岩石物理学
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。
岩石物理 Rock Physics
教 材：
陈颙，黄庭芳著，岩石物理学，北京大学出版社，2001年 参 考 书： 1）赵鸿儒、唐文榜、郭铁栓编著，超声地震模型试验技术 及应用，石油工业出版社，1986 2）R.E.Sheriff et.al., Reservoir Geophysics, SEG, 1992 3）Amos Nur著，许云译，双相介质中波的传播，石油工
Rock Physics: bridge between reservoir and seismic properties
Reservoir properties
Porosity 孔隙度 4D Feasibility & Seismic modeling 四维 Density 密度 地震可行性及地震模拟 Saturation 饱和度 Fluid type 流体类型 Pressure 压力 Interpretation Temperature 温度 and Inversion Fracture 裂隙 解释及反演
Seismic properties
Seismic velocity 地震 波速 Travel time 走时 Impedance 阻抗 Amplitude 振幅 AVO response AVO 响 应 Other attributes 其他属 性
Role of Rock Physics in Seismic Lithology
Rock physics is the basis for building the predictive tools and interpreting the predicted or inverted data 岩石物理是建立预测工具及解释反演结果的物理 Rock properties Seismic data 基础
岩石的基本物理力学性质
岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。
岩石的物理力学性质
nb Vnb 100% V
(3)小开空隙率nl:即岩石试件内小开型空隙的体积（Vnl) 占试件总体积(V)的百分比。
nl Vnl 100% V
(4)总开空隙率（孔隙率）n0: 即岩石试件内开型空隙的 总体积（Vn0)占试件总体积(V)的百分比。
cf ） , 以
此强度下降值与融冻试验前的抗压强度 σ c之比的百
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
7.岩石的碎胀性
岩石破碎后的体积VP 比原体积 V增大的性能称为岩石
的碎胀性，用碎胀系数ξ 来表示。
VP V
碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。 永久碎胀系数（残余碎胀系数）――不能再压密时 的碎胀系数称为永久碎胀系数.
岩石的软化性是指岩石在饱水状态下其强度相对 于干燥状态下降低的性能，可用软化系数η 表示。
软化系数指岩石试样在饱水状态下的抗压强度
σ
cb与在干燥状态下的抗压强度σ c之比，即
cb c c
各类岩石的η c=0.45～0.9之间。 η η
c c
Байду номын сангаас
>0.75,岩石软化性弱、抗水、抗风化能力强； <0.75，岩石的工程地质性质较差。
1 与 主 应 力 差 ( σ 1-
σ 3) 的关 系 曲 线 表 示 。
反复加卸载对岩石变形的影响
围压对岩石变形的影响
三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线
围压对岩石刚度的影响
砂岩：孔隙较多，岩性较软， σ3增大，弹性模量变大。 辉长岩：致密坚硬， σ3增大，弹性模量几乎不变。
岩石物理学及岩石性质
岩石物理学及岩石性质一、矿物1.1矿物矿物是单个元素或若干个元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物，是构成岩石的基本单元。
矿物多数是在地壳（地球）物理化学条件下形成的无机晶质固体，也有少数呈非晶质和胶体。
1.2矿物的主要物理特性1.2.1光学特性（1）颜色：矿物的颜色由矿物对入射光的反映呈现出来。
一般来说矿物的颜色是矿物对入射光吸收色的补色。
（2）条痕:条痕色指矿物经过在不涂釉的瓷板上擦划，在瓷板上留下的矿物粉粒的颜色。
