含单组节理的双重非线性弹性岩石介质中的P波传播规律

为研究含单组节理的双重非线性弹性岩石介质中的P波传播规律,在空间域内设置许多间距极小、刚度极大的假节理。对特定节理位置赋予节理非线性变形BB模型,结合非线性波传播的特征线方程,得到一维P波传过含单组不同条数节理的双重非线性弹性岩石介质时透射波的时域半数值解。编写有限差分程序,利用已有计算实例对程序进行验证,并通过计算模拟作进一步参数研究。详细讨论P波参数、节理力学参数、节理条数、节理间距和岩石非线性系数对透射波首波与后续波波形、首波透射系数、首波与后续波能量的影响。研究结果表明,随着传播距离的增大,大振幅且低频的P波波形发生畸变;小振幅且低频的P波对岩石的非线性作用不敏感。节理间距和岩石非线性系数对首波透射系数、首波能量和后续波能量产生不同程度的影响。振幅较小、频率较高的P波传过条数较多的单组节理时,节理表现出明显的滤波和分解能量的作用。

粘弹性岩石凿力-凿深特性和能量传递研究

针对冲击钻进过程中粘弹性岩石力-凿深特性和能量传递问题进行了研究,得出了杆体活塞模型情况下的冲击凿深函数和力-凿深曲线,进一步分析了其能量传递过程和效率。结果表明,弹粘性岩石的力-凿深曲线受速度阻尼的影响,随着粘度增大,其初始力从0点逐渐抬高,最大凿深umax逐渐变小;由于岩石粘性耗能的原因,传递到岩石中的总能量ER加大,最大凿深减少,凿入效率降低。

弹性岩石层、区域重力异常和上地幔小尺度对流

在小尺度地幔对流模型的基础上 ,建立了顾及岩石层与地幔耦合的地幔对流模型。考虑到岩石层对上地幔小尺度对流的弹性响应 ,将上地幔视为一均匀的等粘滞系数的牛顿粘滞流体 ,其对流能量来源于下地幔 ,用热流体动力学基本方程得到的上地幔对流在壳幔边界处的垂向应力作为弹性板弯曲方程的垂直加载 ,来耦合弹性岩石层和可流动地幔。推导了两者耦合下区域重力异常和上地幔小尺度对流的相关方程 ,用以反演上地幔小尺度对流流场模式和岩石层底部拖曳力场格局。对比了有、无弹性岩石层影响的模型之间的差异 ,并对模型应用范围 ,特别是板块边界水平构造力可能产生的影响 ,作了进一步探讨。

弹性岩石圈俯冲变形问题的解析解

运用系统动力学原理建立了弹性岩石圈俯冲变形的数学问题，并获得了解析解，为系统地讨论此类问题提供了数学理论基础。

岩石圈弯曲的黏弹性松弛及其对确定弹性岩石圈厚度的影响

确定弹性岩石圈厚度在地球科学中具有重要意义。基于弹性板弯曲解析解结合岩石圈弯曲外缘隆起位置反演弹性岩石圈厚度的传统方法具有深远影响。利用变黏度可压缩黏弹性有限元模型定量研究岩石圈在表面垂向载荷作用下弯曲的黏弹性松弛问题。模拟结果显示,外缘隆起位置具有先向弯曲中心运动而后向弯曲外侧移动的特点,反向运动发生在载荷作用约9 Ma后。与基于松弛时间定义的弹性岩石圈厚度相比,基于弹性板弯曲解由外缘隆起位置约束弹性岩石圈厚度的方法仅在载荷作用后0.2~5.0 Ma的时间段内给出较为合理的结果。

高温高压条件下岩石弹性波速测量

详细介绍了本世纪６０年代以来高温高压条件下岩石弹性波速度测量的发展历史，重点介绍了高温高压条件下岩石弹性波速测量的基本原理和有代表性的三个研究小组（德国ＣｈｒｉｓｔｉａｎＡｌｂｒｅｃｈｔｓ大学Ｋｅｒｎ领导的研究小组，美国威斯康星大学Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ领导的研究小组，中国科学院地球化学研究所谢鸿森领导的研究小组）采用的实验方法，举例说明了高温高压条件下岩石弹性波速测量在推测深部地质过程和构筑区域岩石圈结构及物质组成模型方面的应用。

地应力与岩石弹性模量关系试验研究

在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体(如花岗岩),实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体(如沉积岩),实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差。

