鄧?yán)^新, 王歡, 周浩, 劉忠華, 宋連藤, 王緒本
1 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)), 成都 610059 2 成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院地球物理系, 成都 610059 3 中石油勘探開發(fā)研究院測井與遙感所, 北京 102249
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龍馬溪組頁巖微觀結(jié)構(gòu)、地震巖石物理特征與建模
鄧?yán)^新1, 2, 王歡2, 周浩2, 劉忠華3, 宋連藤3, 王緒本2
1 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)), 成都 610059 2 成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院地球物理系, 成都 610059 3 中石油勘探開發(fā)研究院測井與遙感所, 北京 102249
龍馬溪組頁巖是目前國內(nèi)頁巖氣勘探的主要層位之一. 由于巖石物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有區(qū)域性, 龍馬溪組頁巖的巖石特征與其地震彈性性質(zhì)的響應(yīng)規(guī)律需要開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和理論研究工作予以明確. 本研究基于系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)觀察(掃描電鏡和CT成像技術(shù))和巖石物理實(shí)驗(yàn)來分析龍馬溪組頁巖樣品地震彈性性質(zhì)的變化規(guī)律, 并依據(jù)微觀結(jié)構(gòu)特征建立相應(yīng)的地震巖石物理表征模型. 研究結(jié)果表明, 石英含量對龍馬溪組頁巖的孔隙度以及有機(jī)碳(TOC)含量具有一定的控制作用, TOC和黃鐵礦主要賦存于孔隙中; 巖石骨架組成亦受控于石英或粘土含量,在石英含量大于40%(對應(yīng)粘土含量小于30%)時(shí), 以石英、粘土共同作為巖石骨架, 而粘土含量大于30%時(shí), 則以粘土作為巖石的骨架. 因此, 巖石骨架組成礦物、TOC含量、孔隙度共同制約龍馬溪組頁巖的地震彈性性質(zhì), 富有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)層巖石通常表現(xiàn)出低泊松比、低阻抗和低楊氏模量的特征,但由于支撐礦物的轉(zhuǎn)換, 某些富有機(jī)質(zhì)頁巖亦可表現(xiàn)為高阻抗特征. 粘土礦物的定向排列仍然是造成頁巖樣品表現(xiàn)出各向異性的主要原因, 各向異性參數(shù)與粘土含量具有指數(shù)關(guān)系. 基于龍馬溪組頁巖的巖性特征及微觀結(jié)構(gòu)特征, 可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效組合較為準(zhǔn)確地建立龍馬溪組頁巖的地震巖石物理模型, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和測井?dāng)?shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性.研究結(jié)果可為龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層的測井解釋和地震“甜點(diǎn)”預(yù)測提供依據(jù).
龍馬溪組頁巖; 微觀結(jié)構(gòu); 巖石物理特征; 巖石物理模型
隨著能源需求的急劇增加, 頁巖氣作為一種非常規(guī)含氣系統(tǒng)在我國逐步受到關(guān)注.尤其是近年來, 隨著四川盆地及其周緣頁巖氣勘探開發(fā)的不斷深入, 盆地內(nèi)下奧陶系和上志留系的五峰—龍馬溪組黑色頁巖因?yàn)槠浔旧淼母挥袡C(jī)質(zhì)、埋藏深度適中和有機(jī)質(zhì)演化程度高, 逐漸成為了國內(nèi)勘探突破的首選區(qū)域. 中石油在四川威遠(yuǎn)—長寧區(qū)塊、中石化在涪陵礁石壩地區(qū)均在該層位取得頁巖氣勘探、開發(fā)的突破(賈承造等,2012;馬永生等,2012).
在頁巖氣勘探中, 以地震技術(shù)為主體的氣藏描述技術(shù)是頁巖氣儲(chǔ)層識(shí)別與評(píng)價(jià)的核心(劉振武等,2011;李霞等,2013).如在勘探階段利用地震資料確定頁巖儲(chǔ)層形態(tài)(埋深、厚度以及構(gòu)造形態(tài)), 進(jìn)而利用反演技術(shù)確定儲(chǔ)層有利區(qū)(有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度等); 在開發(fā)階段利用地震技術(shù)確定儲(chǔ)層各向異性特征、地震彈性特征、脆性特征等為水平井的部署、井身設(shè)計(jì)以及壓裂改造提供依據(jù). 而頁巖的地震巖石物理特征正是利用地震屬性求取頁巖儲(chǔ)層物性特征(有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度等)以及力學(xué)特征(脆性)的直接橋梁. 以美國為代表,國外在頁巖氣勘探方面起步較早, 對主要頁巖儲(chǔ)層的巖石物理特征研究也較為系統(tǒng). 在頁巖實(shí)驗(yàn)與理論建模方面做了很多工作. Vernik和Nur(1992),Vernik和Liu(1997)利用實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果給出了干燥條件下Bakken頁巖的彈性各向異性特點(diǎn), 分析了有機(jī)質(zhì)含量、成熟度對巖石速度特征與各向異性特征的影響, 并指出頁巖的各向異性決定于礦物的優(yōu)選方向及平行于層理的裂縫.Sondergeld等(2000),Sondergeld和Rai(2011)對Kimmeridge頁巖的聲學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究, 認(rèn)為頁巖各向異性隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加而變大, 有機(jī)質(zhì)含量的增加會(huì)導(dǎo)致密度的減小進(jìn)而產(chǎn)生與壓實(shí)作用相反的效應(yīng), 并指出弱各向異性的假設(shè)不能用于頁巖的地震模擬中.鄧?yán)^新等(2004), Deng等(2009)在實(shí)驗(yàn)室超聲波頻率下對層理發(fā)育的頁巖和泥巖的各向異性進(jìn)行了研究, 給出了在干燥和油飽和條件下, 樣品不同方向上縱、橫波速度以及各向異性參數(shù)隨壓力的變化規(guī)律, 探討了圍壓和孔隙流體對泥巖、頁巖各向異性的影響. Hornby等(1994)將自洽模型與微分等效模型相結(jié)合對Kimmeridge頁巖的地震彈性性質(zhì)進(jìn)行了模型表征, 該模型中將粘土作為支撐巖石的連續(xù)骨架, 而其他礦物如石英、長石、黃鐵礦等看作分散于粘土中的孤立夾雜體. Carcione等(2011)利用Backus平均計(jì)算頁巖中粘土顆粒定向?qū)ζ涞卣饛椥孕再|(zhì)及各向異性的影響. Guo等(2013)在自洽模型和微分等效介質(zhì)模型的基礎(chǔ)上, 給出富有機(jī)質(zhì)頁巖的地震巖石物理模型, 并藉此討論孔隙形狀、礦物組分變化對頁巖彈性性質(zhì)的影響.
