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第三章 岩石的电磁学性质
• 对于地球物理来讲，岩石电学是一门必不可少的专业基础学科。 它不仅为地电探测提供理论基础和解释依据，也为关于地球内部 物质科学的研究提供理论基础、探测手段和解释方法。
• 岩石电学是直流电法、电磁法、激发极化法、地面和井中无线电 波法、地面和井中雷达法以及震电法的理论基础。
• 岩石磁学也已形成了独立的理论体系，其有关结果已经为地磁(磁 法)和地电(直流电法和交流电磁法)探测提供了坚实的理论基础和 可靠的解释依据.
• 在油气勘探中常常利用岩石的电学和磁学和核等特性了解岩石和 流体的性质。
• 从岩石物理实验来看，岩石的电磁学特性是测井诸多方法的基础。 本章主要介绍储层岩石的导电特性和核磁特性。
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3.1 岩石的导电特性
• 岩石的电学特性反映在导电特性上。 • 岩石的导电特性与储层岩性、储油物性或含油饱和度
有着密切的关系。 • 研究导电特性的目的是根据测量的岩层电阻率来判断
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一、岩石的导电性与电阻率
• 各种岩石具有不同程度的导电能力。岩石的导电能力 可用电阻率来是表示。
• 由物理学已知，均质材料的电阻率由下式确定：
R= r S/L
式中R—电阻率(Ω• m)；γ—电阻(Ω)；S-导体截面积(m2) ； L— 导体长度(m)。电阻率R仅与导体的材料性质有关，而与导体的几 何形状无关。
• 成分和结构的影响：大多数岩石和矿石由均匀或不均 匀的颗粒组成，而颗粒与颗粒之间由胶结物黏结在一 起。因此，岩石和矿石的电阻率取决于这些胶结物和 矿物颗粒的电阻率及其含量。
• 含水量和矿化度的影响：地下水及天然水的电阻率较 低，一般在100Ω• m以下。当水中含有盐分时，电阻 率会急剧降低。因此，岩矿石中的含水量及其水的矿 化度对岩矿石的电阻率有很大的影响。
• 这些岩石位于潜水面以上时，其导电作用主要取决于 岩石内的吸附水，电阻率在103～106Ω·m之间。
• 潜水面以下时，岩石的含水量主要取决于其中的束缚 水(毛细管水)和自由水(重力水)。
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• 沉积岩的特点是离子导电。由于沉积岩的含水量主要 由层间地下水决定，所以地下水的矿化度、动态和水 文化学特点对岩石的电阻率有很大的影响。
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• 由于岩石中的水是储存在孔隙中的，所以岩石的孔隙 度和孔隙结构决定了岩石的含水量大小。
• 如果孔隙是连通的，则其中的水对岩石的电阻率有很 大的影响。否则，如果孔隙是不连通的，则其中的水 对岩石的电阻率只有很小的影响。
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• 岩石骨架可以认为是不导电的，纯砂岩地层的导电机 理主要是离子导电，离子导电岩石的电阻率主要取决 于孔隙中流体的导电能力。
• 在众多的沉积岩中，白云岩和致密结晶灰岩的电阻率 最高，可达到106Ω• m，而砂岩的电阻率在几十到 100Ω• m之间。
• 另外，由于沉积岩具有明显的成层性，所以其电阻率 具有显著的各向异性。
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3、岩石的电阻率及其影响因素
• 影响岩石电阻率的因素很多。在实际状态下，岩石具 有很复杂的成份和结构：固体矿物、孔隙、裂隙、石 油及天然气、重新沉积的物质等。
• 因为石油和天然气的电阻率值要比地层水的电阻率值 大得多，因此，当岩石孔隙中含油气饱和度比较高时， 地层的电阻率值就比较高，这是电阻率测井方法评价 地层含油饱和度的物理基础。
• 电阻率测井之所以能成为应用最广泛、也是最重要的 测井方法，主要依赖于建立在岩石物理实验基础上的 阿尔奇(Archie)公式。
导电能力。
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饱和岩石的导电性
• 孔隙性岩石由骨架及孔隙空间组成。按导电机理的不 同，可把岩石大致分为两大类：离子导电的岩石和电 子导电的岩石。
• 离子导电的岩石，主要靠岩石连通孔隙中所含溶液的 正负离子导电，如沉积岩属于这种类型的岩石。它的 电阳率的大小，主要决定于岩石孔隙中所含溶液的性 质和浓度等。
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• 可以看出：不同岩石及矿物的电阻率变化范围很大； 除金属矿物电阻率极低外，主要造岩矿物(如石英、长 石、云母、方解石等)电阻率都很高；
• 按岩石成因看，大部分火成岩(如玄武岩、花岗岩等) 电阻率都很高，而沉积岩的电阻率则比较低。
• 沉积岩的特点是离子导电，沉积岩中地下水的矿化度、 动态和水文化学特点对岩石的电阻率有很大的影响。
岩性，划分油气水层，研究储集层的含油性、渗透性 和孔隙性等。 • 该方法和原理一方面可应用于实验室内测定岩心的流 体饱和度，另一方面用于电阻率测井。
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• 岩石的电性由导电矿物的相对含量及岩石中所含的流 体决定。
• 按其导电特性可将岩石分成两类： ①没有离子导体(电解液)和没有孔隙(裂隙)水极化效应 的岩石。这类岩石主要是致密岩石，有孔隙及裂隙； 但在孔隙和裂隙中没有水的岩石具有非常高的电阻率。 ②含有离子导体及有强烈的孔隙(裂隙)水极化效应的岩 石。这种岩石主要是含水的孔隙性沉积岩，尤其是碎 屑岩、裂隙发育的岩浆岩及变质岩。
• 在众多的沉积岩中，白云岩和致密结晶灰岩的电阻率 最高，可达到106Ω•m ，而砂岩的电阻率在几十到 100Ω•m 之间。
• 另外，由于沉积岩具有明显的成层性，所以其电阻率 具有显著的各向异性。
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2、岩石电阻率变化的一般规律
• 在变质岩，这两类岩石均为结晶岩，内部结构 致密，而且它们的组成矿物几乎全部为绝缘体，其导 电性主要取决于岩石的含水量。
• 从研究导体性质的角度来看，测量电阻这个物理量显 然是不确切的，而反映材料导电能力的量应当是电阻 率，因此实际应用上不是测量地层电阻的大小，而是 测量反映岩层导电性的电阻率。
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1、主要矿物和岩石的电阻率
• 岩石电阻率主要取决于岩性、岩石孔隙度、岩石孔隙 中的流体饱和度、导电流体矿化度、泥质含量以及温 度等。
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二、含流体岩石导电特性的实验定律
• 石油勘探开发所涉及的岩层主要是离子导电的沉积岩。 • 砂岩固相物质除个别粘土矿物外，都不导电，电阻率
很高。 • 孔隙性岩石的导电性取决于其孔隙的几何形态和其中
的流体特性。 • 油、气不导电，而溶有盐类的地层水具有导电性。水
中盐离子的运动起导电作用，这是电解质导电。 • 沉积岩的导电能力，主要取决于岩石孔隙中地层水的