巖石物理學期終復習 考題類型 五種類型共六道大題 基本概念題兩道大題 填充與名詞解釋簡述題 2 3小題 要求較完整地敘述一個概念或公式 問題圖示說明題用圖示的方式說明概念公式推導綜合題 一 基本概念 基本概念以填充和名詞解釋形式出現 例 一 填充題 1 巖石物理學主要從 實驗 和 理論 上研究巖石特性與其 物理 性質間相互關系 2 礦物一般是由無機作用形成的 煤 和 石油 都是有機作用的產物 故均非礦物 3 束縛水一般存在于砂粒 表面 砂粒接觸處角隅或 微毛管 孔中 4 可以在固體和流體中傳播 而 只能在固體中傳播 二 名詞解釋 1 巖石物理學 2 離子導電巖石 靠連通孔隙中所含溶液的正負離子導電的巖石 3 波動 4 體積模量K 二 簡述題 1 簡述巖石物理學研究中存在的問題1 是巖石組成的復雜性 2 是巖石的現場地質條件 地球內部是高溫 高壓的物理化學環境 就目前的實驗技術水平而言 還無法對這種環境進行精確的模擬和再現 3 是研究對象 巖石 的尺度問題 2 用定性或定量方式列舉三個主要巖石特性因素是怎樣影響巖石地震特性的定量 時間平均方程 速度 密度 泥巖線定性 壓力 溫度 含泥量 埋深 孔隙形態對速度的影響3 巖石物理模型中公式的定義 物理量的含義 公式等如 阿爾奇公式 Gassmann方程 有效介質模型等4 為什么巖石物理學的許多研究是在實驗室進行 實驗室的研究意義 1 可直觀地了解關系 變量的單一性 2 定量關系只能在實驗獲得 3 4 三 圖示說明題 用射線 箭頭和角度等方式畫出波的傳播路徑 波的類型和傳播方向 并說明波的傳播規律和特征 例題一 根據下圖中給出的信息 為縱波入射角 用角度和箭頭的方式畫出可能出現的反射和透射波的傳播方向 指出這些波的類型 用角度和公式指出這些波與入射波方向的關系 其中反射縱波會出現什么現象 圖示巖石特性與速度的關系 如孔隙度 壓力 巖性等與速度關系 例題二 用圖示方式定性表示巖石密度 孔隙度對速度的影響 并寫出相應的巖石物理模型 四 公式推導或證明 此題主要考查對彈性模量概念與速度間關系的了解 例題1 一個立方形固體在各個方向受到均勻壓縮 壓力為P 即在直角坐標系中各個應力分量為 11 22 33 P 12 13 23 0 根據各向同性介質中的胡克定律 應力應變關系 和體積模量的定義 推導出體積模量k與拉梅系數 的關系 即用拉梅系數表示體積模量 如果已知巖石的密度為 縱波速度為V2 2 用體積模量k和拉梅系數 寫出巖石的縱波速度 五 綜合題 綜合題與簡述題類似 主要考查對巖石物理模型的理解 并有相應的計算1 由波動方程可知 速度與彈性模量M和 密度有關 簡述它們的基本關系 隨著 的增加速度V是增大還是減小 為什么 寫出 和V一個經典的實驗關系式 2 寫出電阻率指數I的定義 一般形式的表示式和各個參量的含意 并說明電阻率指數I的物理意義 答題要點 定義 表示含油巖石的電阻率Rt與該巖石完全充滿地層水時的電阻率Rw的比值 一般形式 式中Sw 含水飽和度 n飽和度指數 b 系數 飽和度指數n和系數b與巖性有關 不同地區地層的n和b值不同 可用實驗方法確定 物理意義 含油巖石的電阻率Rt相對于巖石完全充滿地層水時的電阻率R0的增大倍數 或稱為地層的電阻增大系數 與油水飽和度有關 3 如果巖石孔隙中的流體是氣 水混合體 怎樣估算此種流體的體積模量Kf 寫出公式 當含水飽和度為Sw時 其混合流體密度怎樣計算 第一章 巖石物理學的概念及發展概況 研究意義和應用方向 本課程的特點和安排 重點 1 什么叫巖石物理學研究巖石本身特性 孔隙度 密度 泥質含量 與其所表現的各種物理性質的關系及所產生機制的一門學科 2 簡述巖石物理學的研究中主要完成那幾方面的任務 觀測確定參數 尋找關系 提供解釋數據3 巖石物理學研究的兩個基本目的1 