頁巖的地震彈性性質(zhì)受巖石自身的結(jié)構(gòu)特征所控制, 從微觀尺度準(zhǔn)確給出頁巖巖石的結(jié)構(gòu)特征(包括主要組成礦物空間分布和巖石骨架的關(guān)系、有機(jī)質(zhì)空間分布特征、孔隙結(jié)構(gòu)特征)是分析其地震彈性性質(zhì)及其影響因素的關(guān)鍵, 也是建立表征頁巖地震彈性性質(zhì)的巖石物理模型關(guān)鍵所在.由于不同儲(chǔ)層巖石在沉積歷史和環(huán)境(應(yīng)力場變化、礦物成分等)等多個(gè)方面存在差異, 造成針對特定儲(chǔ)層的巖石物理實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果也具有區(qū)域性而不能隨意外推, 而對國內(nèi)頁巖氣勘探的主要層位龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層巖石的相關(guān)研究仍較為缺乏, 因此, 需要對龍馬溪組頁巖的基本地震巖石物理特征進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究.本文主要利用龍馬溪組頁巖系統(tǒng)的聲學(xué)測量結(jié)果, 分析其基本地震巖石物理特征,然后通過巖石微觀結(jié)構(gòu)的刻畫建立與之相應(yīng)的地震巖石物理模型.
2.1 頁巖樣品巖石學(xué)特征
研究工作主要圍繞貴州習(xí)水(XS)、重慶黔江(QJ)和四川長寧(CN)三個(gè)典型剖面的頁巖展開, 三個(gè)剖面都位于四川盆地東南緣.巖性自下而上依次為泥灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖、黑色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾粉砂巖條;總體上表現(xiàn)為顆粒變粗、顏色變淺以及總有機(jī)碳(TOC)含量逐漸減少的特征, 亦表明沉積水體逐漸變淺.所取樣品以含TOC較高的中下部頁巖氣儲(chǔ)層樣品為主, 少量樣品位于剖面上部作為對比.
三個(gè)剖面29個(gè)頁巖樣品的X射線衍射全巖分析結(jié)果見表1. 礦物組分X射線衍射分析表明, 其礦物組成縱向變化大, 自下而上總體表現(xiàn)為碳酸鹽由高→低→高、硅質(zhì)由低→高→低以及粘土礦物由低→高的變化趨勢. 巖性和礦物組成變化特征顯示, 龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層縱向上非均質(zhì)性較強(qiáng).黔江剖面總有機(jī)碳含量(TOC)中等(0.58%~3.50%), 脆性礦物(石英、長石、黃鐵礦、碳酸鈣)含量平均為75.4%, 粘土礦物含量平均為23.6%, 鏡質(zhì)體反射率(Ro)在2.5%~3.2%之間.長寧剖面TOC含量中等(1.24%~4.63%), 脆性礦物(石英、長石、黃鐵礦、碳酸鈣)含量平均為81.15%, 粘土礦物含量平均為23.63%,Ro在2.5%~3.2%之間. 習(xí)水剖面TOC含量中等(0.37%~5.34%),脆性礦物(石英、長石、黃鐵礦、碳酸鈣)含量平均為65.74%, 粘土礦物含量平均為33.6%,Ro在2.5%~3.2%之間. 粘土礦物以伊利石為主, 伊蒙混層中非膨脹型伊利石含量大于80%, 有序的混層粘土代替了無序的混層粘土, 表明龍馬溪組頁巖已進(jìn)入晚成巖階段. 在頁巖樣品的礦物組分三角圖解中(圖1),可以看出龍馬溪組主要屬于富“砂”型頁巖氣儲(chǔ)層.
作為對比, 美國沃斯堡盆地Barnett 頁巖(Guo et al.,2013)與龍馬溪組頁巖都相對富集脆性礦物, 但龍馬溪組含量變化較大. 龍馬溪組泥頁巖中脆性礦物含量較Barnett 頁巖低, 粘土礦物含量相對較高.Barnett 頁巖中脆性礦物以生物成因和成巖成因?yàn)橹? 而龍馬溪組脆性礦物卻以陸源石英、長石為主. 因此, Barnett 頁巖與龍馬溪組兩者的巖相學(xué)特征雖然較相似, 但巖石礦物成分和巖性特征具有一定的差異性.
