岩石物理学(地大)12第五章

《岩石物理学(地大)12第五章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、岩石物理学与地震学系统（12多孔介质中波的传播）顾问：陈颙院士yongchen@seis.ac.cn於文辉教授wenhuiy@cug.edu.cn多孔介质中波的传播第三节多孔介质中波的速度•在均匀弹性介质中，无论在一维或是三维传播的波，其速度可以用介质本身的弹性常数来表示，它们可以直接从波动方程中推导出来。表给出在三维介质中速度和各种弹性常数之间的关系。•在多孔介质内，同样知道了介质的弹性常数就可以计算出速度，这时要考虑固体骨架和孔隙内的弹性模量，就比较复杂。从表中看到在均匀各向同性介质中，只有二个独立的弹性参数，速度可以用任意两个参数及介质的密度来表示，同样也可

2、以速度表示各种弹性常数。这里引入一个无量纲参数—泊松比(横向应变与纵向应变之比，当一根杆被拉伸时，其相对横向压缩与相对纵向伸长之比)。纵波速度横波速度λ+2μμρρ弹性常数体积模量K弹性体受均匀静压力时所加压力和物体形变的比值。此处负号表示在外力作用下，体积变小。K=ρ(vp2-4vs2/3)剪切模量μμ=ρvs2泊松比σ，速度比γ=vp2/vs2物体受力后横向形变与纵向形变之比σ=(1-2γ2)/2(1-γ2)45多孔介质的有效弹性模量6多孔介质的孔隙和密度•孔隙度Ф＝孔隙空间/总体积•密度ρ＝岩石质量/体积岩石的总密度ρρ＝（1－Ф）ρma+ФρflΡma＝岩

3、石颗粒（骨架）的密度ρfl＝孔隙流体的密度ρfl＝ρ碳氢（1－S）+ρ盐水SWW7Wyllie时间平均方程11−φφ=+VVVMfΔt=(1−φ)Δt+φΔtMf•这是一个由实验得出的经验公式，孔隙较大（＞20%）的情况下适合。8第四节多孔介质中波的传播•1、双相介质•饱和多孔隙介质是由固相和液相相互渗透所形成的一种介质，称为双相介质。其中固相是物体的基质，液相构成饱和流体。这种相互渗透以两种不同形式出现，一种液相不连续，另一种是连续的。•纵波和横波可在固体中存在，在液相中只有纵波。那么在双相介质中是否存在两种纵波和一种横波。要使这种可能的存在，至少液相和固相要连

4、通。事实上，并不存在一种在固体另一种在流体中传播的纵波。92、饱和多孔隙介质中慢纵波实验观测Biot在1955，1956年在理论上预测了饱和多孔介质中存在着三种波的传播，除纵波和横波外，还有一种第二类纵波，简称慢纵波。直到1980－82年，这个预测被Plona所证实。现在看来Plona的实验似乎是简单的。实际上，要观察到慢波，有必要允许流体与固体可运动，从而使波的发射与记录均远离该固体。这意味着要避免将传感器粘着于样品上，那样会有碍于记录慢波。实验在充水水槽内进行（Plona，1980,1982），所发射信号对该多孔隙介质的入射角能够变动，10Plona慢纵横波实

5、验•方法—超声波水中透射技术，它使固体平板内产生体波，应用了波在液-固界面折射原理。•运用类似的技术可测定通常的纵波和横波以及纵波。•样品—烧结玻璃小球的流体饱和多孔介质。•右图给出了实验示意图。11•测试系统与前面描述的一样，超声换能器用两种频率，一是直径28.6mm的500kHz，另一对是直径25.4mm频率2.25MHz纵波换能器。•样品的玻璃小球直径2.21到0.29mm，在温度700度到740度范围烧结，通过控制最高炉温及在此温度下的时间长短，可得不同孔隙的样品。孔隙最大为28.3%，还有25.8、18.5和7.5%。•样品直径在90到100mm之间，厚

6、度在14到21mm之间。两平面平行。12烧玻璃珠样品当入射角为0度时，只有A是直达纵波，C、E和G时间相等为板内的多次纵波。D和F是新出现的波，其中D波的时间较A波慢得多，而F比D晚，正好是AC之间的时间，表明F脉冲是D脉冲在板内以快纵波传播的二次波，两者的相位相反。注意，这说明D波在界面上与快纵波有波形转换，证明是压缩波。•D和F是新出现的波，因为在非多孔介质中没有观测到。各种多孔介质中的慢波•Plona又对一系列不同材料的多孔介质了慢波观测，如：第一类金属材料(钢、钛和铬镍铁合金)；第二类是不同厂商所产的陶瓷品(滤石)，作过滤用；第三类是实验室自己烧结的物质(

7、玻璃珠)。•在这些材料中都观，观测到了慢纵波。其速度比饱和流体的速度慢。多孔材料孔隙度Φ(%)平均孔隙r(μm)快纵波V(m/s)横波V(m/s)慢纵波V(m/s)P1SP2玻璃熔珠128.350405023701040玻璃熔珠218.52048402930820玻璃熔珠310.51051502970580Coors41.541.5395021609603M-5534.555276014109103M-4030.04029101620960多孔钢48.02027401540920多孔钛41.03027201790910滤石140.06046502910940多孔铬

8、镍铁合36