哈密地區(qū)砂巖地震波速的實(shí)驗(yàn)研究

王懷民， 王紅才， 殷昌吉， 張翔宇， 李阿偉， 杜 威

(1．中國(guó)石油大學(xué)(北京)，地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；3．中石化新星湖北新能源開發(fā)有限公司，武漢 430000)

哈密地區(qū)砂巖地震波速的實(shí)驗(yàn)研究

王懷民1,2， 王紅才2， 殷昌吉3， 張翔宇1， 李阿偉2， 杜 威1,2

(1．中國(guó)石油大學(xué)(北京)，地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2．中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；3．中石化新星湖北新能源開發(fā)有限公司，武漢 430000)

巖石的地震波速是區(qū)域構(gòu)造研究和淺部地震勘探的基礎(chǔ)。哈密地區(qū)是我國(guó)重要的產(chǎn)油區(qū)域之一，但目前仍缺少地震波速方面的基礎(chǔ)資料。這是在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬了深層環(huán)境，分析了四組哈密地區(qū)砂巖樣品的波速與壓力之間的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著壓力增加，砂巖樣品的縱橫波速度以對(duì)數(shù)關(guān)系增加；砂巖的孔隙度影響波速的變化速率；砂巖地震波速的滯后效應(yīng)主要表現(xiàn)為：在相同壓力下，降壓過(guò)程中的波速大于升壓過(guò)程中的波速；高壓下的波速接近于用空間平均模型計(jì)算的理論波速。實(shí)驗(yàn)所得的波速數(shù)據(jù)與哈密地區(qū)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋相吻合，其可以作為判斷油層、水層和干層的輔助條件。

哈密地區(qū)； 砂巖； 壓力； 地震波速； 測(cè)井

0 引言

巖石的地震波速是地震勘探的基礎(chǔ)，地震波速受到溫度、壓力、巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及礦物成分等各方面因素的影響，其中壓力對(duì)地震波速的影響起到了至關(guān)重要的作用[1]。因此，研究不同壓力下巖石地震波速的變化規(guī)律，不僅可以增加地震反演的約束條件，還能提高測(cè)井解釋的精度。同時(shí)，壓力環(huán)境是對(duì)地球深部空間的模擬，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下得到地殼深部樣品的波速數(shù)據(jù)，對(duì)于研究地球內(nèi)部環(huán)境也有借鑒作用。

國(guó)內(nèi)、外對(duì)巖石地震波速的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，Birch[2-3]在高壓條件下首次測(cè)量得到了巖石縱波速度，通過(guò)對(duì)250塊特征巖石樣品縱波速度的測(cè)量，分析了巖石樣品波速的各向異性，在研究的基礎(chǔ)上，提出了著名的Birch定律；史謌等[4]研究了巖石地震波速和泥質(zhì)含量、孔隙度之間的關(guān)系，在不同圍壓及不同飽和狀態(tài)(樣品孔隙氣飽和與水飽和)下測(cè)試了巖石樣品的縱橫波速度，發(fā)現(xiàn)波速與泥質(zhì)含量、孔隙度呈線性相關(guān)，但用各種波速--孔隙度經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)擬合聲波時(shí)差數(shù)據(jù)的效果不是很好[4]；吳宗絮、謝鴻森等也先后研究了巖石波速在不同壓力下的變化情況[5-6]；喬二偉等更是詳細(xì)分析了延長(zhǎng)油田砂巖波速與壓力和孔隙流體的關(guān)系，探討了不同壓力與不同流體飽和狀態(tài)下波速的變化規(guī)律[7-8]；李阿偉等也在不同飽和流體下分析了延長(zhǎng)組致密砂巖的各向異性及其彈性參數(shù)[9]。但是，地震波速的差異性會(huì)在不同地區(qū)和不同巖性上體現(xiàn)出來(lái)，所以目前沒(méi)有能廣泛應(yīng)用的統(tǒng)一規(guī)律。

哈密地區(qū)是我國(guó)重要的產(chǎn)油區(qū)域之一，但目前該地區(qū)缺乏地震波速的實(shí)驗(yàn)研究。因此，研究哈密地區(qū)砂巖地震波速隨壓力的變化規(guī)律，可以對(duì)地震與測(cè)井的數(shù)據(jù)分析提供參考和基礎(chǔ)。將實(shí)驗(yàn)的波速數(shù)據(jù)與哈密地區(qū)的測(cè)井曲線相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)該方法可以作為判斷油層、水層和干層的輔助條件。

1 實(shí)驗(yàn)樣品與分析

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

共有四組砂巖樣品，均取自于新疆哈密地區(qū)的中二疊統(tǒng)塔爾朗組地層的地表露頭，其為湖相沉積類型。將樣品加工成直徑為25 mm，長(zhǎng)度為50 mm的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圓柱，并將樣品兩端的表面拋光，確保其上下表面平整度±0.02 mm，這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以排除尺寸差異的干擾。