2.2 頁巖樣品微觀結(jié)構(gòu)特征
龍馬溪組頁巖的巖石結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜, 表現(xiàn)在巖石骨架的構(gòu)成顆粒、孔隙類型、有機(jī)質(zhì)分布特征等方面存在明顯的差異.龍馬溪組巖性十分致密, 平均孔隙度不及5%, 而所采露頭樣品部分孔隙度較高可能與其暴露地表受到淋濾作用有關(guān). 根據(jù)掃描電鏡與背散射電鏡觀察結(jié)果(圖2),頁巖儲(chǔ)層孔隙類型主要包括原生孔隙、次生孔隙和裂隙. 原生孔隙主要為石英、莓狀黃鐵礦、碳酸鹽等脆性礦物顆粒間微孔(圖2a—2d均有表現(xiàn)),以及粘土礦物顆粒之間的原生粒間微孔, 與致密砂巖、常規(guī)砂巖顆粒之間的原生孔隙一致, 只是孔徑遠(yuǎn)小于后者. 次生孔隙是頁巖中有機(jī)質(zhì)生烴(圖2c—2d)、粘土礦物脫水、伊利石化和長石等不穩(wěn)定礦物溶蝕作用形成的微小孔洞和微裂隙(圖2d),縫寬一般在50~300 nm之間, 部分長石等的溶蝕孔隙直徑可達(dá)2~10 μm, 這些次生孔隙有效地改善了泥頁巖的儲(chǔ)集物性. 總體上看, 有機(jī)質(zhì)微孔隙和脆性礦物原生粒間孔隙是儲(chǔ)層巖石孔隙的主要貢獻(xiàn)者. TOC主要分布于原生粒間孔隙中(圖2c—2d),孔隙的形態(tài)決定了TOC的形態(tài), 造成TOC主要呈斑塊狀分布, 而且不作為支撐巖石的連續(xù)骨架, 即不承擔(dān)作用力, 也不影響巖石的各向異性特征, 這種特征與美國未成熟的Williston盆地Bakken頁巖(Vernik and Nur,1992)有明顯差異(該頁巖中TOC呈近似平行層理的條帶狀分布). 巖石樣品中黃鐵礦呈草莓狀集合體產(chǎn)出(圖2d),直徑可達(dá)2 μm, 由多個(gè)緊密堆積的黃鐵礦晶體顆粒構(gòu)成, 黃鐵礦顆粒亦主要分布在孔隙中, 同樣不作為巖石骨架部分而承擔(dān)作用力. TOC與黃鐵礦顆粒的分布特征反映頁巖樣品的過成熟結(jié)構(gòu)特征.
圖1 貴州習(xí)水(XS)、重慶黔江(QJ)和四川長寧(CN)頁巖樣品礦物組分三角圖Fig.1 Ternary plot of the sample mineral composition in the Xishui (XS), Qianjiang (QJ) and Changning (CN) sections
樣號(hào)礦物組分X-ray全巖分析(%)石膏文石長石碳酸鈣白云石石英黃鐵礦粘土TOCRo?CN1CN2CN3CN4CN5CN6CN7CN8CN9CN10XS1XS2XS3XS5XS6XS7XS8XS9XS10XS11XS12XS13XS14QJ1QJ2QJ3QJ4QJ5QJ6QJ7QJ8—0.41.1——0.4———1.15.70.80.62.11.20.60.50.60.40.40.60.91.00.3——1.32.73.30.90.6——————————2.02.1——3.23.51.61.22.51.21.9—1.92.21.92.62.8—0.41.62.79.06.17.91.32.22.53.41.64.23.35.93.25.37.912.87.03.815.67.002.98.36.07.52.38.923.119.621.319.714.312.99.727.67.914.413.220.816.425.918.915.04.26.29.13.96.19.430.95.60.534.30.21.31.40.28.43.90.25.53.64.47.28.515.816.911.611.412.411.015.09.810.34.326.62.525.85.50.31.63.00.45.50.00.10.00.52.00.70.00.05.85.11.331.229.641.961.254.423.955.245.558.359.942.238.349.427.835.434.124.335.444.320.940.037.843.468.547.743.551.037.639.843.846.40.92.93.11.11.01.32.23.12.31.02.71.73.82.82.00.30.71.20.31.10.92.00.51.73.51.70.61.80.31.23.440.717.621.310.417.838.711.88.96.59.433.021.129.329.733.844.836.637.444.633.748.151.944.324.327.624.524.531.527.128.825.51.241.852.563.573.420.753.903.823.964.015.302.774.211.101.280.940.371.445.340.330.210.160.163.763.442.253.061.141.401.563.503.123.34————3.023.213.032.772.782.802.832.752.712.672.902.732.342.092.403.264.922.552.902.793.772.703.662.562.77
注:Ro*為頁巖樣品鏡質(zhì)體反射率.
為了更精細(xì)地描述巖石樣品的微觀孔隙結(jié)構(gòu), 在加工CN9樣品剩余的部分上任意鉆取了一個(gè)直徑2 mm的巖芯, 標(biāo)記為CN9-1. 通過納米CT對干燥的CN9-1樣品進(jìn)行掃描, 圖3a展示了該樣品的3D孔隙結(jié)構(gòu), 其大小為20000 nm×20000 nm×20000 nm. 圖3a顯示出樣品中的孔隙主要呈孤立分布, 連通性較差, 且孔徑也存在較大差異, 依據(jù)3D圖像的統(tǒng)計(jì)結(jié)果, 直徑小于2 μm的孔隙占總孔隙個(gè)數(shù)的90%以上; 從該3D圖像中亦可以看出, 孔隙以近似球形或者長橢球形為主, 具有較高的孔隙縱橫比, 統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明孔隙縱橫比主要分布在0.1~0.2之間(約占總孔隙的70%), 該特征與巖石樣品中孔隙主要為有機(jī)質(zhì)微孔隙和脆性礦物原生粒間孔隙相一致.圖3b給出TOC的空間分布特征,TOC在空間上呈隨機(jī)的團(tuán)塊狀分布, 無明顯的定向性, 團(tuán)塊大小與孔隙大小近于一致, 反映孔隙充填特征.
3.1 實(shí)驗(yàn)樣品制備與測量
頁巖氣儲(chǔ)層巖石孔隙流體特征及其賦存狀態(tài)相對于常規(guī)儲(chǔ)層巖石更為復(fù)雜而無統(tǒng)一認(rèn)識(shí), 本文主要討論巖石樣品飽氣條件下的聲學(xué)特征. 首先將樣品置于溫度為70 ℃的烘箱中均勻烘干48 h以使樣品達(dá)到“相對”干燥條件(樣品中僅含結(jié)晶水與粘土約束水),然后烘干后的樣品在潮濕空氣露天放置24 h以上得到約含有2%~3%水分的“干燥”樣品以消除粘土礦物脫水對巖石骨架的破壞作用. 由于頁巖氣儲(chǔ)層巖石低孔、低滲特征,常規(guī)孔隙度、滲透率測量方法較難得到準(zhǔn)確結(jié)果. 在利用XRD得到礦物組分及其含量的條件下, 可進(jìn)一步計(jì)算得到巖石等效顆粒密度,在得到巖石干燥密度后, 可較為準(zhǔn)確地計(jì)算出巖石樣品的孔隙度(總孔隙度).為準(zhǔn)確測量巖石樣品的各向異性特征, 需將所研究的樣品分別沿平行層理方向(垂直于對稱軸)、垂直于層理方向(平行對稱軸)、與對稱軸呈一定角度(通常大于30°,這里為45°)的三個(gè)不同方向切制成圓柱狀(Vernik and Nur,1992;鄧?yán)^新等,2004). 所有樣品直徑均為25.4 mm, 高在40~55 mm間不等, 兩端面磨平拋光斜度小于0.05 mm.