（3）光泽:光泽是矿物表面对入射光所射的总光量。
根据光泽有无金属感，将光泽分为金属光泽与非金属光泽。
矿物光泽特性既与矿物组成和结构有关，又与矿物表面特征有关。
（4）透明度:透明度与矿物对矿物透射光的多少有关。
1.2.2力学性质（1）硬度：矿物的硬度是指矿物的坚硬程度。
一般采用摩氏硬度法鉴别矿物硬度。
即采用标准矿物的硬度对未知矿物进行相对硬度的鉴别。
摩氏硬度中选取十种矿物作为标准矿物，将矿物分为10级，称为摩氏硬度计。
这十种矿物硬度由1级到10级的顺序是：①滑石，②石膏，③方解石，④磷灰石，⑤萤石，⑥正长石，⑦石英，⑧黄玉，⑨刚玉，⑩金刚石。
（2）解理与断口：矿物受力后产生破裂出现的没有一定方向的不规则的断开面，谓之断口。
当晶质体矿物受力断开时，出现一系列平行的、平整的裂面时，称为解理。
断口出现的程度跟解理的完善程度相互消长，解理程度越低的矿物越容易形成断口。
因此，断口具有了非晶质体的基本含义。
解理与晶质体内质点间距有明显的关系，解理常出现在质点密度较大的方向上。
（3）延展性：矿物的延展性，也可以称为矿物的韧性。
其特征是表现为矿物能被拉成长丝和辗成薄片的特性。
这是自然金属元素具有的基本特性。
1.3重要矿物（1）自然元素矿物：这类矿物较少，其中包括人们所熟知的矿物，如金、铂、自然铜、硫磺、金刚石（见图1）、石墨等。
图1金刚石（2）硫化物类矿物：本类是金属元素与硫的化合物，大约200多种，Cu、Pb、Mo、Zn、As、Sb、Hg等金属矿床多有此类矿物富集而称，具有很大的经济价值。
岩石物理学研究岩石物理性质之间的相互关系
岩石物理学研究岩石物理性质之间的相互关系岩石物理学是研究岩石及其内部物理性质之间相互关系的科学学科。
它通过实验、实测和数值模拟等方法，从微观角度分析岩石的物理性质，揭示它们之间的相互作用关系，为地质勘探、地震预测、石油勘探等领域提供理论和实践指导。
岩石物理性质包括密度、弹性模量、磁性、电阻率、导热性等。
不同的岩石类型和结构特征会导致这些性质之间的差异，而这些差异又会对岩石的宏观特性产生影响，如声波的传播速度、电磁波的反射特征等。
因此，研究岩石物理性质之间的相互关系对于理解岩石结构、确定地质工程设计参数、评估地震风险等具有重要意义。
首先，密度是岩石物理性质中的一个重要参数，它可以反映岩石的质量和成分。
不同岩石的密度差异主要是由于其成分和孔隙度不同所导致的。
岩石中的矿物和水分都会对密度产生影响，因此密度可以用来识别岩石类型和矿物组成。
同时，密度还与岩石弹性参数之间存在一定的关系，可以通过密度来估计岩石的应力状态和岩石的弹性模量。
其次，岩石的弹性模量是岩石物理性质中的另一个重要参数，它可以衡量岩石对应力的响应能力。
弹性模量与岩石的密度、孔隙度、矿物组成等因素有密切关系。
高密度、低孔隙度和坚硬矿物组成的岩石具有较高的弹性模量，而低密度、高孔隙度和软质矿物组成的岩石则具有较低的弹性模量。
同时，弹性模量还与岩石的应力状态和应变产生关系，可以通过弹性模量来估计岩石的力学性质和变形特征。
此外，岩石的磁性也是岩石物理性质中的重要参数之一、磁性可以通过测量岩石的磁化率、磁导率等物理量来表征。
不同岩石的磁性特征主要受到其中的磁性矿物（如铁磁矿物）的影响。
通过研究岩石的磁性特征，可以识别矿产资源、勘探油气储层、研究地磁场变化等。
此外，岩石物理性质中的电阻率和导热性等也与岩石的成分、孔隙度和温度等因素关系密切。
电阻率和导热性可以通过测量岩石的电阻和热传导率来获得。
不同岩石中的矿物、水分和孔隙的差异会导致其电阻率和导热性的区别。
第2章 岩石的物理力学性质
目 录
1、岩石的物理性质 2、岩石的强度特性 3、岩石的变形特性 4、岩体结构面的力学性质 5、岩体的力学性质 6、工程岩体的分类 7、岩石力学性质的时间效应
2.1 岩石的物理性质
岩石由固体、液体和气体三相介质组成， 其物理性质是指因岩石三相组成部分的相 对比例关系不同所表现出来的物理状态。
（2）变角板剪切试验（图） P (cos f sin ) A P (sin f cos ) A
此法的主要缺点是a角不能太大，也不能太小。
4 岩石的三轴压缩强度（Triaxial compressive strength）
岩石试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向压力。
体积变形模量：平均正应力与单位体积变形之比
e V e 1 2 3 V K
切变模量：弹性或准弹性的切变模量