西北太平洋岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文引入滑动窗口导纳技术（MWAT）,计算西北太平洋岩石圈有效弹性厚度（Te）.首先,基于SIO V15.1海底地形模型,模拟研究了MWAT法计算Te的精度,表明当Te〈5km时,误差在±1km以内,当Te≥5km时,相对误差在10%以内.分别采用GEBCO、SIO V15.1和BAT_VGG海底地形模型,构建了西北太平洋Te,通过对获得的洋壳密度参数和实测导纳与模型导纳之差的均方根进行分析,结果表明,BAT_VGG模型更适用于Te计算.西北太平洋Te均值为13.2km,标准差为6.9km,以板块冷却模型为参考,主要分布在150℃～450℃等温线深度范围内.白垩纪和侏罗纪时期岩石圈Te分布在150℃～300℃等温线深度范围内,且未随海山加载时岩石圈年龄增大而增大,说明海山加载时岩石圈年龄不是影响其强度的唯一因素.南太平洋超级海隆活动,以及研究区域广泛存在的断裂带构造,都曾对本区域岩石圈演化产生过重要影响,可能是本地区岩石圈Te较小的构造原因.

巴颜喀拉地块东部及邻区重力均衡与岩石圈有效弹性厚度

基于SIO(Scripps Institute of Oceanography)最新全球重力和高程模型,计算了巴颜喀拉地块东部及邻区的布格重力异常、均衡重力异常、岩石圈有效弹性厚度及荷载比.结合大地热流、地震速度结构、地震活动和断裂构造分布等,分析了地壳均衡状态和岩石圈有效弹性厚度、地质构造单元间的差异及与地震活动的相关性特征.研究结果表明,该区域布格重力变化范围约为-500~0 mGal(1 mGal=10-5 m·s^-2,下同),在巴颜喀拉块体东部区域形成弧形重力梯度带,近年来的中强地震活动频发于该梯度带不同部位,应与其应力依次释放有关;均衡重力异常结果表明,其变化范围约为-80^+100 mGal,且大部分区域处于±20 mGal以内的被认为处于重力均衡的状态,重力非均衡(正或负)多出现于块体边界带附近,地震多发生在靠近块体边界的均衡重力异常(正或负,主要为正)区域内;巴颜喀拉地块东部及邻区岩石圈有效弹性厚度(Te)为10~65 km,不同构造单元之间Te空间分布差异明显,较低的T e值出现在龙门山构造带附近,T e值为20 km左右,岩石圈荷载加载比为0.5~0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.进一步分析表明,巴颜喀拉地块东部挤压增生与横向流动同时发生,是造成该区域地震发生与重力均衡异常高值重合、岩石圈有效弹性厚度和大地热流值较低的主要原因.本文获得的地壳均衡特征及岩石圈有效弹性强度结果,加深了对巴颜喀拉东部及邻区岩石圈构造演化过程的认识.

关于岩石圈有效弹性厚度的地质理解

简要回顾了岩石圈均衡理论的发展及岩石圈区域均衡和挠曲理论在岩石圈动力学研究中起的作用,阐述岩石圈有效弹性厚度(Te)的概念和特征。强调Te的研究是地质学和地球物理学的紧密结合,即通过岩石圈挠曲理论和区域均衡原理,对地形和重力资料进行谱分析计算,来获取岩石圈的物理性质信息。计算的Te(和相应的挠曲刚度)是岩石圈等效的强度,与爆破地震、地震层析成像和大地电磁测深等方法观测到的岩石圈和地壳厚度不同,它们之间只有通过岩石圈的屈服刚度包络面(YSE)才能比较。大洋和大陆岩石圈YSE的理论计算,表明Te值显著小于地震学的地壳和岩石圈厚度。尤其对于大陆岩石圈,地壳厚度、热年龄和应变率均可显著影响岩石圈的强度。本文还以滇西为实例介绍了对相干值曲线计算的新认识和当前岩石圈Te研究的最新趋势。

基于声波测井信息的岩石弹性力学参数研究

声波测并资料是油气田勘探开发中最基础和最重要的资料之一。根据声波测井信息对地层纵、横波的提取,结合密度测井资料,得到岩石弹性力学参数的计算公式,并据此编制了声波测井应用软件。通过对胜利油田某井的实例分析表明,利用声波测井资料可以方便可靠地确定岩石动态力学参数,这为岩石特性及地应力场的研究提供了一种可行的研究方法。并且,该方法节约了昂贵的弹性力学参数测试费用,具有明显的经济意义和实用价值。