地球物理與地質規律間的解釋 2 地球物理新方法4 為什么巖石物理學的研究是在實驗室進行 實驗室的研究意義 野外數據的可行性 變量的單一性和高質量的數據 定量關系 5 巖石物理學研究中存在那些主要問題 復雜性 環境無法再現 尺度 第二章巖石的基本性質 1 礦物和現代礦物的概念 礦物形態 顆粒大小和種類觀測方法2 沉巖中常見的巖石和礦物3 頁巖和泥巖的定義和差別 粘土礦物許多有種類 代表性的有高嶺石 蒙脫石 伊利石等4 巖石結構或砂巖的結構5 巖石的均勻與非均介質性6 為什么巖石的物理性質與尺度有關7 孔隙壓與有效壓力8 巖石的骨架和基質9 流體的概念和特性10 巖石的孔隙和裂隙11 巖石孔隙結構模型和結構參數 孔徑 喉道 孔喉比 孔隙迂曲 曲折 度 孔隙配位數 孔隙縱橫比 孔隙縱橫比和孔隙迂曲度與彈性和電性有關 12 孔隙的結構模型 毛細管 球堆積 簡單立方和簡單六方球堆積模型的孔隙度13 孔 滲 飽的基本概念14 束縛水和自由水概念 束縛水在巖石中的狀態 第三章巖石的電磁學性質 1 為什么要進行巖石導電性的研究2 巖石導電性由那兩個因素決定 巖石的電性主要由誰決定 可分成那兩類 3 簡述巖石的電阻率及其影響因素 巖石電阻率主要取決于那些因素 4 沉積巖中那些巖石的電阻率高 那些巖石低 量級5 為什么說電阻率測井方法評價地層含油飽和度的物理基礎 6 阿爾奇公式 地層因子F的基本形式和物理意義 寫出各個參量的含意說明與孔隙度和孔隙幾何的關系7 寫出電阻率指數I的一般形式和各個參量的含意 并說明其物理意義和與飽和度的關系 8 簡述阿爾奇公式的優缺點9 阿爾奇參數 用什么方法得到10 含泥質砂巖的導電模型 W S模型 物理意義11 礦化度 溫度壓力 孔隙結構和潤濕性對巖石電阻的影響 12 電阻率大小與什么有關13 介電常數概念 巖石孔隙中各種流體的介電常數值 14 巖石介電常數與含水飽和度的關系15 毛細管模型中電阻率的計算 例題 寫出電阻率指數I的定義 一般形式的表示式和各個參量的含意 并說明電阻率指數I的物理意義 答題要點 定義 表示含油巖石的電阻率Rt與該巖石完全充滿地層水時的電阻率Rw的比值 一般形式 式中Sw 含水飽和度 n飽和度指數 b 系數 飽和度指數n和系數b與巖性有關 不同地區地層的n和b值不同 可用實驗方法確定 物理意義 含油巖石的電阻率Rt相對于巖石完全充滿地層水時的電阻率R0的增大倍數 或稱為地層的電阻增大系數 與油水飽和度有關 例題 在一塊體積為2的巖石標本中有體積為0 5的孔隙 設骨架的電阻率為10000 m 孔隙流體的電阻率是40 m 假設在水平層狀介質模型中沿垂直于層面的方向供電 求該巖石標本的電阻率 解 骨架電阻率和孔隙流體電阻率在垂直層面方向供電時相當于串聯模式 所以 r0 1 0 5 2 rm 0 5 2 rw 7510 m在一塊體積為2的巖石標本中有體積為0 2的孔隙 設骨架的電阻率是8200 m 孔隙流體的電阻率是30 m 假設在水平介質模型中沿平行于層面的方向供電 求該巖石標本的電阻率 解 骨架電阻率和孔隙流體電阻率在平行層面方向供電時相當于并聯模式 所以 r0 1 1 0 2 2 rm 0 2 2 rw 291 m 例題 一塊長方體形的巖石標本的長度是2 橫截面積是1 其內有一充滿流體且長度為3 5 體積為0 20的毛細管 毛細管的兩端位于標本橫截面內 設骨架的電阻率為無窮大 毛細管中流體的電阻率是30 m 求巖石的電阻率 解 據已知條件巖石電阻r0 R0L A0 rw Rwl Aw 當骨架電阻率無窮大 r0 rw 即R0L A0 Rwl Aw F R0 Rw l L A0 Aw R0 l L A0 Aw Rw 3 5 2 1 3 5 0 2 30 918 75 m 第四章巖石的彈性 1 彈性介質 