本研究利用超聲波脈沖穿透法測定樣品速度. 實(shí)驗(yàn)裝置配套縱波PZT換能器的主頻為800 kHz, 橫波主頻為350 kHz. 實(shí)驗(yàn)中, 壓力從2 MPa開始加至70 MPa, 在10 MPa前每隔2 MPa測量一次,隨后每5 MPa測量一次, 壓力點(diǎn)測量間隔15 min以保證圍壓在樣品中平衡, 壓力偏差小于0.3%. 根據(jù)振動(dòng)方向、傳播方向以及巖石樣品層理三者之間的關(guān)系, 可以在三個(gè)不同方向的樣品上得到九個(gè)速度(Vernik and Nur,1992;鄧?yán)^新等,2004). 平行對稱軸(垂直于層理與對稱軸呈0°角)傳播的VP-0°、VSV-0°(層理面內(nèi)且振動(dòng)方向垂直于對稱軸)、VSH-0°(振動(dòng)方向在層理面內(nèi), 并與VSV-0°振動(dòng)方向垂直); 平行層理(平行于層理與對稱軸呈90°角)方向傳播的VP-90°、VSV-90°(振動(dòng)方向同時(shí)垂直于層理)、VSH-90°(振動(dòng)方向在層理面內(nèi)且垂直于對稱軸); 與對稱軸成45°角傳播的VP-45°(振動(dòng)方向與傳播方向一致)、VSV-45°(振動(dòng)方向水平)、VSH-45°(振動(dòng)方向與VSV-45°垂直).縱波速度測量相對誤差的量級(jí)約為1%, 橫波約為2%.
圖3 CN9-1頁巖樣品中孔隙(a)與有機(jī)質(zhì)(b)的微觀3D分布特征, 3D體大小為20000 nm×20000 nm×20000 nm圖(a)中形同顏色代表連通的孔隙或裂縫.Fig.3 Microscopic 3D distribution of pore (a) and organic matter (b) of CN9-1 gas shale sample,the size of the volume is 20000 nm×20000 nm×20000 nmFig. (a) in the same color on behalf of the interconnected pores or fracture.
圖4 QJ6樣品在不同方向上的縱波速度(a)與橫波速度(b)隨圍壓變化Fig.4 P-wave velocities (a) and S-wave velocities (b) for selected propagation directions as a function of effective pressure for QJ6
3.2 巖石物理規(guī)律
圖4給出QJ6頁巖樣品(重慶黔江)在不同極化方向和傳播方向下的縱、橫波速度隨壓力的變化, 該樣品代表具有明顯各向異性頁巖樣品的普遍速度關(guān)系. 圖中可以看出, 不同壓力橫波速度VSV-0°、VSH-0°、VSV-90°相差很小, 即存在VSV-0°≈VSH-0°≈VSV-90°.其實(shí), 所有29個(gè)頁巖樣品的上述三個(gè)橫波速度差異均較小, 最大不超過2%. 考慮到樣品制備過程中會(huì)造成沿不同方向切制的樣品之間存在一定的差異, 以及速度讀取的誤差, 可以認(rèn)為上述三個(gè)橫波(VSV-0°、VSH-0°、VSV-90°)的速度是近似相等的. 在相同的壓力下, 所有頁巖樣品縱波速度均表現(xiàn)出相同的變化關(guān)系(以QJ6樣品為代表):VP-90°>VP-45°>VP-0°. 橫波速度關(guān)系較為復(fù)雜, 大部分樣品存在關(guān)系(以QJ6頁巖樣品為代表):VSH-90°>(VSV-45°、VSH-45°)>(VSV-0°、VSH-0°、VSV-90°), 而橫波VSV-45°與VSH-45°之間速度大小無一定的規(guī)律; 少量樣品在低圍壓下表現(xiàn)出VSV-0°>VSH-90°特征. 依據(jù)速度關(guān)系, 可將所研究頁巖樣品的彈性性質(zhì)看作是橫向各向同性的, 即VTI介質(zhì). 利用速度與密度測量結(jié)果可進(jìn)一步計(jì)算表征VTI介質(zhì)的五個(gè)獨(dú)立彈性剛度系數(shù)(C11,C33,C44,C66與C13)(Johnston and Christensen,1995). 需要說明的是對于少量不完全滿足VTI介質(zhì)的頁巖樣品為便于比較仍用相同的方法計(jì)算上述五個(gè)剛度系數(shù)以代表其等效彈性性質(zhì). 進(jìn)一步, 可以計(jì)算得到各向異性參數(shù)(Thomsen,1986).
