03岩石的电磁学性质 4

第一篇第二章岩石的介电特性

4
§2.1 水的介电特性
介电常数随温度、矿化度变化的关系
1f=1.1GHz，B.Hasted&A.Storyn：
介电常数：
W W T , 0 AS
电导率：
25C S B S,T
W T,0 86.490.326T 4.340104T2 A S 1.000 3.501103S 1.297105 S2 2.408108 S3
(T 100o C)
s s 5321T 1 233.76 0.9297 1.417 103T 2 8.292107T 3 100C T 370C
式中，T(℉)， T=273+t(℃)
对于冰，在强极化时(大部分)有
s

20715 38
g2 m 91 2 2 3 2 10 3
g3

2 m
9 1

1

4

3

P为平行板颗粒百分含量
1 L ，为形状系数
L为去极化因子
（0<L<1,与颗粒形状无关，对球形L=1/3)
1 1 91 1 4 3
, S(Kppm)

" w
5.66 2.65S
4.5103 S 2
，
Schlumer公司(Wharton R.P.等人)
1f=1.026GHz

' w

' w0

0.261S

0.00375S 2
, S(Kppm)

" w

磁法勘探第二章

岩石的磁性
岩石的磁性
地壳岩石分为沉积岩、火成岩、地壳岩石分为沉积岩、火成岩、变质岩三大类 1. 沉积岩的磁性磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量，磁性较弱，其磁化率主要决定于副矿物的成分及含量，天然剩余磁性小 2. 火成岩的磁性磁化率随岩石基性增强而增大，具有明显的剩余磁性磁化率随岩石基性增强而增大， 3. 变质岩的磁性磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁磁化率和天然剩余磁化强度变化范围大。按磁性变质岩分为铁磁两类。性顺磁性和铁磁性两类性顺磁性和铁磁性两类。由沉积岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁-顺磁性由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁-顺磁顺磁性；铁磁顺磁性；由岩浆岩变质生成的岩石磁性特征具有铁磁顺磁生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性，生和铁磁性两组。层状变质岩中，磁性具各向异性，沿片理方向的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。的磁化率大于垂直片理方向的磁化率。
岩石的磁性
影响岩石磁性的主要因素
岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、岩石磁性由所含磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构以及温度、压力等因素决定 1. 岩石磁性与铁磁矿物含量的关系铁磁矿物含量越多，铁磁矿物含量越多，磁性愈强 2. 岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构的关系岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、颗粒粗的较颗粒细的磁化率大，Hc随铁磁性矿物颗粒的增大而减颗粒粗的较颗粒细的磁化率大，随铁磁性矿物颗粒的增大而减小，颗粒相互胶结的比颗粒呈分散状者磁性强 3. 岩石磁性与温度、压力的关系岩石磁性与温度、岩石的热磁曲线（）与铁磁性矿物的成分有关，岩石的热磁曲线（κ-t）与铁磁性矿物的成分有关，岩石的居里温度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。度分布仅与铁磁矿物成分有关，与矿物的数量、大小及形状无关。温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。岩石的磁化率和剩温度增高，还可导致岩石剩余磁化强度退磁。磁随着压力增大近于线性降低。磁随着压力增大近于线性降低。

岩体力学第四章刘佑荣

三、岩体变形曲线类型及其特性
1、法向变形曲线
直线型上凹形上凸性复合型
直通过原点的直线，其方程为p=f(W)=KW
线加压过程中W随p成正比增加

型
岩体岩性均今、结构面不发育或结构面分布均匀
陡
岩体刚度大，不易变形，岩体较坚硬、完整
直
、致密均匀、少裂隙，以弹性变形为主，接
线
近于均质弹性体。
型
岩体刚度低、易变形，由多组结构面切割且
· 在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。一、岩体变形试验及其变形参数确定二、岩体变形参数估算三、岩体变形曲线类型及其特征上四、影响岩体变形性质的因素3
静力法的基本原理:在选定的岩体表面、槽壁或钻孔壁面上施加法向荷载,并测定其岩体的变形值;然后绘制出压力-变形关系曲线，计算出岩体的变形参数。
第i组结构面的断面平均流速矢量为
mj为水力梯度矢量J在第i组结构面上的单位矢量。联立得
设裂隙面法线方向的单位矢量为ni，则
令ni的方向余弦a1i，a2i，a3i，并将4-61代入4-60得岩体得渗透张量
岩石渗透系数测试
压水实验
应力对岩体渗透性能的影响
片麻岩的渗透系数和与应力关系试验
孔隙水压力的变化，明显的改变了结构面的张开度，以及流速和流体压力在结构面中的分布
渗透水流所产生的力学性能
渗流对岩体的作用
水对岩体的物理化学作用
水对岩体的物理化学作用
（1）软化和泥化作用（2）润滑作用（3）溶蚀作用（4）水化，水解作用
渗透水流所产生的力学效应
渗透应力地下水的存在首先是减少了作用在岩体固相上的有效应力，从而降低了岩体的抗剪强度，即
空隙水u增大，岩体的抗剪强度不断降低，如果u很大会出现