岩石沉积学特征与岩石弹性参数的关系

岩石物理基础研究结果表明,岩石的弹性特征是由岩石内在的矿物成分及含量、孔隙和孔隙流体等物理参数所决定的,而这些物理参数又受岩石的沉积环境、沉积过程和后续成岩作用等因素控制。研究岩石的物理参数与其物性和弹性参数之间的关系,对利用地震弹性参数预测油气储层具有一定的指导意义。通过岩石物理分析技术,系统地分析某扇三角洲成因砂砾岩储层的岩性和孔隙流体等物理参数对岩石密度以及速度和模量等弹性参数的影响,结果表明,纵横波速度比、横波波阻抗、剪切模量和剪切模量与密度乘积等参数对砂砾岩与泥质岩比较敏感,可用于砂砾岩的分布预测;纵横波速度比、拉梅常数与密度乘积能够较好地区分含油和含水砂砾岩,可用于油层预测。进一步研究发现,当地层沉积序列由多沉积旋回细分至单个沉积旋回时,岩石孔隙度与纵波速度和纵波波阻抗的相关性呈现逐步变好的趋势,但它们之间并非简单的线性关系,且受泥质含量影响较明显。

关于岩石三阶弹性常数的超声测量方法

油气储层岩石的三阶弹性常数反映了该岩石的速度应力敏感性,是利用声波测井或地震资料进行原位地应力反演的基本参数。本文阐述了利用声弹性理论在实验室测量岩石三阶弹性常数的原理与方法,并给出了部分实验结果。这些参数将为研究声波在预应力声场中传播规律的提供基础数据,同时也为定量分析利用交叉偶极声波测井评价地应力的精度提供了依据。不同岩石的三阶弹性常数较大差异表明,通过速度各向异性进行应力反演时必须考虑岩石本身非线性的差异。

多相岩石弹性特征的试验研究及其在地层评价中的一些应用

岩石的性质不仅取决于构成岩石的固相和液相的特征，还与固－液两相的排列方式有关。将岩石视为多相体，从各组成相的弹性特征和组成相之间的相互作用来研究岩石的弹性特征。 （１）开展了多相岩石固相体积模量的试验测试。利用“不套封”压缩试验测试了砂岩、花岗岩和熔融氧化硅的固相体积模量。测试表明，砂岩的固相体积模量可在３８ＧＰａ左右发生较大变化，与岩石固相的组成成分和胶结物的构造位置等因素有关。 （２） 开展了岩石中流体弹性特征的试验研究。建立了流体ＰＶＴ和波速测试系统，在不同温度、压力下，对４１个原油样品（主要是含气原油）的密度、波速、压缩系数、热膨胀系数、体积模量以及它们之间的关系进行了试验研究。测试发现，原油的弹性特征取决于其组成成分（溶解油气比Ｒｓ、原油重度ＡＰＩ及气体重度γｇ）和热力学环境（温度Ｔ和压力Ｐ）。溶解气对原油弹性特征有很大影响，气体溶于原油将大大降低原油的密度、模量和波速，并使温度、压力对流体弹性特征的影响更加显著；在测试数据范围内，密度随压力线性增大，波速随压力呈现拟线性增大，温度的作用与压力相反；原油的静态（ＰＶＴ）与动态（波速）弹性参数间存在较强的相关关系，二者之间可以进行相互转换．通过回归分析，

东海—菲律宾海剖面岩石层有效弹性厚度计算及分析

采用均衡响应函数法分段计算了自东海至东马里亚纳海盆的剖面岩石层有效弹性厚度，并利用海沟洋侧海底地形按端载加压弹性板弯曲模式对琉球海沟和马里亚纳海沟洋侧块体的弹性厚度进行了计算和对比，结合测线经过地区的地震地壳测深结果等地质、地球物理研究成果对分段计算结果进行了分析．结果表明，由均衡响应函数计算曲线多个区段可估计出2个弹性厚度值．取值大的弹性厚度，在不同区段其数值较为接近，为20~25km，这种共性是现在热状态下海洋岩石层区域弹性特征的反映，值小的弹性厚度则是各区段内不同地质作用效果的个性反映．