圖5a給出頁巖樣品中孔隙度隨TOC的變化關(guān)系, 兩者呈現(xiàn)出較為明顯的正相關(guān)關(guān)系, 也說明龍馬溪組頁巖中有機(jī)質(zhì)微孔(圖2c—2d)是重要的孔隙類型之一. 隨著TOC含量的增加, 更多的有機(jī)質(zhì)孔隙會(huì)在生烴過程中形成, 尤其是對于過成熟的龍馬溪組頁巖; 同時(shí), 更高的TOC含量也意味著更高的石英含量(圖5b), 而石英含量的增加會(huì)增強(qiáng)巖石的剛度, 從而抵消壓實(shí)作用對于孔隙減少的影響, 不但使更多的有機(jī)質(zhì)孔隙得以保存, 同時(shí)也使更多的粒間原生孔隙得以保存. 圖5c為50 MPa的圍壓下頁巖樣品中石英含量對于垂直層理傳播縱波阻抗的影響. 可以看出, 縱波阻抗隨石英含量的增加呈近似的“V”型趨勢, 即縱波阻抗先隨石英含量的增加而減少直到某一特征石英含量, 隨后縱波阻抗又隨石英含量的增大而增大, 該阻抗(速度)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在石英含量大于40%處. 橫波阻抗亦具有相同的特征. 縱波阻抗(速度)隨石英含量變化方式表明, 在石英含量小于40%時(shí)(對應(yīng)粘土含量大于30%), 彈性性質(zhì)較“軟”的粘土顆粒作為巖石的骨架, 此時(shí)石英含量越高則表明巖石中TOC的含量及孔隙度含量越高(圖5a—5b), 孔隙度和TOC對速度的降低作用造成巖石表現(xiàn)出速度及阻抗隨石英含量的增加而降低的趨勢; 而當(dāng)石英含量大于40%(粘土含量小于30%)時(shí), 雖然更多的石英含量同樣表明更大的孔隙度, 但此時(shí)石英含量的增加會(huì)造成巖石的骨架逐漸演變?yōu)閺椥孕再|(zhì)較“硬”石英顆粒為主, 而造成速度或阻抗的增加. 圖5d為頁巖中石英含量對于縱橫波波速比的影響, 可以看出縱、橫波波速比隨著石英含量的增加而減小(隨著粘土含量的增加而增加), 而且這種趨勢在同一剖面的樣品中更為顯著. 速度比的變化則反映組成巖石礦物組分的變化以及孔隙度的變化對巖石彈性性質(zhì)的差異性影響, 如石英顆粒的速度比小于粘土顆粒, 石英含量的增加會(huì)使巖石的縱、橫波速度比降低; 石英含量的增加同時(shí)會(huì)造成巖石樣品的孔隙度增大, 而孔隙的增加也會(huì)使縱波速度降低的更為明顯而造成縱、橫波速度比的降低. 因此, 頁巖樣品的縱、橫波速度比會(huì)隨石英含量的增加而減小. 綜上所述, 高TOC含量的龍馬溪組頁巖會(huì)表現(xiàn)出相對較高的石英含量(50%左右)、低縱波阻抗(縱波速度)和低縱、橫波速度比的特征, 也不排除部分高TOC頁巖(石英含量大于55%)具有高縱波阻抗和低速度比的特征.
圖5 龍馬溪組頁巖樣品物性特征與巖石物理特征(a)孔隙度與TOC關(guān)系; (b) TOC與石英含量關(guān)系; (c)石英含量對縱波阻抗的影響; (d)石英含量對縱、橫波速度比的影響.Fig.5 Reservoir properties and rock physical properties of gas shale samples(a) TOC versus porosity; (b) TOC versus quartz content; (c) P-wave impedance versus quartz content;(d) The ratio of P- and S-wave velocity versus quartz content.
圖6 龍馬溪組頁巖樣品縱波速度變化特征與各向異性特征(a) 不同粘土含量樣品縱波速度隨壓力變化; (b) 各向異性參數(shù)隨壓力變化; (c) 粘土含量對各向異性參數(shù)ε的影響;(d) 粘土含量對各向異性參數(shù)γ的影響.Fig.6 P-wave velocities and anisotropy properties of gas shale samples(a) P-wave velocities of sample with variable clay content as function of confining pressure; (b) Anisotropy factor γ as function of confining pressure; (c) Anisotropy factor (ε) versus clay content; (d) Anisotropy factor (γ) versus clay content.
圖6a給出典型頁巖樣品(粘土含量不同)垂直層理傳播時(shí)縱波、橫波速度隨圍壓的變化關(guān)系.可以看出, 樣品的縱、橫波速度都隨著有效壓力的增加而增大.對于粘土含量較高的兩個(gè)樣品(Vclay=44.3%,Vclay=44.8%), 速度-壓力曲線在圍限壓力較低時(shí)呈非線性的冪指數(shù)增長趨勢, 而在高壓時(shí)則表現(xiàn)為單一的線性增長趨勢.巖石樣品低壓力時(shí)所表現(xiàn)出的非線性變化趨勢主要與樣品中微裂隙和粒間孔隙的閉合有關(guān), 而高壓時(shí)的線性增長則和硬孔隙在壓力下的閉合或者組成巖石顆粒壓縮(“晶格壓縮”)有關(guān). 速度-壓力曲線說明了高粘土含量頁巖樣品內(nèi)部有著縱橫比較小的微裂隙. 由掃描電鏡觀察結(jié)果(圖2d)可以發(fā)現(xiàn), 頁巖樣品內(nèi)部的微裂隙主要由粘土礦物的應(yīng)力釋放和粘土礦物脫水產(chǎn)生, 而微裂隙的定向則與粘土的定向具有一致性, 造成高粘土含量的樣品其縱、橫波各向異性隨壓力的變化也最為明顯(圖6b).其余頁巖樣品的速度隨壓力的增加表現(xiàn)出近于線性的變化,反映樣品中主要包含有機(jī)質(zhì)孔和原生粒間孔這樣的縱橫比較大的“硬”孔隙. 同時(shí)這些低粘土含量的頁巖樣品各向異性均較小, 而且其各向異性參數(shù)隨壓力變化也非常不敏感. 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn), 粘土含量Vclay=6.5%的頁巖樣品在圍壓小于10 MPa的情況下橫波各向異性(γ)小于零, 不滿足VTI介質(zhì)假設(shè). 由于微裂隙賦存位置和層間結(jié)構(gòu)原因, 微裂隙通常與粘土顆粒具有相同的定向特征. 因此, 較低的各向異性說明了大多數(shù)的粘土礦物的定向是隨機(jī)的, 故而微裂隙也表現(xiàn)為隨機(jī)定向, 造成各向異性隨圍壓變化也較小.當(dāng)存在多組裂隙定向時(shí), 各向異性因子也會(huì)表現(xiàn)為小于0的值; 隨壓力的增大, 微裂隙逐漸閉合, 各向異性參數(shù)也逐漸增大而在壓力較高時(shí)表現(xiàn)為高于0的值. 圖6c—6d為50 MPa圍壓下, 樣品的粘土含量對于各向異性因子ε和γ的影響.可以看出, 各向異性隨著粘土含量的增加有著明顯的增加, 表明粘土含量仍然是控制頁巖樣品各向異性大小的決定因素. 粘土含量與各向異性參數(shù)滿足如下的經(jīng)驗(yàn)公式:
(1)
相比Barnett頁巖, 龍馬溪組頁巖有著較小的各向異性, 造成這種現(xiàn)象的主要原因是龍馬溪組頁巖中有機(jī)質(zhì)和粘土含量都相對較低, 同時(shí)有機(jī)質(zhì)也通常不表現(xiàn)為平行層理的條帶狀, 而呈團(tuán)塊狀賦存于孔隙中而不對各向異性形成明顯的貢獻(xiàn).對于粘土含量較低的樣品(高石英含量、高TOC含量)在手標(biāo)本上雖然能觀察到明顯的層狀構(gòu)造特征, 但各層的巖石物理特性相差不大, 從而各向異性特性較弱. 當(dāng)粘土含量低于某個(gè)臨界值時(shí), 構(gòu)成巖石骨架的礦物為石英顆粒而非粘土礦物, 則巖石骨架的巖石物理特性也表現(xiàn)為石英顆粒的特性而非粘土顆粒. 這樣看來, 低粘土含量(高石英含量、高TOC含量)樣品如果從巖石結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分類的話可以認(rèn)為是頁巖(具有明顯層狀構(gòu)造特征),而從組分和微觀結(jié)構(gòu)的角度來看則可以歸類為細(xì)粉砂巖.
