《岩石物理学》课程报告：岩石声学参数测量方法简介

岩石声学参数测量方法简介岩石声学参数测量方法简介岩石声学参数的实验室测量传播时间法共振法方法简单易实现高温高压高频测量（500KHz及以上）成本较低低频测量（1Hz-20KHz）岩心加工难度大难以实现储层温压环境成本高传播时间法传播时间法纵、横波探头:频率500kHz；函数发生器：脉冲幅度10V，重复频率范围80Hz～10kHz，带宽至少30MHz；数字存储示波器：带宽1Hz～250MHz，纵轴分辨率8比特，延迟范围1ns～10000s，触发器宽度至少1.75ns；游标卡尺：最小量度0.002cm。岩石声学参数测量方法简介（1）探头对接（零距离）测量波形的纵、横波分离提取及波至时间确定，记为T0P和T0S；（2）加载岩心样品时测量波形，提取幅度（记作A1）及纵、横波波至时间（记为TP和TS）；传播时间法（3）加载铝合金标准试件时测量波形，提取幅度（记作A2）；（4）纵、横波传播速度计算：（5）声衰减计算：式中：岩心样品和标准试件的长度岩心样品的纵波速度岩心样品的横波速度岩心样品的声衰减系数标准试件的声衰减系数？岩石声学参数测量方法简介传播时间法式中：泊松比

无量纲

切变模量

岩心样品的密度

弹性模量

拉梅系数

体积模量

岩心样品的纵波速度

岩心样品的横波速度

其他声学参数（结合密度）泊松比切变模量弹性模量拉梅系数体积模量岩石声学参数测量方法简介传播时间法样品与换能器之间必须耦合良好：凡士林或机械黄油，较大的轴向压力样品尺寸：信噪比：均值干扰和高频毛刺噪声误差来源：背景干扰、测量、数据处理岩石声学参数测量方法简介共振法共振法共振是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形，此特定频率称之为共振频率。有限长圆柱形共振腔，长度为L，内半径为a，腔内充满声速为c，密度为的单相流体介质，在柱状坐标系下结合边界条件求解共振腔的共振频率为（腔内无扰动体）：同轴圆柱共振腔模型式中：为方程的第n个解，是m阶柱贝塞尔函数。轴对称情况下，m=0.沿z轴方向传播的声波共振频率的最低模式为：l=0和n=0，即共振腔最低模式所对应的最低共振频率为：岩石声学参数测量方法简介共振法当共振腔中存在同轴刚性圆柱扰动体时，此小扰动体相当于共振腔内的一个小散射体。根据微扰理论,存在扰动体时共振腔的共振频率为：式中：

为空腔体的n阶本征波数所对应的共振频率；

为存在扰动体时腔体的n阶本征波数所对应的共振频率；

为空腔体中共振频率所对应的共振模；

为该模式波的速度谱分布；

为圆柱共振腔的体积；

为扰动体的体积

为归一化因子

和分别为扰动体的密度和纵波速度；

有关样品位置的参数都包含在和中。当实验系统其他参数固定并且已知时,知道小扰动体的声波速度就可求出腔体的共振频率，反过来,如果准确测量到腔体的共振频率,也可求得小扰动体的声波速度,据此可用来测量岩样的声波速度.这也是利用共振声谱法测量低频岩石声参数的最基本的原理,实际上我们可以利用更多的测量信息,如根据所测量到的共振声谱中的多个共振频率来联合反演岩石声参数（陈德华，2007）。

岩石声学参数测量方法简介共振法140mm140mm50mm压电陶瓷玻璃钢玻璃钢电荷放大器D功率放大器B锁相放大器A计算机E水听器（HarrisJM，2003）岩石声学参数测量方法简介共振法影响因素系统稳定性、样品位置、温度、气泡（HarrisJM，2003）（陈德华，2007）岩石声学参数测量方法简介共振法影响因素样品声学参数（HarrisJM，2005）(1)圆柱共振腔的共振频率随扰动体声速的增大而增大;(2)扰动体位于共振腔的中部时,扰动体的声速对共振腔共振频率的影响更大;(3)扰动体的声速对共振腔共振频率的影响随声速的变大而减小;(4)在扰动体沿共振腔轴线移动时,存在两处共振频率与共振腔的固有共振频率相等的位置;(5)当扰动体在共振腔内居中放置时,共振腔的共振频率值最大;在共振腔顶底面处共振腔的共振频率值最小。岩石声学参数测量方法简介共振法影响因素样品声学参数（HarrisJM，2005）(1)圆柱谐振腔的共振频率随扰动体密度的增大而变小;(2)扰动体位于谐振腔的两端时,扰动体的密度对谐振腔共振频率的影响更大;(3)随扰动体密度的增大,谐振腔共振频率之间的差距变小;(4)在扰动体沿谐振腔轴线移动时,存在两处共振频率与谐振腔的固有频率相等的位置;(5)当扰动体在谐振腔内居中放置时,谐振腔共振频率值最大;在谐振腔顶底面处共振频率值最小.岩石声学参数测量方法简介共振法影响因素共振腔介质声学参数（HarrisJM，2005）(1)圆柱共振腔的共振频率随介质声速的增大而增大;(2)当扰动体在共振腔内居中放置时,共振频率值最大,在共振腔顶底面处共振频率值最小;(3)与扰动体声速对共振频率影响不同的是,介质声速不仅影响到扰动体存在时的共振腔的共振频率,而且影响共振腔的固有频率。共振腔的固有频率随介质声速的增大而增大。岩石声学参数测量方法简介(1)圆柱共振腔两端处,圆柱共振腔的共振频率随介质密度的增大而增大;(2)扰动体位于共振腔的两端时,介质的密度对共振腔共振频率的影响更大;(3)介质的密度对共振腔共振频率的影响随密度的变大而增大;(4)当扰动体在共振腔内居中放置时,共振腔的共振频率值最大;在共振腔顶底面处共振频率值最小.共振法影响因素样品与共振腔的几何形状（HarrisJM，2005）岩石声学参数测量方法简介(1)圆柱共振腔的共振频率随扰动体高度的增大而增大;(2)扰动体位于共振腔的中部时,扰动体的高度对共振腔共振频率的影响更大;(3)在扰动体沿共振腔轴线移动时,存在两处共振频率与共振腔的固有频率相等的位置;(4)当扰动体在共振腔内居中放置时,共振腔的共振频率值最大;在共振腔顶底面处共振频率值最小.(1)在圆柱共振腔中部,圆柱共振腔的共振频率随扰动体半径的增大而增大.(2)扰动体位于共振腔的中部时,扰动体的半径对共振腔共振频率的影响更大.(3)在扰动体沿共振腔轴线移动时,存在两处共振频率与共振腔的固有频率相等的位置;虽然扰动体的半径不同,但在这两处位置共振腔的共振频率却是相同的.(4)当扰动体在共振腔内居中放置时,共振腔的共振频率值最大;在共振腔顶底面处共振频率值最小参考文献1.HarrisJM,丛健生,宋延杰,等.共振声谱法低频岩石声学参数测量的实验方案研究.测井技术,2003,27:177-1802.HarrisJM,徐德龙,王秀明,等.柱状扰动体引起圆柱谐振腔共振频率偏移的数值模拟.地球物理学报,2005,48:445-4513.陈德华,王秀明,丛健生,等.圆柱共振腔体内岩石小样品引起的共振声谱偏移的实验研究[J].中国科学,2007,37:636-6484.刘祝萍,吴小薇,楚泽涵.岩石声学参数测量分析系统.测井技术