当前位置：文档之家 › 岩石物理学

岩石物理学

  • 格式：docx
  • 大小：189.27 KB
  • 文档页数：7

1 / 7 这段时间我主要学习了岩石物理学，对以下几个方面进行了学习：

导致阿尔奇公式的重要岩石物理学实验

阿尔奇公式的应用条件

岩石电学的近代研究方法

Cole-Cole模型

岩石的谱激发极化效应

Gassmann方程

导致阿尔奇公式的重要岩石物理学实验

电阻率测井发明于20世纪20年代.从它在1927年9月诞生的那天起一直到1942年时为止,关于如何利用电阻率测井资料计算地层油气含量的研究工作一直也没有停止过.但是由于没有找到岩石电阻率和其含油气饱和度之间的定量关系,电阻率测井资料只被用来识别油层,划分岩性和进行地层对比,而不能用于定量解释和储层评价.这种情况直到Archie的公式发表以后才有了根本性的改变.

为了充分地了解与阿尔奇公式有关的一些问题,首先回顾一下在阿尔奇公式发表之前(前阿尔奇时代)关于岩石电阻率的研究状态以及在1942年以前所做过的一些关键性的岩石电学实验.

前阿尔奇时代的岩石导电性研究状态

岩石是一种自然生成的混合物,其内含有一定的孔隙.在自然状态下,岩石的孔隙中充满着具有电解液性质的地层水或矿化度很低的淡水.在油气储集层内,岩石孔隙中的充填物一般由地层水、石油及

天然气按天然形成的比例混合而成.

在电流通过岩石时,岩石孔隙水中的离子要在电流的作用下发生运动.实验证明,岩石孔隙水(地层水)中的离子主要是钠离子(Na+)和氯离子(Cl-),所以,这两种离子在电流作用下穿过岩石孔隙系统的难易程度决定了岩石的电阻率.孔隙度较高且其孔隙系统具有良好连通性的岩石具有较低的电阻率.孔隙度较低且其孔隙通道的几何形状复杂和连通性不好的岩石的电阻率较高.如果岩石中的孔隙通道被不导电的矿物所堵塞,则导电离子不能在孔隙通道中移动,因此提高了岩石的电阻率.在含有碳氢化合物的地层中,由于这类化合物一般是不导电的,所以它们的存在实际上是堵塞了离子运移的通道,使岩石的电阻率变大.另外,含泥质岩石的电阻率还受黏土矿物的含量和类型的影响.

前阿尔奇时代的岩石导电性研究实验

当时对阿尔奇的研究工作有重要影响的实验有下列4个:

Kogan实验

1935年,前苏联巴库阿塞尔柏疆(Azerbayzhan)石油研究所的I Kogan采用缓慢替代法做了一个关于松散砂粒堆积物导电性的实验.他把从巴库(Baku)油田采到的砂粒装在一个垂直管子里并将管子里充满了盐水.然后,将管子的底部放入到一个石油烧杯中.最后,向烧杯中加2 / 7 入压缩空气.利用压缩空气的压力,使得烧杯里的石油慢慢地进入到装满砂子的管子里去,将管子里的盐水挤走并用石油来代替.Kogan的含水饱和度数据是利用重量测量得到的,而电阻率数据是利用单臂(惠斯登(Wheatstone))电桥采集的.

在整个实验过程中,Kogan一共选择了两种不同的砂粒,模拟砂岩的孔隙度为20%到45%.相应的测量结果显出了明显的规律性.Kogan的实验数据被成功地用于监测前苏联巴库地区的油田的开采和枯竭程度.

Kogan的实验成果是用俄语发表的.1938年,Martin等人将Kogan的工作通过其在GEOPHYSICS上所发表的一篇文章介绍给了美国和其他西方国家的石油工业界和学术界.

Wyckoff-Botset实验

Wyckoff和Botset(Gulf研究开发公司)在1936年所发表的实验是以利用气体扩展法测量岩石的相对渗透率为目的.他们首先将砂样用含有高压二氧化碳的盐水饱和.由于压力很高,二氧化碳在盐水中达到了完全溶解,从而使得砂样达到了100%的盐水饱和.当压力降低时,二氧化碳逐渐地从盐水中分离出来,在孔隙中形成双相混合溶液.在二氧化碳逐渐从水中析出的过程中,一部分盐水将被二氧化碳所代替并被排挤出砂样.通过测量这部分盐水的体积就可以计算出砂样的含水饱和度.再通过测量砂样的电阻率就可以得到含水饱和度与电阻率之间的关系.

