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　　物理學(xué)術(shù)論文范文篇一

　　巖石物理學(xué)近期進(jìn)展

　　[摘 要]巖石物理學(xué)是一個多學(xué)科交叉、融合的學(xué)科，包含了物理學(xué)、地球物理學(xué)、測井、地質(zhì)學(xué)等學(xué)科;它是從理論和實驗上研究巖石的物理特性，搞清流體類型、流體飽和度、巖比、孔隙率、裂隙等各種因素對巖石電磁波、彈性波的影響，以及它們在地球物理和巖石物理測井?dāng)?shù)據(jù)中的響應(yīng)。通過綜合研究地球物理、巖石物理測井等資料，找出這些響應(yīng)與儲集層之間的關(guān)系。這種綜合研究的過程中，巖石物理學(xué)的任務(wù)是尋找地球物理參數(shù)和巖石物理性質(zhì)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)與油氣相關(guān)的特征響應(yīng)。同時，巖石物理學(xué)在正、反演中對初始模型的限定，確定研究技術(shù)方法和技術(shù)可行性分析等方面也起著重要的作用。

　　中圖分類號：P585 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X(2014)24-0057-01

　　巖石物理學(xué)一般分為兩個分支：開發(fā)(地球物理)與生產(chǎn)(巖石物理和石油工程)，一方面地球物理要求在遠(yuǎn)離鉆孔的情況下確定巖石彈性性質(zhì)，另一方面需要在遠(yuǎn)離鉆孔條件下弄清巖石物理特征，改進(jìn)對儲集層的描繪和定性。人們正迅速地推動地球物理、石油物理和儲集層數(shù)據(jù)的綜合研究，在促進(jìn)這種綜合研究的過程中，巖石物理學(xué)的任務(wù)是找到a地理物理參數(shù)和巖石性質(zhì)之間的關(guān)系。本文簡單介紹巖石性質(zhì)對地球物理和巖石物理參數(shù)的影響

　　1.流體的影響

　　五十年代，加斯曼和比奧特提出：流體性質(zhì)影響多孔介質(zhì)中彈性波的傳播。從那時起，人們對這個問題進(jìn)行了廣泛的理論研究與實驗驗證。比奧特-加斯曼理論的最大應(yīng)用是借助“亮點”技術(shù)識別含氣沙。比奧特一加斯曼理論預(yù)言，鹽水或油飽和孔腔中的少量氣體會明顯降低彈性波的速度。這是因為氣體和液體的壓縮系數(shù)相差很大，孔隙飽和物能部分支持波經(jīng)過時所引起的彈性載荷，所以當(dāng)體模較大的流體完全填充孔腔時，波速就高。然而存在少量氣體，平均流體模量便會明顯降低，從而引起P波波速的下降。比奧特一加斯曼理論還預(yù)言：切變波不受飽和液體壓縮性的影響。

　　這一理論認(rèn)為，只有當(dāng)VP較低，巖石(未固結(jié)砂、淺固結(jié)巖石)中含有模量較高的液體(水、低汽化點的油)時，液體飽和巖石與部分充氣巖石的VP的差別才會大于10%。這解釋了“亮點”常出現(xiàn)在鹽飽和構(gòu)造上方未固結(jié)和淺固結(jié)砂巖中。比奧特-加斯曼理論假定流體壓縮率是氣體和液體壓縮率的體積平均值。多梅尼科(Domenico，1976)和莫奇舒吉(Mochizuki)提出，高頻下平均流體模量可由體模量的體積平均得出。這說明了隨氣體飽和度增加，VP值幾乎線性下降。超聲頻率下，對流體壓縮率進(jìn)行平均的體積大約為一個波長，即幾個孔隙大小的量級因此，氣體飽和度較低時，許多個“平均體積”內(nèi)可能不含氣體并VP很大，結(jié)果就要比比奧特一加斯曼理論值要高，在氣體充滿所有平均體積之前都是這樣。

　　比奧特-加斯曼理論在實際應(yīng)用中存在一個問題，就是要求知道巖石的骨架模量。按比奧特的定義，它是壓縮時液體可以自由出入的完全飽和樣品的體模。比奧特的“飽和模量”是指液體充進(jìn)孔腔并承受部分彈性載荷的模量。許多人把干燥或充氣巖石模量當(dāng)作骨架模量。然而實驗證明，含水量低的巖石受化學(xué)力和毛細(xì)管力作用很強(qiáng)，對于干燥巖石與含百分之幾水的巖石，它們的速度差別很大。

　　總之，比奧特一加斯曼模型是尋找某些儲集層中氣體的有力工具。但在應(yīng)用這一理論計算預(yù)期的速度或阻抗變化時，最重要的是正確使用骨架模量或流體模量。理論和實踐表明，對于固結(jié)好的儲集層，或是很深的輕油儲集層，由于氣體引起的速度變化小到測不出來。準(zhǔn)確區(qū)分一個儲集層是油浸還是水浸的，在采集過程中是很重要的;對于巖石二水相互作用，在速度分析中也很重要。