02-电测井岩石物理基础4h

大多数金属矿物为半导体。
半导体电阻率高于金属导体，其性质与所含杂质种类和含量有关半导体电阻率变化范围大，通常ρ=10-6~106 Ω·m ρ
绝大多数造岩矿物为固体电解质
如，辉石、长石、云母、方解石、角闪石、石榴石等固体电解质的电阻率很高，一般ρ >106 Ω·m ρ
3、孔隙水的导电机制、孔隙水定义：孔隙水定义：存在于岩石裂隙或孔隙中的水分的统称分布特征：分布特征：几乎所有天然岩石都或多或少地含有孔隙水纯蒸馏水导电性极差，几乎可看成是绝缘体岩石孔隙水不同程度上总含有某些盐分(电解质)， ( ) 当电解质溶于水形成电解液时会发生电离或离解（正、负离子分开）形成离子导体。
自然电场
扩散电位大小决定溶液的浓度差
低浓度
高浓度
还与溶液温度及所含离子种类有关
半透膜假定负离子迁移率或扩散速度大于正离子，如NaCI
扩散-吸附电场强度一般较小，如，在地面观测到的河水与地下水接触处由于离子浓度差别形成的扩散—吸附电场，一般约10~20mV。
岩、矿石的人工极化（激发激化）特性矿石的人工极化（激发激化） 1、电子导体的人工极化（电极极化+氧化还原）
断电后的放电现象
岩石和矿石的激发极化特性 ——稳定电流场激发 ——交变电流场激发岩、矿石的激发极化可分为理想的两类： “面极化”——激发极化均发生在极化体与围岩溶液的界面上；如、金属矿或石墨矿 “体极化”——极化单元呈体分布于整个极化体内，如浸染状金属矿和矿化、石墨化岩石以及离子导电岩石；面极化和体极化的差别只具有相对意义。严格说来，都是面极化（微观上极化均发生在岩石颗粒与溶液街面上）实用中主要研究极化的宏观效应，故表现为体极化特征

第二章岩石电性质

第二章岩石电性质PE 370 课堂讲稿2011年春季编写:Thomas W. Engler, Ph.D., P.E.•岩石的电学性质取决于孔隙几何形状和流体分布。

•电流通过“离子传导”•认为以下岩石完全注满盐水。

加一个电压值，测电流值，利用欧姆定律，定义水相电阻率为：岩石电性定义：假设空间100%盐水饱和，渗透性砂岩：•水相电阻•充满流体，多孔岩石的电阻由于，所以有：电阻率指数定义：弯曲度定义：孔隙度定义：因此：不考虑多相性，非均质性，以简化的F和Ф之间的理论关系地层因数应用：1，确定Ro，并与地层真电阻率,RT比较,识别烃区。

2，确定F,随后用来估算孔隙度。

3，确定Rw，计算含水饱和度。

岩石电性举例：用绝缘材料制成一个长度为L的正方体来模拟岩石，内部有L/2的正方体空间，假设空间充满电阻率为Rw 的盐水，并且流体垂直于正面流动。

计算F和F与孔隙度的关系，Ф– F 的关系：基于理论和实验研究的一般关系为:a和m是孔隙几何形状的函数。

研究方法：a。

简化理论模型认为模型是均匀几何形状的孔隙，不含有多孔介质变化。

B。

实验室直接测量准确和必要岩石样本C。

基于实验数据的经验公式最方便和受欢迎的,但是可能不适合给定岩石类型B,实验室直接测量“The practic al application of F = f(Ф) for a particular rock type is best accomplished by evaluating the cementation factor usinglab-measured values of F andФ.” ....Helander (1983)C,.基于实验的经验公式：Archie (1942)基于实验数据给出了以下经验公式：F取决于胶结程度,因此m被定义为“胶结指数”经验关系：Winsauer, et al (1952) 分析了30个岩样的数据，得出了下面的关系式，即Humble 方程。