值得提到的是,虽然R D Wyckoff和H G Botset的实验可以测出相对渗透率以及得到含水饱和度与电阻率之间的关系,但是还不能解释油和水在自然条件下是如何在孔隙之中共存的.

Jakosky-Hopper实验

1937年,当时分别供职于International Geophysics , Inc.和University of California,

LosAngeles的J J Jakosky和R H Hopper利用在路边露头上切下的细小砂岩标本和乳浊液方法做了一个实验.其具体步骤是:首先把按不同比例混合在一起的油水混合物浸入到细砂之中,然后再对其进行搅拌和击打,直至成为乳胶液.以这种方式,Jakosky和Hopper得到了电阻率和乳胶液成分之间的关系.由于在孔隙性岩石中两种不可混合流体的自然状态与乳胶液相差很大,许多研究者认为Jakosky和Hopper在实验中所采用的乳胶液相对于具有自然状态的储层来讲不具有代表性.

Leverett实验

Leverett(Humble石油和精练公司)在1939年所公布的实验也是以测量相对渗透率为目的.

与Wyskoff和Botset不同,M C Leverett采用的是稳定双相流动法.通过直接让两种流体流过砂样的方式来产生由石油和盐水混合而成的双相流体.利用精密的重量测量和常规的电阻率测量,M C Leverett得到砂岩标本的电阻率和含水饱和度之间的关系.

与Wyskoff和Botset的方法相比,M C Leverett的方法能更好地与测量相对渗透率所要求的动态条件相吻合.但是,M C Leverett的实验也不能对石油和水在孔隙性岩石中达到自然共存的原因提出合理的解释.

虽然阿尔奇公式描述的是岩石的电阻率和孔隙度及含水饱和度之间的关系,但是他所做3 / 7 实验的最初目的却是要建立岩石的电阻率和其渗透率之间的关系.只是在观测数据没有显示出地层因子F与渗透率之间有任何具有普遍意义的相关关系的情况下,阿尔奇才放弃了与此有关的任何努力.

阿尔奇的研究工作可以人为地分成对百分之百含水砂岩导电性的研究和对部分含水砂岩导电性的研究.在对百分之百含水砂岩导电性的研究中,他主要利用了取自美国海湾地区的岩心标本,其孔隙度在10%到40%之间,其孔隙水的矿化度(以为单位的NaCl浓度)在20~100000之间变化.对于上述标本,阿尔奇首先利用有机溶液对其进行清洗,以便得到“纯净”的砂岩.然后,他分别量了孔隙度、渗透率和电阻率.在将测量结果画到双对数坐标纸上之后,他发现:对于每一块岩石标本,其在100%含水时的电阻率ρ0与孔隙水的电阻率ρw成线性地增加,他将比例系数称为地层因子,用F来代表,即

(1) .此后,阿尔奇把把地层因子F和孔隙度画在了双对数坐标上,通过线性回归找到了下列连接F和的线性关系: (2) .根据阿尔奇自己的实验数据,m的取值范围是1.8~2.0.

对于部分饱和的、含有碳氢化合物的岩石导电性的研究,阿尔奇主要利用了在当时已经发表的实

验数据,即在本节第一部分中列出的Wyckoff实验、Leverett实验、由Martin等人所报道的Kogan实验以及Jakosky实验.在把这些实验数据画到双对数坐标纸上之后,他找到了下列线性关系: (3)式中,ρt代表一般条件下部分含水的岩石的电阻率,I称为电阻率指数.对于含水饱和度为15%到20%的岩石,电阻率指数近似地满足下列关系: (4) .式中,Sw是含水饱和度,n是回归直线的斜率.对于纯(不含泥质的)砂岩,n接近于2.

此处值得强调的一点是:在阿尔奇1942年的论文中并没有引入比例常数I.所有关于I的定义(I=ρt/ρ0)和称谓(Resistivity Index)都是在后来才出现在文献之中的.