　　2.孔隙、裂縫和斷裂的影響

　　計算彈性性質(zhì)時，多孔巖石被認(rèn)為多相或復(fù)合介質(zhì)。目前還沒有直接的理論能正確地預(yù)言巖石基體與多孔巖石彈性性質(zhì)的差別。關(guān)于孔隙對速度影響的模型可以分為兩類：孔隙模型和顆粒模型。顆粒模型假設(shè)巖石由相互接觸的顆粒組合，速度取決于顆粒、顆粒接觸形式及接觸面積等情況。

　　孔隙和裂縫模型把巖石當(dāng)作具有孤立孔隙及裂縫的固體，但是大多數(shù)實際情況中巖石的特征介于以上兩者之間。顆粒模型反映了實際砂和球狀堆積的某些特征，不過缺點是沒有充分考慮實際觀察到的非固結(jié)球狀包之間的接觸勁度，因此顆粒模型對于固結(jié)巖石的適用情況亦不好。

　　在固體基體模型中，該模型采用不同縱橫比的孔隙分布，可以于從波數(shù)據(jù)中反演得到孔隙分布，缺點就是當(dāng)體密度給定時，孔隙越小對速度的影響就越大。因此，這些模型應(yīng)用于孔隙非常小的火成巖效果很好，但應(yīng)用到沉積巖時，卻需要假定大量細(xì)孔的存在，這是不合理的。雖然孤立孔隙也不完全符合實際情況，但是它適應(yīng)性強(qiáng)，因而更常用。

　　我們要完全認(rèn)識孔隙和裂縫對巖石彈性性質(zhì)的影響還需要新的模型和實驗。最近，阿卜杜拉伽華德(Abdel-Gawad)直接觀測不同壓力下的孔腔得到的縱橫比分布證明，細(xì)長孔隙的數(shù)目隨壓力增大而增加。換句話說，細(xì)孔隙隨壓力增加不閉合，只是變細(xì)了這一點，加上輸送和孔腔彈性模量之間缺乏相關(guān)性，提示我們必須重新考慮過去對孔腔及其對彈性性質(zhì)影響的一些觀點。但細(xì)裂縫模型有一個優(yōu)點，就是它可能模擬裂縫對速度的影響。這些模型都假定彈性波波長比裂縫或斷裂尺寸大許多按照這些模型，只要裂縫的大小遠(yuǎn)小于波長，它的大小就沒有影響。

　　3.各向異性對彈性波傳播的影響

　　已有的裂縫模型中，討論裂縫分布各向同性的占多數(shù)。最近由加賓和諾波夫(1975)、赫德森(1981)及克拉賓(1984)等人提出，斷裂簇或定向裂縫可導(dǎo)致巖石中彈性波波速的較大的各向異性。野外研究也發(fā)現(xiàn)了方位波波速各向異性和由各向異性引起的偏振S波分解。這些研究大多認(rèn)為各向異性是由上層地殼中定向裂縫引起的。

　　納和西蒙斯(1969)、西蒙斯等(1975)等進(jìn)行由定向微裂縫導(dǎo)致彈性性質(zhì)變化的實驗研究。西蒙斯(1975)等和普盧姆等(1984)能夠?qū)⑽⒘芽p取向的直接觀測結(jié)果與10-20%的P波速各向異性聯(lián)系起來。實驗和理論表明，當(dāng)能量沿平行于裂縫方向傳播時，P波速度不受裂縫或斷裂影響。這就解釋了為什么垂直側(cè)向斷裂不改變P波地震波剖面。理論還提出，當(dāng)能量沿平行于裂縫方向傳播時，裂縫對SV波和SH波的影響是不同的。克拉賓(1978，1984)和安多(Ando，1983)等，用此解釋他們在野外研究中所觀察到的S波分解。理論和實驗指出，S波和大偏移P波VSP在探測石油儲集層中垂直傾向斷裂區(qū)域時可能有用途。

　　當(dāng)然，地震波各向異性不僅僅起因于斷裂。大多數(shù)礦物在它們的不同晶軸上表現(xiàn)出很強(qiáng)的各向異性。沉積環(huán)境也能導(dǎo)致顆粒及礦物的各向異性。沉積各向異性盡管能引起垂直與水平方向速度的很大不同，但它一般不導(dǎo)致P波在水平方向的各向異性或S波分解。然而，沉積各向異性對巖石的電性質(zhì)影響很大，從而造成某些情況下對電和介電測井的不正確解釋。此外，地震波各向異性還可以由層厚比波長小許多時的各向同性介質(zhì)引起。

　　總之，我們只有對巖石性質(zhì)進(jìn)行廣泛地研究才能夠認(rèn)清它們之間的關(guān)系，除了上面簡單的介紹總結(jié)之外，近來還有人用核磁共振研究飽和與束縛水的問題，也有人對巖石從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了仔細(xì)研究，以增加對尺度現(xiàn)象和交界面的認(rèn)識。以上問題，還有巖石性質(zhì)間的關(guān)系、孔隙幾何對輸送和彈性性質(zhì)的影響，以及各種流體對巖石表面化學(xué)性質(zhì)的影響等問題，都是需要繼續(xù)研究的。只有這樣，我們才能用觀測到的儲集層特征去推斷儲集層的未知特征。

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