E G 2(1 )
岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组 成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、 微结构面及其与荷载方向的关系等多种因素 的影响，变化很大（图）。
f c tan
大量研究表明：当压力不大时（小于 10MPa），直线形强度包络线能够满足工程 要求，是目前应用最为广泛的强度理论。
（2）二次抛物线形莫尔强度准则（图） 软弱至中等硬度完整岩石，如泥灰岩、 砂岩、泥岩等岩石的强度包络线近似于二次 抛物线。
n( t )
VD D / D 100%
（2）岩石的侧向约束膨胀率
VHP H1 / H 100%
（3）膨胀压力
6 岩石的透水性 达西定律
Vx kix
岩石的渗透系数一般都很小，新鲜致 密岩石的渗透系数一般均小于10-7cm/s。裂 隙发育时，渗透系数一般比新鲜岩石大4～ 6个数量级。
岩石物理相研究及应用
岩石物理相研究及应用岩石物理学是研究岩石和地球内部物质物理性质的学科。
它利用物理实验、地球物理探测技术和数学方法，通过测量和分析岩石的物理特征，探索地球的内部结构和岩石的物质组成。
岩石物理学的研究和应用广泛应用于地质勘探、油田开发、地震监测和自然资源调查等领域，对于实现可持续发展和地球科学的发展具有重要意义。
岩石物理相的研究是岩石物理学的重要内容之一、岩石物理相是指岩石在不同物理条件下的物质状态和行为。
岩石的物理相变化对岩石的物理性质有着重要的影响，研究岩石的物理相变化可以揭示地壳的力学性质和岩石的岩相组成，对于地震预测和地质灾害预防有着重要作用。
岩石物理相的研究包括固相和液相的相互转化、岩石矿物的相变和相分离等过程。
其中，固相和液相的相互转化是岩石物理相研究的重点之一、当温度和压力发生变化时，岩石中的固相物质和液相物质会相互转化，这种相变过程对地下水资源的储存和输运有着重要影响。
研究固相和液相的相互转化规律，可以帮助我们预测地下水资源的分布和利用。
另外，岩石矿物的相变也是岩石物理相研究的一个重要方面。
岩石矿物的相变会导致岩石的物质结构发生变化，进而影响岩石的物理性质。
例如，当温度发生变化时，岩石中的矿物可以发生熔融或结晶的相变过程，这种相变过程会导致岩石的强度和导热性等物理性质发生变化。
研究岩石矿物的相变规律，可以帮助我们理解地壳的演化历史和预测地震活动。
岩石物理相的研究不仅对于地质学学科发展有着重要意义，还具有广泛的应用价值。
地质勘探是岩石物理相研究的重要应用之一、通过测量和分析地下岩石的物理性质，可以预测地下矿产资源的分布和储量，为矿产勘探提供依据。
此外，岩石物理相研究还广泛应用于油田开发。
通过测量岩石的孔隙度、渗透率和饱和度，可以评估油田储量和油藏的产能，为油气勘探和开发提供技术支持。
总的来说，岩石物理相研究及应用对于地球科学的发展和可持续发展具有重要意义。
通过研究岩石的物质性质和相变过程，可以揭示地球的内部结构和地质活动规律，为地质灾害预防、矿产勘探和油气开发提供科学依据。
《岩石物理学》第一篇 第一章 岩石的电学性质 (1)
CEC =
Qv 100 (1 ) g
或 Qv
CEC (1 ) g 100
式中， g 为矿物颗粒密度，一般为泥岩，在2.65左右。
15
§1.2 粘土矿物的导电特性
3、泥质砂岩中粘土的导电作用 在固液界面会产生双电层，
这主要是由于粘土矿物的特
（1）离子双电层的形成
性引起的。
粘土表面吸附极性水分子和Na+，而Na+本身也吸附水分子，结果液 体一侧为正电性，粘土为负电性。
16
§1.2 粘土矿物的导电特性
3、泥质砂岩中粘土的导电作用
（2）双电层电位
即： 0ekx
0 — 固相表面电位(热
力学电位)，一般不变
K— 德拜常数，(1/K
界面附近产生电场，其分布是：紧密层 中，近似平行板电容器，电位呈线性下 降，而扩散层呈指数规律衰减。
1、粘土矿物的晶体结构
（2）粘土矿物结构：
伊利石：KX+Y(Al2-YMgY)(Si4-XAlX)O10(OH)2
层间充填K，不易 发生交换，不膨胀。
总而言之，粘土中的基本晶片中的Si4+或Al3+常被别的低价阳离子
置换或空缺，从而显示出负电性，因而对阳离子具有吸附作用。
13
§1.2 粘土矿物的导电特性
22
§1.3 影响岩石电导率的因素