圖7a給出龍馬溪組頁巖樣品在50 MPa下各向異性因子ε與γ之間的變化關(guān)系. 各向異性因子ε與γ之間線性關(guān)系較為明顯, 相對于王之敬(2002)所給的頁巖樣品ε與γ關(guān)系式(共259塊樣品):γ=0.956ε-0.01049, 本次測量結(jié)果為:γ=0.95ε-0.076, 擬合線整體略微偏上.圖7b、7c分別給出50 MPa下頁巖樣品各向異性因子ε-δ、γ-δ變化關(guān)系. 對于所研究的頁巖樣品, 各向異性因子ε與δ之間亦具有一定的線性關(guān)系, 樣品數(shù)據(jù)較多分布在ε=δ的附近及下部, 表明地震波在龍馬溪組頁巖中傳播時(shí)具有相對較弱的非橢圓波前特征.
具有VTI特征的頁巖樣品, 其不同彈性參數(shù)之間也具有較為明顯的統(tǒng)計(jì)關(guān)系. 而實(shí)際測井及地震勘探中由于儀器方向性的限制較難完整得到頁巖的五個(gè)獨(dú)立剛度系數(shù), 如偶極聲波測井中計(jì)算各向異性參數(shù)、VSP(Vertical Seismic Profiling,垂直地震剖面)中通過測量剛度系數(shù)C11求取C66, 不同剛度系數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系則可為上述轉(zhuǎn)化提供依據(jù).圖8給出龍馬溪組頁巖樣品在50 MPa下彈性參數(shù)之間的變化關(guān)系. 彈性參數(shù)C11與C66具有最高的相關(guān)性, 相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.93 (圖8a); 彈性參數(shù)C33與C44也具有較好的相關(guān)性, 其相關(guān)系數(shù)可到0.91(圖8b). 實(shí)際上, 所研究的龍馬溪組頁巖樣品五個(gè)獨(dú)立彈性參數(shù)之間均具有明顯的相關(guān)性, 但相關(guān)性最強(qiáng)的是C11與C66以及C33與C44之間的相關(guān)性. Schoenberg等(1996)針對頁巖所具有的彈性性質(zhì)提出了利用三個(gè)彈性參數(shù)(C33,C44,C66)完整表示VTI介質(zhì)五個(gè)獨(dú)立彈性參數(shù)的方法, 在該方法中C13和C12可用如下公式求取:
圖7 龍馬溪組頁巖樣品各向異性因子之間的變化關(guān)系(a)各向異性因子ε與γ之間的變化關(guān)系; (b)各向異性因子ε與δ之間的變化關(guān)系; (c)各向異性因子γ與δ之間的變化關(guān)系.Fig.7 Cross-plot of anisotropy factor ε versus γ (a), ε versus δ (b) and γ versus δ (c)
圖8 龍馬溪組頁巖樣品剛度系數(shù)統(tǒng)計(jì)關(guān)系(a) 剛度系數(shù)C11與C66交會(huì)圖; (b)剛度系數(shù)C33與C44交會(huì)圖; (c)組合剛度系數(shù)C13+2C44與C33交會(huì)圖; (d) 剛度系數(shù)C12與C13交會(huì)圖.Fig.8 Correlation of elastic stiffnesses of gas shale samples(a) Cross-plot of stiffness C11 versus C66; (b) Cross-plot of stiffness C33 versus C44; (c) Cross-plot of combination stiffness C13+2C44 versus C33; (d) Cross-plot of stiffness C12 versus C13.
(2)
式中ζ、ξ為待定參數(shù). 在各向異性參數(shù)ε、δ滿足關(guān)系:ε=δ時(shí), 待定參數(shù)ζ、ξ的值均為1. 圖8c與8d分別給出龍馬溪組頁巖樣品50 MPa時(shí)C33與C13+2C44以及C13與C12的變化關(guān)系. 可以看出,C33與C13+2C44之間以及C13與C12之間均有較為明顯的線性相關(guān)關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.89和0.83. 依據(jù)其最佳擬合關(guān)系可得到ζ=1.11以及ξ=1.13.