連續介質2 應變的定義和概念 應變分量表示式3 線應變 角應變和體積應變 圖示和表示 4 各向同性介質的胡克 Hooke 定律的一般表示式 張量 分量展開 表示式5 E K 泊松比和用拉梅系數的定義 表示式的推導 幾種彈性常數定義和物理含義 6 彈性模量與速度的關系7 各向異性和非均質性的基本概念 橫向各向同性和正交各向異性介質的獨立彈性模量的個數 各向同性介質應力應變關系 稱體積膨脹系數 單位張量 Kronecker克羅內克爾符號 各分量展開式 正應力只與正應變有關 同樣剪切應力只與剪切應變有關 式中 楊氏模量 考慮軸線平行于X的各向同性圓柱體 棒 沿X軸加力 應力分量在桿軸方向X上不為零 11 0 側向無力 12 13 23 22 33 0 軸向和側向形變為 11 2 11 22 33 0 2 22 11 33 0 2 33 11 22 2 3 得 22 33可得 泊松比 Poisson sratio 定義泊松比為 22 11 在拉應力 或壓應力 作用下 伴有膨脹 或壓縮 的同時 在垂直應力方向產生壓縮 或膨脹 則定義橫向壓縮 或膨脹 與縱向伸長 或壓縮 之比 稱為泊松比 得 體積模量 定義體積模量K為靜壓力 0與體積膨脹率 成正比 方向相反K 0 其中 0 xx yy zz xx yy zz表示體積膨脹系數 體形變 則 第五章巖石中波的傳播和衰減 1 什么叫彈性波 體波 縱波和橫波 同類波和轉換波 2 橫波在什么樣的介質中傳播 為什么 3 有限大介質中的速度比三維介質的大或是小 速度大小與介質的彈性模量有關外 還與的什么有關 4 射線 各種波的振動模式和射線方向圖示方式 5 波阻抗和波的反射和透射和Snell定律 在什么條件下成立 7 用圖示 射線表示波傳播方向 雙箭頭表示波的類型 分別在幾種分界面上 固 空 液 空 液 固 固 固界面 畫出的波的入射與反射和透射波的關系 8 垂直入射時波的反射和透射系數 9 什么時候會發生波的極性反轉 10 地震 測井和超聲測試頻段的頻率范圍是多少 第六章 1 巖石物理模型 有效介質模型概念2 建立有效介質模型是至少需要知道巖石的幾種信息 3 為什么界限模型只能給出巖石彈性模型的上限和下限 在Voigt和Reuss模型中當巖石的孔隙形態變化 硬或軟 時 上下限怎樣變化 可作圖示意 4 Voigt模型 Reuss模型表示式 物理意義和圖示 如果知道了巖石成分和各成分的彈性模量 用 得到 5 V R H模型是什么 在什么時候使用 6 在Gassmann方程中巖石礦物的體積模量用什么模型得到 7 Wood方程的形式 在什么時候使用 應用實例 8 什么是Wyllie時間平均方程 寫出其表示式 它適用于那種巖石 9 用Gassmann方程估算飽和巖石的體積模量時 需要知道巖石的那幾個量 參數 10 巖石的骨架模量與干燥模量間有何不同 11 Biot理論與Gassmann方程的主要差別15 列出兩個巖石物理模型分別敘述通過測量巖石的電性 電阻率 和彈性 速度 獲得巖石的孔隙度 Wood方程應用實例一 在水飽和石英顆粒懸浮體 大氣壓力條件 石英 K石英 36GPa 石英 2 65g cm3 水 K水 2 2GPa 水 1 0g cm3孔隙度 0 4Reuss體積模量為 第七章 1 什么是巖石物理模型2 實驗測試的必要性 總結3 4點3 影響沉積巖石地震特性的因素可分三類 巖石特性 孔隙中的流體特性和巖石的沉積環境 4 影響地震速度因素的定性描述 圖示或描述5 簡述速度 密度變換式篂是要性 寫出Gardner公式并說明不同巖性的適用性 例外 6 孔隙度與速度的關系 對Wyllie時間平均方程進行那幾方面的修正 高孔隙度修正 7 為什么需要橫波速度 縱波速度與橫波速度的關系 泥巖線8 Vp Vs比值 與泊松比有關 