1、温度的影响ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1974年，Waxman&Thomas 发现了：T↑ → F↓ (与前面相反)， 原因：粘土的阳离子交换容量的 影响。 F=f(T,QV)
1977年，Kevnetal,溶液、饱和溶液
的岩石。 结果：T→
岩石物理学及岩石性质
岩石物理学及岩石性质一、矿物1.1矿物矿物是单个元素或若干个元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物，是构成岩石的基本单元。
矿物多数是在地壳（地球）物理化学条件下形成的无机晶质固体，也有少数呈非晶质和胶体。
1.2矿物的主要物理特性1.2.1光学特性（1）颜色：矿物的颜色由矿物对入射光的反映呈现出来。
一般来说矿物的颜色是矿物对入射光吸收色的补色。
（2）条痕:条痕色指矿物经过在不涂釉的瓷板上擦划，在瓷板上留下的矿物粉粒的颜色。
（3）光泽:光泽是矿物表面对入射光所射的总光量。
根据光泽有无金属感，将光泽分为金属光泽与非金属光泽。
矿物光泽特性既与矿物组成和结构有关，又与矿物表面特征有关。
（4）透明度:透明度与矿物对矿物透射光的多少有关。
1.2.2力学性质（1）硬度：矿物的硬度是指矿物的坚硬程度。
一般采用摩氏硬度法鉴别矿物硬度。
即采用标准矿物的硬度对未知矿物进行相对硬度的鉴别。
摩氏硬度中选取十种矿物作为标准矿物，将矿物分为10级，称为摩氏硬度计。
这十种矿物硬度由1级到10级的顺序是：①滑石，②石膏，③方解石，④磷灰石，⑤萤石，⑥正长石，⑦石英，⑧黄玉，⑨刚玉，⑩金刚石。
（2）解理与断口：矿物受力后产生破裂出现的没有一定方向的不规则的断开面，谓之断口。
当晶质体矿物受力断开时，出现一系列平行的、平整的裂面时，称为解理。
断口出现的程度跟解理的完善程度相互消长，解理程度越低的矿物越容易形成断口。
因此，断口具有了非晶质体的基本含义。
解理与晶质体内质点间距有明显的关系，解理常出现在质点密度较大的方向上。
（3）延展性：矿物的延展性，也可以称为矿物的韧性。
其特征是表现为矿物能被拉成长丝和辗成薄片的特性。
这是自然金属元素具有的基本特性。
1.3重要矿物（1）自然元素矿物：这类矿物较少，其中包括人们所熟知的矿物，如金、铂、自然铜、硫磺、金刚石（见图1）、石墨等。
图1金刚石（2）硫化物类矿物：本类是金属元素与硫的化合物，大约200多种，Cu、Pb、Mo、Zn、As、Sb、Hg等金属矿床多有此类矿物富集而称，具有很大的经济价值。
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岩石物理学-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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~.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联系的纽带,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、Rasmus1986Sharma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).(4)微孔隙和粗糙的颗粒表面负曲率,受控于地层水的矿化度(Argaud等1989).上述地层特性的电性研究结果表明,由于复杂(低阻、低孔低渗、碳酸岩、火山岩、砾岩、裂缝)储层在岩性、物性、孔隙结构等特征的复杂化,其电性特征也比较复杂,纯(砂岩)地层的Archie公式在描述它们的电性时已经不再完全适用,需要对其加以修正或重新创立新的含水饱和度方程.作为岩心电性实验,必须要针对含水饱和度方程输入的电性参数的需要做实验方法的调整和变化,实验技术也要根据岩性、物性等做相应的变化,如:对于粘土附加导电作用明显的泥质砂岩储层,当使用Waxman &Smits 模型时需要考虑阳离子交换量(CEC)的实验测量;对物性、电性等具有明显各向异性的储层,应使用方岩样对其各向异性加以考察;对非均质储层,应该考虑使用全直径岩样代替柱塞岩样开展特殊岩心分析;对于低孔渗岩样,应该考虑其饱和、降饱和的困难,讨论使用增水法的可能性等.总之,这些储层物性、孔隙结构、电性的特殊性,都给岩心电性实验方法、技术提出了诸多新问题. 物理学中的Cole-Cole 模型岩石电性的Cole-Cole 模型描述岩矿石中电阻率散布效应的优势在于模拟岩矿石中电流通路的模型和等效电路展示的阻抗模型具有相似性。