-岩矿石电学性质

（1）金属导体（电子导体）各种天然金属均属于金属导体。较重要
的自然金属有自然金和自然铜，其电阻率值均很低，自然金的电阻率约为 2×10-8 欧姆·米，自然铜的电阻率约为1.2×108~3×10-7欧姆·米。
此外，石墨这种具有某些特殊的电子导体性质的非金属也具有很低的电阻率，其值小于10-6欧姆·米。
amS n 0
其中ρ为岩石的电阻率，ρ0为流体的电阻率，Ф 为孔隙度，S为饱和度，n为饱和度指数，m为孔隙度指数。a为比例系数
因此，可以利用阿尔奇公式来获得岩石电阻率与孔隙度或流体电阻率之间的关系。
20
(2)电阻率与岩石孔隙度的关系
主要的造岩矿物如长石、石英、云母等电阻率均相当高。然而，由于天然状态下的岩石在长期的地质历史过程中，受到地质作用而出现裂隙，以及裂隙中含流体等原因，一般岩石的电阻率要低于其所含矿物的电阻率。
上述金属导体和半导体的导电作用都是通过其中某些电子在外电场作用下的定向运动来实现的，它们均为电子导体。
岩矿石的导电性
常见半导体矿物的电阻率范围
（3）固体电解质（离子导体）绝大多数造岩矿物（如辉石、长石、石
英、云母和方解石等），均属于固体电解质，其电阻率值都很高（大于106欧姆·米），在干燥情况下可视为绝缘体。固体电解质导电载流子为填隙离子或空格点，它们属于离子导电。
18
天然状态下的岩矿石一般含有孔隙水，在地电学中，一般可以近似地把含水的岩石模型看成是由两相介质构成的，即由矿物骨架（固相）和流体（液相）所构成。
在物理学中，一般利用阿尔奇公式来描述两相介质中的电阻率与空隙度及物质组分之间的关系
ten Grotenhuis et al., 2005

岩石力学第四章岩石本构关系与强度理论

yx
14
下面推导平面应力问题的平衡微分方程，对单元体列平
衡方程：
Fx 0 :
(
x
x x
dx ) dy
1
x
dy
1
(
yx
yx y
dy )
dx
1
o
x
yx
y
P A xy X x B C y
D
x
x
x
dx
Y
xy
xy x
dx
y
yx y
y
yx y
dy
dy
yx dx 1 X dx dy 1 0
无外力作用。
y
x
注意：平面应力问题z =0，但 z 0 ，这与平面应变
问题相反。
11
2、平面应变问题很长的柱体，在柱面上承受平行于柱面并且不沿长度变
化的面力，同时体力也平行于柱面并且不沿长度变化。
εz = 0 τzx = 0 τzy = 0
如：水坝、受内压的圆柱管道和长水平巷道等。
y
x
P
x
图 2－2
是坐标的已知函数。
23
2、应力边界条件
当物体的边界上给定面力时，则物体边界上的应力应满足与面力相平衡的力的平衡条件。
l(x)s m(yx)s X
m(y)s
l(xy)s
Y
其中 X 和 Y 为面力分量，( x )s、( y )s 、( xy ) s 、( yx )s 为边界上的应力分量。
当边界面垂直于 x轴时，应力边界条件简化为：
变分量与应力分量之间的
关系如下：
x
1 E
x
y
z
y
1 E
y

岩石物理-Rock--Physics资料讲解

Reservoir properties
Porosity 孔隙度 Density 密度 Saturation 饱和度
4D Feasibility & Seismic modeling 四type 流体类型
Pressure 压力 Temperature 温度 Fracture 裂隙
– Verify theoretical results and provide input data to theories and models 验证理论结果及对理论与模型提供输入参数
– Gather real rocks from the field, whereas theories assume universal rocks 从油田采集真正的岩石，而理论总是假设一个通用岩石
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，石油工业出版社，1986
– Rock physics quantifies/decomposes these factors 岩石物理对这些因素分解、量化
Seismic data
Rock properties
Rock Physics in Angle
Dependent Reflectivity
• Angle-dependent reflectivity 依赖于角度的反射率
– Are the changes large enough to be resolved seismically? 这些变化是否大于地震的分辨率