可作為巖性指示標記 9 巖石的彈性模量隨有效壓的增加而增大 隨孔隙壓的增加而減小 10 在多孔流體飽和巖石中不考慮流體與固體的相互作用 用 方程可以較好估算出其彈性模量 考慮流體與固體的相互作用則需用 理論 名詞解釋 孔喉比孔隙迂曲 曲折 度 孔隙縱橫比束縛水彈性介質衰減系數離子導電巖石電子導電巖石橫向各向同性速度各向異性 相對 介電常數縱波 橫波 轉換波 折射波頻譜 透射定律senll定律體積模量 K E 拉梅系數 泊松比 巖石物理模型泥巖線波動射線波阻抗有效孔隙度有效壓力巖石物理模型動力學運動學 基本概念 在沉積巖中具有顯著的層理構造的泥質沉積巖稱為頁巖 反之稱為泥巖 在地下多孔巖層中 砂巖和碳酸鹽巖是其中兩類最好油氣儲存巖石 巖石中常見的礦物只有20幾種 其中又以長石 石英 輝石 閃石 云母 橄欖石 方解石 磁鐵礦和黏土礦物為多 膠結物在巖石中的分布狀況以及它們與碎屑顆粒的接觸關系稱為膠結類型 礦物與巖石的根本差別是不能用物理的方法把它分成在化學上互不相同的物質 在沉積巖中存在大量黏土礦物 也出現在變質的火成巖中 黏土礦物許多有種類 代表性的有高嶺石 蒙脫石 伊利石等 在巖石的幾種孔隙度定義中 絕對孔隙度比有效孔隙度大 流動孔隙度比有效孔隙 地溫梯度是指地溫隨著深度的變化特征 一般埋深增加100米地溫上升3 砂巖的結構組分包括顆粒和填隙物 填隙物中含有雜基和膠結物 孔隙配位數是指每個孔道所連通的喉道數 一般砂巖配位數介于2 15之間 束縛水一般存在于砂粒表面 砂粒接觸處角隅或微毛管孔中 對于相同的沉積巖 在埋藏深度大致相同時 年代較老的沉積巖的密度要大于時代較新的沉積巖的密度 基本概念 巖石中的流體是指什么的總稱 具有那些特征 對巖石孔隙度定義的有幾種 誰大誰小 地層巖石孔隙流體中那些電流導電 而誰不具導電性 巖石電阻率主要取決于巖性 孔隙度 流體飽和度 導電流體礦化度 泥質含量以及溫度等 巖石孔隙中流體的介電常數差別很大 石油不大于4 氣體為1 水的介電常數在20 時約80 巖石的電性由導電礦物的相對含量電子導電和巖石中所含的流體決定離子導電 巖石位于潛水面以上時 導電作用主要取決于巖石內的吸附水 在潛水面以下時 巖石的含水量主要取決于 束縛水 毛細管水 和 自由水 重力水 在沉積巖中一般認為砂巖的骨架是不導電的 主要是巖石孔隙中的水導電 地層水指巖石孔隙中所含有的礦化水 其中含有的什么對電性電阻率最敏感 基本概念 在一維固體介質中應力與應變成正比 稱其比例系數為楊氏模量 用字母E表示 在各向同性介質中常用拉梅系數 來表示介質的彈性模量 其中字母 即為介質的剪切模量 彈性介質中的應力是一個重要的力 它是作用于物體內部任何一個面上的力 起源于相鄰質點的反作用 在正交各向同性介質有9個獨立彈性常數 在立方系介質中只有3個彈性常數 橫向各向同性介質有5個彈性常數 彈性波在無窮大均勻固體介質中傳播時有兩種類型的波 一種是縱波 另一種為橫波 合稱體波 縱波的質點振動方向與波的 傳播 方向一致 傳播速度最快 橫波的質點振動方向與波傳播方向垂直 波的傳播速度比縱波慢 縱波可以在固體和流體中傳播 而橫波 只能在固體中傳播 當波從波阻抗大的介質入射到波阻抗小的介質時 其反射波的極性與入射波的極性相反 這種現象稱為 半波損失 在有限介質中波 其傳播速度除了介質彈性有關外 還與介質的形狀有關 波的傳播特性主要用波的振幅 波長 波數 周期 頻率 及速度等幾個參數來描述 在研究不同介質波的傳播規律中 波的傳播速度和能量衰減是兩個最重要的特征 地震 測井和超聲測試頻段的頻率范圍 基本概念 在計算巖石的彈性模型時 如果使用空間平均模型 用Voigt公式可給出巖石體積模量的上限 而用Reuss公式則給出巖石體積模量的下限 飽和多孔介質中縱波和橫波的速度隨孔隙度增大而