将上列3个公式代入到公式(1)中,有

(5) .这就是阿尔奇公式(定律)在刚提出时的完整形式.

阿尔奇公式的应用条件

阿尔奇所用的岩石样品具有高孔隙度和高渗透率,而且对ρ0的测量是先对岩样用有机溶液清洗后完成的.所以,对于具有低孔隙度的岩石,阿尔奇公式将不再有效.再有,在实际条件下,储层岩石承受着一定的压力,有一定的温度,具备有湿润性质.而阿尔奇所依据的实验没有考虑这些因素.因此,阿尔奇所基于的实验条件与真实的地质条件有一定的差距.最后,阿尔奇公式的提出基础是大量的岩心实验.如果赖以获取含水饱和度和孔隙水电阻率的岩石样品太少或不具有代表性,则对含水饱和度的求取精度有影响.

岩石电学的近代研究方法

Archie公式在孔隙度测量和电阻率测量之间建立了了解的纽带,并构成了应用电测井资料定量评价“纯地层”原始含油(气)饱和度的理论基础.通常,把Archie公式中包含的胶结指数m和饱和度指数n看作是对岩石电学性质的描述参数,泛称为岩电参数(有称作Archie参数的),并把实验确定岩电参数的过程称作岩心电性实验.因此,就测量目的而言,岩心电性实验可4 / 7 以看作是描述岩石电学性质的手段之一.

作为认识岩石电性的手段,岩心电性实验是要求有较高的精度、包含多种复杂技术的间接测量技术,随油藏条件下岩石电性的研究进展而发展,应“纯砂岩”以外的特殊储层评价需要而持续发展的实验技术.出于对储层精确评价的客观需要,岩心电性实验方法、技术的研究将一直是油藏岩石物理实验研究的重点.目前,出于储层精确评价的需要,就实验条件来说,有关储层岩石电学性质的研究已经从常规实验条件(常温、常压)进入系统地模拟油藏条件的阶段.油藏条件泛指储层岩石所处的温度、压力、地层水(由不同离子构成)、润湿性、毛管与电性平衡等条件.与常规(常温、常压)岩心电性实验相比,由于油藏条件岩心电性实验是从油藏特性出发考察岩石的电性,因此一直是岩心电性实验发展的大趋势,相关的实验方法、实验装备等的研究一直是岩石物理学领域的热点问题

一般认为Archie公式仅适用于呈中性弱亲水的纯砂岩,对地层的物性(孔隙度、渗透率)和地层水矿化度也有一定的要求.随着油气勘探和开发的深入,越来越多的复杂(低阻、低孔低渗、碳酸岩、火山岩、砾岩、裂缝)储层成为评价的目标,岩心电性实验中陆续发现了一些非Archie关系,即在双对数坐标下,RI与Sw之间的关系不再是线性的,表现为有正曲率或者负曲率的曲线, n值不再是一个常数,而是随含水饱和度变化而变化. 一般可以造成非Archie关系的地层特性如下:

(1) 润湿性

油湿正曲率,水湿负曲率(Mungan和Moore1968、Anderson 1986、Longeron等1986、Rasmus1986

Sharma等1991、Wei 1993、Jing X D 2003).

(2)包括粘土在内的导电矿物

负曲率,受控于地层水的矿化度. (Waxmann和Smits 1972、Clavier等1976、Srgaud等1989) .

(3)孔洞或者孤立的孔隙空间

正的或者负曲率,受控于孔洞中的流体饱和度.随着水饱和孔洞数量增多,n值增大,随着油饱和孔洞数量增多,n值减小(Rasmus 1986);交会图中导致正曲率(Mungan和Moore 1968、Anderson 1986、Longeron等1986、Rasmus 1986、Sharma等1991、Wei 1993).