岩石类材料拉伸弹性模量测量方法的对比研究

研究表明岩石材料在拉应力、压应力条件下具有不同的力学行为,因此,岩石材料存在两种弹性模量,分别为拉伸弹性模量和压缩弹性模量。为了甄别出直梁弯折试验和巴西劈裂试验哪一种更加适合测试岩石材料的拉伸弹性模量,以大理岩、花岗岩和砂岩为典型的岩石类型,开展了一系列的单轴压缩、直接拉伸、三点弯折和巴西劈裂试验,测试了岩石材料的拉伸弹性模量;并对测试结果的可靠性、准确性开展了系统的对比研究。最终发现,巴西劈裂试验因为较好的测量精度、制样简便、试验操作简单等因素,可以成为测量岩石材料拉伸弹性模量的推荐方法。

海洋岩石圈板块有效弹性厚度研究

本文在前人研究大陆岩石圈板块有效弹性厚度的基础上,建立研究海洋岩石圈板块有效弹性厚度的理论模型,推导出与大陆岩石圈不同的海洋岩石圈板块响应函数Z(k,Te)理论计算公式.并分析海洋岩石圈板块响应函数Z(k,Te)的特点.文中对实际的海洋测量数据的响应函数Z(k,Te)进行计算和分析,估算我国南海南沙海域和南海中央海盆岩石圈板块有效弹性厚度分别约为10km和6～7km.

含油岩石弹性特征及其与油气的关系

本文用准噶尔盆地东部油区58口井共2257块油气储层岩芯标本,在常温常压和模拟地下温度压力下对V_P/V_S及衰减系数进行了精确测量,结合密度、孔隙度及岩石学研究获得个同岩性地层含油、水、气不同流体的V_P/V_S比、泊松比及不同深度的速度校正曲线;用回归分析获得V_P-V_S,密度-速度,密度-孔隙度的相关关系式;用数学统计获得稠油地区岩芯砂岩的速度特征值;用AVO技术进行模型计算和实例验证.为油气碳氢检测,测井速度标定,声阻抗及演,模型正演等提供了有价值的数据.

华南陆块岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

华南陆块受多阶段超大陆聚合、裂解,碰撞、陆内造山,及伸展等作用影响,造成其深部结构和构造极其复杂。岩石圈有效弹性厚度(Te)是表征地质时间尺度上岩石圈力学强度的定量指标,可为深入认识岩石圈力学结构及演化提供有效约束。本文基于导纳和相关函数联合方法对地壳布格重力异常和地形数据进行计算,获得华南陆块Te的空间分布。Te高值(>20 km)区域主要分布于扬子地块的四川盆地周边区域,而Te低值(<20 km)区域集中于华夏地块和江南造山带区域。由于Te分布特征与地热场、地震关系密切。通过分析研究区Te与地热场(地表热流、居里面深度)、地震之间的关系,本文得到如下认识:(1)Te与地热场参数具有较好的相关性,但受浅部地壳被破坏,深部仍为克拉通地壳影响,导致龙门山断裂带和江南造山带区域的Te与地表热流或居里面深度之间的部分对应关系相反。(2)Te与地震关系复杂,Te较薄区域并不代表着地震频发区域,地震活动性与其所处的深部环境相关。龙门山断裂带强震频发的原因是受周边两块体中上地壳刚性地层长期相互作用,致使应力和能量积累较强;华夏地块区域地震较少是因为深部热物质上涌对华夏地块的壳幔进行强烈改造,且地壳中存在横向不均匀分布的软弱地层对应力吸收,造成能量和应力不易积累;扬子地块的岩石圈力学强度较强是该区较少发生地震的重要原因。

西太平洋岩石圈有效弹性厚度的空间分布与控制因素

西太平洋地区板块间相互作用强烈,热演化和构造演化过程复杂.为了揭示构造相互作用对岩石圈强度的影响,本文使用自由空气重力异常模型WGM2012和地形模型ETOPO1,基于小波变换的导纳法计算得到了该地区的岩石圈有效弹性厚度(Te).西太平洋区域的Te主要分布在5~85 km之间,南海等张裂环境地区Te普遍小于20 km,俯冲带附近Te一般大于80 km,与俯冲板片年龄呈正相关.参照平板冷却模型,弹性岩石圈底界面主要分布在200~500℃等温面之间,随洋壳年龄增大逐渐趋于平稳,热点及年轻洋壳部分地区弹性岩石圈底界面处于200℃等温面之上.西太平洋海山与年轻海盆等区域Te与居里点深度一般呈正相关,与地表热流一般呈负相关,但由于强烈的构造运动、热液循环、岩浆活动、地幔流变性等因素的影响,整体Te与居里点深度和地表热流所反映的岩石圈热结构相关性不高.