自接收点下方向上传播的波称为上行波。

第二章声波测井声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。

声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础而提出的一种研究钻井地质剖面、评价固井质量等问题的测井方法。

主要内容：声速测井（声波时差测井），声幅测井，全波列测井。

主要应用：判断岩性，估算储集层的孔隙度，检查固井质量。

§2-1 岩石的声学特性声波是机械波，是机械振动在媒质中的传播过程，即通过质点间的相互作用将振动由近及远的传递，所以声波不能在真空中传播。

根据声波的频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为：次声波（频率低于20Hz）；可闻声波（20Hz至20kHz）；超声波（频率大于20kHz）。

各类声波测井用的机械波是声波或超声波。

对于声波测井来说，井下岩石可以认为是弹性介质，在声震动作用下，产生切变形变和压缩形变，因而，可以传播横波，也可以传播纵波。

一、岩石的弹性1、弹性力学的基本假设：（1）物体是连续的，即描述物体弹性性质的力学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数；（2）物体是均匀，即物体由同一类型的均匀材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同；（3）物体是各向同性的，即物体的性质与方向无关；（4）物体是完全线弹性的，在弹性限度内，物体在外力作用下发生弹性形变，取消外力后物体恢复到初始状态。

应力与应变存在线性关系，并服从广义的胡克定律。

满足以上基本假设条件的物体称为理想的弹性体，描述介质弹性性质的参数为常数。

当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。

一个物体是弹性体还是塑性体，除与物体本身的性质有关外，还与作用其上的外力的大小、作用时间的长短以及作用方式等因素有关，一般情况下，外力小且作用时间短，物体表现为弹性体。

声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在地层上的时间也很短，所以对声波速度测井来讲，岩石可以看作弹性体。

因此，可以用弹性波在介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。