合集下载

几种岩石物理模型的比较与分析

几种岩石物理模型的比较与分析

几种岩石物理模型的比较与分析

岩石物理学是研究岩石的物理特性的学科，由岩石物理模型引发岩石物理学研究 。在岩石物理学中，岩石物理模型通常被称作岩石参数。这些模型通常用来描述岩石在某种情况下表现出的行为或特征，并用来测量和预测岩石的性能。 岩石物理模型主要有以下几种：

1. 密度模型：密度模型是最重要的岩石物理模型，它表示岩石的空气重量密度，即石英无机物在相同硅酸盐的情况下的平均密度。它量化岩石的体积和质量，因此它可用于表征岩石的结构特性。

2. 压缩模型：压缩模型测量岩石的最大压缩强度和弹性模量，这是由于岩石的组成、变形机制和结构类型决定的。压缩模型可用于描述岩石的抗压性能，以及它们在外力作用下发生变形时对抗外力的能力。

3. 吸收模型：吸收模型包括体积吸收率、渗透率和比表面吸收率。体积吸收率表示岩石在被潮湿化后增加体积的量；渗透率是用来测量岩石的渗透能力的模型；比表面吸收率表示岩石的能量传输和它们的热传导率比表面率，即对于单位体积的岩石，其表面的吸收能量比表面积更大。

以上是几种岩石物理模型的简单介绍，它们分别代表了不同的岩石物理学研究领域。密度模型描述岩石结构特性，压缩模型描述岩石抗压性能，而渗透模型描述岩石的渗透能力和热传导性。比较这些模型的优势所在，可以看出其中的差异，为此类岩石参数的研究提供基础。 最后，要明确的是，岩石物理模型是岩石物理学的一个重要研究组成部分，其特性、类型以及应用仍然有待于进一步探讨和研究，以便更好地描述岩石。

地球物理学中的岩石学和火山爆发

地球物理学中的岩石学和火山爆发

地球物理学中的岩石学和火山爆发

地球物理学是一门研究地球内部物理性质和过程的学科，其中岩石学和火山学是其中重要的学科分支。岩石学研究的是地球上的岩石，包括岩石的形成、组成、结构和变化等方面。火山学则研究地球上的火山及其活动，包括火山的形态、构造、喷发、噪声和气象等方面。深入探究这两个学科的知识，不仅可以增进我们对地球的了解，还可以帮助我们更好地应对自然灾害。

一、岩石学

岩石学是地球物理学中涉及面最广的一门学科。岩石是地球外层的主要成分，是地球表面和地下岩石圈存在的基础和基石。其种类繁多，按照成因可以分为火成岩、沉积岩和变质岩，其组成和结构也各有不同。在地质、矿产资源等领域的研究中，对岩石学的专业知识有着至关重要的作用。

岩石的成因主要以火成作用、沉积作用和变质作用为主。其中，火成作用指的是火山喷发或者深部地层熔融所形成的岩石；沉积作用是地质过程中通过水体或风力等介质所带来的，经过沉积、堆积和压实形成的岩石；变质作用则是经过高温、高压等物理化学作用改变而生成的岩石。

对于岩石的组成和结构，大部分岩石都是由矿物组成的，不同的矿物在不同的条件下会形成不同的岩石。例如，石英、长石、云母和角闪石等矿物可以形成花岗岩；辉石、斜长石、黑云母和磁铁矿等矿物可以形成玄武岩。

在地质学的实践中，岩石学的分支知识也是非常重要的，例如在矿床勘探中，需要研究建造岩石、石英脉和节理等地质体的结构和性质，以便找到矿床的正确位置和分布。

二、火山学

火山学是地球物理学中对火山和火山活动进行研究的学科分支。火山活动是地球上最具破坏力的自然现象之一，近年来火山喷发引起的灾害事件也时有发生。它们不仅造成人类和财产的损失，更重要的是会对地球环境和气候产生不良影响。

火山学主要研究以下几个方面：

1.火山喷发的形态和构造；

2.火山灰和火山熔岩的粒度和 mineralal成分；

3.火山气体的生成和排放机制；

4.火山引发的地震和地热活动等。

岩石力学1

岩石力学1

矿山岩石力学试卷及答案

一、名词解释（每小题5分，共30分）

1）岩石及特性：由矿物组成的构成地壳的主要物质。它可以是尺寸很小的矿物颗粒，如沙、土，也可以是相当大的岩快，可能含有不贯通（或微小）裂纹、空隙或胶结强度很高的层理，但不包含弱面，是完整岩快，无地应力但可以记忆原岩应力。（每写出一点给0.5分）

