巖石粘彈性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究——衰減、波速頻散及加卸載響應(yīng)比.pdf

1、衰減、波速及其頻散和加卸載響應(yīng)比與巖石的粘彈性密切相關(guān)，本文從以上幾個(gè)參量研究巖石的粘彈性質(zhì)。
　　 關(guān)于衰減的研究很多，但通常比較籠統(tǒng)，沒(méi)有說(shuō)明或很少說(shuō)明在多大應(yīng)力振幅、應(yīng)力作用周期或初應(yīng)力水平下的衰減，側(cè)重于用同一種方法測(cè)不同的樣品，對(duì)同一塊樣品用不同方法測(cè)較寬頻率域上的衰減研究相對(duì)較少。本文研究針對(duì)這兩個(gè)方面定量地得出了應(yīng)力振幅、初應(yīng)力水平及應(yīng)力作用周期對(duì)衰減（Q-1）的影響，在此基礎(chǔ)上用蠕變實(shí)驗(yàn)對(duì)比了超聲波實(shí)驗(yàn)下的衰減，

2、聯(lián)合已有的0.1～1MHz下Q值近似常量的規(guī)律，就可以得到同一塊樣品在較寬應(yīng)力作用頻率域內(nèi)衰減隨頻率變化。
　　 為了找出衰減同初應(yīng)力水平、應(yīng)力振幅以及應(yīng)力作用周期之間的關(guān)系，對(duì)大慶油田砂巖，分別在4.4MPa、8.8MPa、13.2MPa的初應(yīng)力水平下（即振幅的基線(xiàn)），進(jìn)行了一系列地震學(xué)中感興趣的應(yīng)變范圍（10-6～10-3）內(nèi)的等振幅（2.65MPa）變周期（60s、120s、150s、300s、600s）、等周期（100s

3、）變振幅（0.85MPa、1.70MPa、2.65MPa、3.5MPa、4.35MPa）、三角波單軸壓縮試驗(yàn)，定量地找出了衰減與三者關(guān)系，并用線(xiàn)性粘彈理論、內(nèi)時(shí)理論、P-M模型給予了解釋?zhuān)靡延械膶?shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算了內(nèi)時(shí)理論模型參數(shù)α，用實(shí)驗(yàn)規(guī)律對(duì)未知應(yīng)力振幅和作用周期下衰減值進(jìn)行了預(yù)測(cè)并和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比，預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值符合很好。
　　 為了獲得長(zhǎng)周期下衰減，對(duì)大慶砂巖、郯廬斷裂帶合肥段紫蓬山干燥砂巖，在扣除應(yīng)力振幅對(duì)衰減影響的基

4、礎(chǔ)上，在不同初應(yīng)力水平下（8.8MPa、13.2MPa）
　　 進(jìn)行時(shí)間為1小時(shí)、2小時(shí)、4小時(shí)、12小時(shí)、1天、2天、3天的蠕變實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)衰減隨蠕變時(shí)間增大而增大，這與內(nèi)時(shí)理論中關(guān)于衰減隨應(yīng)變振幅增大而增大的結(jié)論也一致。并將用應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)法計(jì)算出長(zhǎng)時(shí)間大應(yīng)變量下的衰減對(duì)比了相同初應(yīng)力水平下超聲波頻率470KHz、700KHz 下測(cè)得的衰減，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示10-6～10-4Hz 下衰減要大于1MHz 下衰減，兩者相差最多可達(dá)200

5、％，除了不同方法對(duì)結(jié)果影響外還可能與頻率有關(guān)，這種規(guī)律性與標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)性體衰減-頻率理論推導(dǎo)一致。地下巖石長(zhǎng)時(shí)間處于一定應(yīng)力作用狀態(tài)因此蠕變作用下衰減比其他方法測(cè)得的結(jié)果更接近于地層條件下巖石衰減。波速測(cè)量的研究也很多，通常強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和規(guī)律性，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)結(jié)果造成的影響討論較少，不同的測(cè)量條件會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成偏差，即使同一塊樣品同一個(gè)人在不同的測(cè)量條件下獲取的波速值也可能不同，研究各種因素對(duì)波速影響對(duì)規(guī)范測(cè)量條件獲取準(zhǔn)確波速是必要的。

6、
　　 為了總結(jié)出測(cè)量條件對(duì)波速的影響，對(duì)上百塊不同尺寸、不同衰減、空氣干燥的樣品（砂巖、大理巖、花崗巖、鐵、鋁、有機(jī)玻璃）用不同頻率的換能器進(jìn)行了波速測(cè)量，定量地得出樣品長(zhǎng)度、換能器頻率、放大器倍數(shù)、耦合強(qiáng)度和耦合劑對(duì)波速的影響，揭示了尺寸和本征衰減對(duì)頻散的影響，其中關(guān)于穩(wěn)定波速所需的樣品長(zhǎng)度比現(xiàn)有推薦長(zhǎng)度要小，說(shuō)明推薦標(biāo)準(zhǔn)還有放寬可能。嘗試了頻散法測(cè)衰減得到了與頻譜振幅比法相一致的結(jié)果，修正了巖體完整性系數(shù)，降低了不同頻率完

7、整性系數(shù)平均差。
　　 加卸載響應(yīng)比理論對(duì)巖石破裂實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理已取得很好效果，但對(duì)蠕變破裂過(guò)程的響應(yīng)比的變化研究較少。為了從響應(yīng)比的角度來(lái)研究整個(gè)蠕變破裂過(guò)程，本文通過(guò)逐級(jí)加載的蠕變實(shí)驗(yàn)獲得了大理巖蠕變破裂全過(guò)程曲線(xiàn)，并進(jìn)行了分解，計(jì)算了蠕變破裂過(guò)程中楊氏模量，蠕變量，蠕變速率等參數(shù)的加卸載響應(yīng)比，討論了蠕變各階段響應(yīng)比的變化。發(fā)現(xiàn)與已有的孕震破裂過(guò)程中響應(yīng)比一致；楊氏模量隨應(yīng)力的響應(yīng)曲線(xiàn)異于典型本構(gòu)曲線(xiàn)，可能與巖石的弱化和穩(wěn)態(tài)