4.1 頁巖巖石物理模型
基于龍馬溪組頁巖的巖性特征及微觀結(jié)構(gòu)特征, 在保證理論模型物理機(jī)制和巖石結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一的基礎(chǔ)上, 綜合利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型建立龍馬溪組頁巖的地震巖石物理模型, 上述理論模型計(jì)算公式見參考文獻(xiàn)(Mavko et al.,2009). 在自洽模型(SCA)中多種組分是連續(xù)的,適合多種礦物共同作為巖石骨架的情況; 微分等效模量模型(DEM)則僅使最先加入的礦物保持連續(xù)而成為基質(zhì), 后加入的礦物則為孤立的夾雜體形式存在.由于龍馬溪組頁巖致密且孔隙度較低(<5%), 孔隙類型主要為縱橫比相對較大(0.1~0.2)的球形或者近球形粒間孔和溶蝕孔, 因此在建模過程中我們將模型孔隙考慮為縱橫比為0.1的非連通孔隙. TOC主要位于原生粒間孔之中, 在空間分布上呈現(xiàn)為隨機(jī)團(tuán)塊狀分布, 因此TOC不作為巖石的骨架, 也不為巖石的各向異性做貢獻(xiàn). 基于TOC的這種特征, 在建模過程中可將TOC作為巖石中的一種夾雜體充填到巖石孔隙中. 巖石的礦物組分的變化會(huì)引起巖石骨架的不同, 依據(jù)前文中的分析在粘土含量大于30%時(shí), 粘土作為巖石基質(zhì), 而其他礦物則夾雜于其中(見圖9), 此時(shí)使用DEM模型更為合適; 而粘土含量小于該含量時(shí)石英與粘土共同作為巖石骨架, 則使用SCA模型更為合適. 基于上述特征, 龍馬溪組頁巖的地震巖石物理建模流程如下(圖10, 該圖依據(jù)Xu和Payne(2009)修改):
圖9 頁巖氣儲(chǔ)層樣品巖石微觀結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Conceptual model of microtexture of gas shale samples
(1)石英、方解石、白云石、粘土、干酪根作為巖石的組成礦物, 當(dāng)粘土含量小于30%時(shí), 將石英、粘土、方解石、白云石混合礦物作為巖石基質(zhì), 并使用自洽模型(SCA)計(jì)算其等效模量; 當(dāng)粘土含量大于30%時(shí), 則以粘土為基質(zhì), 而其他礦物利用微分等效介質(zhì)理論以包含物的形式加入其中.
(2)利用微分等效介質(zhì)理論(DEM)將隨機(jī)分布的單一縱橫比的硬幣狀孔隙繼續(xù)加入到巖石基質(zhì)中;利用微分等效介質(zhì)理論(DEM)將非定向TOC以夾雜體的形式繼續(xù)加入到巖石中充填巖石孔隙.
(3)由于頁巖的致密性以及孔隙的非連通性, 飽和流體具有高頻非弛豫特征, 因此仍然使用DEM模型加入流體.
(4)最后使用Backus平均模擬包含定向粘土與(3)步中計(jì)算所得等效介質(zhì)的VTI介質(zhì), 并得到最終的等效彈性參數(shù).
計(jì)算結(jié)果表明, 如果將TOC和黃鐵礦按巖石骨架而非孔隙充填物的形式加入, 那么當(dāng)其含量為2%時(shí), 兩者速度差異可分別達(dá)到2%和3%, 該差異隨含量的增大而增大, 即不考慮TOC和黃鐵礦分布特征會(huì)使模型出現(xiàn)計(jì)算誤差.
4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與井資料解釋
圖11中給出利用4.1節(jié)巖石物理模型所計(jì)算出的縱、橫波速度隨孔隙度的變化關(guān)系. 模型在零孔隙度時(shí)的礦物組成為表1中所有樣品對應(yīng)含量的平均, 對應(yīng)礦物的彈性參數(shù)值見參考文獻(xiàn)(Mavko et al.,2009). 圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)均為龍馬溪組頁巖樣品20 MPa下垂直層理縱、橫波速度, 色標(biāo)代表對應(yīng)樣品的干酪根含量(據(jù)TOC含量計(jì)算(Mavko et al.,2009)). 從圖中可以看出, 隨著孔隙度的增大, 縱橫波速度整體呈現(xiàn)出下降的趨勢. 也出現(xiàn)不同樣品在相同孔隙度下縱、橫波速度值之間存在較大的差異,原因可能是巖石樣品的組分不同, 也有可能是其所含孔隙類型不同, 即在相同孔隙度下, 速度小的頁巖樣品含有更多縱橫比較小的孔隙. 隨著干酪根含量的增加, 孔隙度也逐漸增大, 因此縱、橫波速度也表現(xiàn)出隨干酪根含量的增加而降低的趨勢. 頁巖樣品在圖11中孔隙的縱橫比主要位于0.1附近, 超出模型線范圍的速度點(diǎn)(虛線圈內(nèi))對應(yīng)的樣品具有更高的碳酸鈣含量. 因此, 準(zhǔn)確描述頁巖地震彈性性質(zhì)的巖石物理模型不但需要考慮主要礦物的相對成分和分布特征, 還需要考慮所包含孔隙的結(jié)構(gòu)特征(孔隙度與其縱橫比). 在模型中給出上述參數(shù)后可較為準(zhǔn)確地覆蓋實(shí)驗(yàn)結(jié)果,反映了模型的適用性.
圖10 龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層地震巖石物理建模流程圖(據(jù)Xu和Payne (2009)修改)Fig.10 Schematic view of seismic rock physical modeling for Longmaxi Formation shale samples (Modified from Xu and Payne, 2009)
圖11 地震巖石物理模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較Fig.11 P-wave (a) and S-wave (b) velocity versus porosity for vertical shale samples superimposed sby the theoretical modeling predictions
圖12 Z井龍馬溪組頁巖地震巖石物理解釋模板(a) 縱波阻抗IP-縱橫波速度比VP/VS; (b)泊松比σ-楊氏模量E.Fig.12 Rock physics template for Longmaxi Formation shale of Z well(a) Template for P-wave impedance (IP) versus VP/VS ratio; (b) Template for Poisson′s ratio (σ) versus Yong′s modulus.