2）地应力与地压：存在于原岩中的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或地应力；开挖引起原岩应力的重新分布，叫地压，也叫二次应力、矿压、岩压。（每概念给2.5分）

3）弹性后效与松弛：加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象称为弹性后效。当应变保持恒定时，应力随时间增长而逐渐减小的现象，称为松弛。（每概念给2.5分）

4）结构面：岩体中存在着的各种不同成因（特性）的地质界面，包括物质的分界面、不连续面，如节理、片理、断层、不整合面等（少一点扣1分，扣完为止）

5）围岩分区破裂化效应：在支承应力作用下，引起围岩发生交错呈带的离层破坏的现象。（每点1分，也可以画图表述）

6）离壁支护：木支架、钢支架、混凝土砌碹以及钢筋混凝土支架等与围岩部分点接触或部分面接触的支护形式，也叫普通支护。（后4点，每点1分；前面说出1点给0.5分。给满5分为止。）

二、填空题（每小题2分，共30分）

1）岩体地下工程维护的基本原则是合理利用和充分发挥岩体强度、改善围岩的应力条件、合理支护 、强调监测和信息反馈。

2）一次钻取3m深的钻孔，取得如下一组岩芯：30cm、2cm、10cm、15cm、5cm、2cm、1cm、25cm、20cm、40cm、30cm、5cm、2cm、3cm、10cm、2cm、10cm、15cm、5cm、2cm、1cm、25cm、20cm、20cm，该岩体的岩芯质量指标是

90 %。

3）围岩的支承压力分为 应力降低区 、 应力升高区 、 应力不变区 这三个区。其中以应力峰值点为界限，又将支承压力分为 弹性区 、极限平衡区。

常用的岩土和岩石物理力学参数

常用的岩土和岩石物理力学参数

常用的岩土和岩石物理力学参数

岩土和岩石物理力学参数是指描述岩土和岩石力学性质的一些重要参数，对于工程和地质领域的研究和实践具有重要意义。以下是一些常用的岩土和岩石物理力学参数。

1.密度：岩土和岩石的密度是指单位体积的质量。岩土和岩石的密度是其成分和结构的重要表征，常用单位是千克/立方米。

2.孔隙度：岩土和岩石内部的空隙或孔隙的体积与总体积的比值。孔隙度是描述岩土和岩石中孔隙性质的重要参数，通常用百分比表示。

3.孔隙水压力：岩土和岩石中存在的地下水与孔隙水压力是一种重要的物理力学参数。孔隙水压力对岩土和岩石的稳定性、渗透性和强度等产生重要影响。

4.饱和度：饱和度是指岩土和岩石中孔隙所含的水的含量与孔隙容量的比值。饱和度是衡量岩土和岩石中含水情况的一项指标。

5.孔隙比：孔隙比是指岩土和岩石中孔隙体积与固体体积的比值。孔隙比是岩土和岩石的一个重要参数，它关系到其渗透性、存储性以及力学性质等。

6.孔隙率：岩土和岩石中孔隙的比例，描述含孔岩体的空间特征的参数。

7.饱和度指数：饱和度指数是指岩土和岩石中各向同性材料，当孔隙度小于50%时，饱和度指数与孔隙度有关，其表征了岩土和岩石中孔隙数量和大小对其力学性质的影响。 8.波速：岩土和岩石中机械波传播的速度是一项重要的物理力学参数。根据波速可以推算岩土和岩石的弹性模量和泊松比等力学参数。

9.阻尼比：用来描述岩土和岩石中振动能量的衰减情况，是衡量动力响应特性的一个重要参数。

10.岩石强度参数：包括抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等，是衡量岩石材料抵抗各种力学载荷的重要参数。

11.几何参数：岩土和岩石中的几何参数包括颗粒形状、颗粒大小分布、颗粒间隙度等，对岩土和岩石的物理力学性质具有重要影响。

总之，岩土和岩石的物理力学参数是描述其物理性质和力学性质的重要参数，对于工程和地质领域的研究和实践具有重要意义。不同的参数描述了岩土和岩石在不同方面的力学性质，研究者和工程师需要根据具体情况选择合适的参数进行分析和计算。