圖12為利用巖石物理模型所構(gòu)建的定量解釋圖版. 圖12a中給出了兩組縱波阻抗(IP)-速度比(VP/VS)的變化圖解, 分別代表干酪根含量為零的頁巖(圖中黑色實(shí)線)和干酪根含量為5%的富有機(jī)質(zhì)頁巖(圖中紅色虛線)在孔隙度(0、4%、8%)和粘土含量(0、10%、20%、30%和40%)變化情況下的IP和VP/VS變化趨勢; 圖12b給出對應(yīng)的兩組泊松比(σ)-楊氏模量(E)的變化圖解. 圖12中的實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)是來自中國南方Z井龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層A、B、C段和下伏碳酸鹽巖D層的測井計(jì)算結(jié)果, 其色標(biāo)為對應(yīng)點(diǎn)TOC值計(jì)算得到的干酪根含量. 上述四層在深度上連續(xù), B層為A層的上覆地層, C層為B層的上覆地層.
從圖12中可以看出, 龍馬溪組頁巖的IP、VP/VS變化較為復(fù)雜. 富有機(jī)質(zhì)的頁巖A層相對于B層、C層以低速度比(泊松比)、低縱波阻抗和低楊氏模量為特征,VP/VS主體小于1.7; 隨干酪根和孔隙度的增加縱波阻抗、速度比、楊氏模量和泊松比均逐漸降低, 反映石英和孔隙的綜合作用; 孔隙度變化范圍較寬, 利用圖版解釋孔隙度范圍為2%~5%, 孔隙度亦有隨干酪根增加而增大的趨勢, 反映儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)對孔隙度的控制作用.富石英B層在解釋圖版中相對于A層和C層, 具有相對較低的速度比和相對較高的縱波阻抗以及最高的楊氏模量, 在速度比上和儲(chǔ)層A段有一定的重合性, 反映石英顆粒本身的彈性性質(zhì).富粘土C層在解釋圖版中相對于A層和B層, 孔隙度在2%以內(nèi), 具有最高的速度比和相對較高的縱波阻抗以及最大的泊松比和相對較高的楊氏模量, 主要原因是該層中粘土和碳酸鈣的含量均較高, 鈣質(zhì)的增加和孔隙度的降低補(bǔ)償了粘土對阻抗和楊氏模量的降低作用.下伏碳酸鹽巖D層則表現(xiàn)為明顯的高縱波阻抗、高速度比、高楊氏模量的特征.
龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層在沉積和成巖演化過程中形成較為復(fù)雜的礦物組成和微觀結(jié)構(gòu)特征, 也使其地震彈性特征上表現(xiàn)出明顯的差異性, 本文正是基于系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)觀察和巖石物理實(shí)驗(yàn)來分析頁巖樣品地震彈性性質(zhì)的變化規(guī)律, 進(jìn)而建立相應(yīng)的表征模型, 取得如下認(rèn)識(shí):
(1)龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層巖石的孔隙度、TOC含量與石英(粘土)含量之間具有較為明顯的相關(guān)性, 石英顆粒的抗壓實(shí)作用為巖石中原生孔隙的發(fā)育和TOC的賦存提供保證, 造成較高的石英含量也意味著較高的TOC含量和孔隙度.
(2)TOC與黃鐵礦主要賦存于巖石孔隙中, 其形態(tài)決定于孔隙特征,既不作為巖石的骨架, 也不對巖石的各向異性起作用; 骨架組成礦物存在轉(zhuǎn)換, 當(dāng)粘土含量大于30%時(shí)(石英含量小于40%)粘土礦物作為巖石的骨架, 當(dāng)小于該值時(shí)石英顆粒、粘土、碳酸鈣共同作為巖石的骨架.
(3)巖石樣品所表現(xiàn)的阻抗和速度特征是多種因素綜合反映的結(jié)果, 主要包括巖石骨架組成礦物、TOC含量、孔隙度; 高TOC含量的儲(chǔ)層巖石通常表現(xiàn)出低泊松比、低阻抗和低楊氏模量的特征;由于支撐礦物由粘土向石英的轉(zhuǎn)換富有機(jī)質(zhì)頁巖亦可表現(xiàn)為高阻抗特征.
(4)龍馬溪組頁巖樣品的各向異性受粘土含量的控制, 與粘土含量存在明顯的函數(shù)關(guān)系; 低粘土含量樣品出現(xiàn)負(fù)值各向異性參數(shù), 即不滿足VTI介質(zhì)假設(shè); 雖然樣品手標(biāo)本上具有明顯的頁巖層理構(gòu)造, 但從組分和微觀結(jié)構(gòu)的角度來看則應(yīng)歸類為細(xì)粉砂巖, 因此其各向異性參數(shù)值也較低.
(5)基于龍馬溪組頁巖的巖性特征及微觀結(jié)構(gòu)特征, 在保證理論模型物理機(jī)制和巖石結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一的基礎(chǔ)上, 綜合利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型可較為準(zhǔn)確地建立龍馬溪組頁巖的地震巖石物理模型.
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(本文編輯 何燕)
Microtexture, seismic rock physical properties and modeling of Longmaxi Formation shale
DENG Ji-Xin1,2, WANG Huan2, ZHOU Hao2, LIU Zhong-Hua3, SONG Lian-Teng3, WANG Xu-Ben2
1StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China2DepartmentofGeophysics,CollegeofGeophysics,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China3PetrochinaResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Beijing102249,China
Longmaxi Formation shale; Microtexture; Rock physics properties; Rock physics modeling
10.6038/cjg20150626.
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41374135,U1262206)資助.
鄧?yán)^新,1974年生,博士,主要從事地震巖石物理學(xué)、儲(chǔ)層地球物理學(xué)研究.E-mail:dengjixin@cdut.cn
10.6038/cjg20150626
P315
2014-08-25,2014-11-25收修定稿
鄧?yán)^新, 王歡, 周浩等.2015.龍馬溪組頁巖微觀結(jié)構(gòu)、地震巖石物理特征與建模.地球物理學(xué)報(bào),58(6):2123-2136,
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