1.2 鏡下分析

將樣品制成薄片，鏡下觀察結(jié)果如圖1所示。可以看出，M1樣品以粗砂為主，顆粒較大(1 mm～2 mm:20%;0.5 mm～1 mm:40%)，分選差，而其它三組樣品都以中砂為主，分選稍好，四組樣品的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 四組樣品的顯微鏡下照片F(xiàn)ig.1 Photoes of samples under the microscope表1 實(shí)驗(yàn)樣品基本信息Tab.1 The basic information of samples

樣品編號(hào)密度/g·(cm3)-1狀態(tài)礦物組成/%石英長(zhǎng)石其他孔隙度/%M12.344自然15404513.52M22.648自然2545303.71M32.604自然5525202.66M42.629自然5525204.61

1.3 化學(xué)成分、礦物和粘土含量分析

鏡下薄片觀察只能大概認(rèn)識(shí)樣品的礦物含量，為了得到更精確的數(shù)據(jù)，筆者進(jìn)一步分析了樣品的化學(xué)成分、礦物和粘土含量。

表2是四組實(shí)驗(yàn)樣品的9種化學(xué)物質(zhì)。其中LOI為燒失量。在進(jìn)行耐火材料的分析時(shí)，除主成分氧化物和副成分的含量外，通常還要測(cè)定其燒失量。

從表2可以看出，四組樣品的化學(xué)成分中，含量最高的是SiO2，M2、M3和M4的SiO2含量都在60%以上，M1除了SiO2含量高外，CaO的含量也高達(dá)29.3%。從表1和圖1的分析中可以看出，M1與其他三組樣品有較大差異，其密度較小，顆粒和孔隙度較大，雜基含量最高，從側(cè)面驗(yàn)證了上面數(shù)據(jù)的可靠性。

表3是樣品常見(jiàn)的非黏土礦物含量，可以看出，主要非黏土礦物是石英和長(zhǎng)石，但M1樣品的方解石含量也很高，達(dá)到了42%，其他三組樣品基本不含方解石或者只含少量方解石礦物。表4是黏土礦物的相對(duì)含量，四組樣品的主要黏土礦物都是伊利石和綠泥石，M1的伊蒙混層含量最高，達(dá)到了50%，M2的伊蒙混層也占有13%的比例。

表2 實(shí)驗(yàn)樣品主要化學(xué)組成成分Tab.2 The main chemical composition of samples

表3 實(shí)驗(yàn)樣品常見(jiàn)的非黏土礦物含量Tab.3 The content of common non-clay minerals for experimental samples

表4 實(shí)驗(yàn)樣品黏土礦物相對(duì)含量Tab.4 The relative content of clay minerals of experimental samples

S為蒙脫石，It為伊利石，Kao為高嶺石，C為綠泥石，I/S為伊蒙混層，C/S為綠蒙混層。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)方法及儀器

實(shí)驗(yàn)主要在New England Research(NER)公司生產(chǎn)的多功能巖石物性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)Autolab2000C[10-12]上測(cè)試完成。最大測(cè)試圍壓可以達(dá)到200 MPa，從而可以模擬地殼內(nèi)部的壓力環(huán)境，測(cè)量誤差為±0.5%。波速測(cè)量的方法是聲波脈沖穿透法[13]，該儀器可以同時(shí)測(cè)量縱波和兩個(gè)相互正交的橫波[10-12]的數(shù)據(jù)結(jié)果，取兩組橫波的平均值作為樣品橫波速度，其縱波換能器主頻為700 kHz，橫波換能器主頻為250 kHz。根據(jù)Hornby的方法[14]，計(jì)算出縱波和橫波的相對(duì)誤差分別在1.0%和0.77%以下。

從5 MPa開始測(cè)量第一組數(shù)據(jù)，后面升壓到10 MPa，最高測(cè)量圍壓為180 MPa，每間隔10 MPa測(cè)量一組波速數(shù)據(jù)，在每個(gè)圍壓下保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間(至少30 min)，以保證樣品內(nèi)部的應(yīng)力分布均勻。由于巖石的地震波速可能有一定的滯后性，所以一個(gè)測(cè)試循環(huán)包括升壓測(cè)試(5 MPa～180 MPa)和降壓測(cè)試(180 MPa～5 MPa)兩個(gè)部分。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2是四組樣品波速隨壓力變化的關(guān)系圖。從圖中可以看出，隨著壓力增加，四組樣品的縱橫波速度都以對(duì)數(shù)關(guān)系顯著增加，其相關(guān)系數(shù)都在0.96以上。在低壓條件下增加快，而高壓下呈現(xiàn)出平緩的線性增加趨勢(shì)。但四組樣品的波速數(shù)據(jù)也不盡相同，表現(xiàn)為M1的波速增加速度和增加量都明顯大于其他三組樣品。

圖2 四組樣品波速與壓力的關(guān)系圖Fig.2 The relationship between velocity and pressure of four samples

表5為四組樣品波速與壓力關(guān)系的擬合公式表。擬合公式中的ln(p)前面的系數(shù)反映的是波速隨壓力變化的速率，可以發(fā)現(xiàn)M1的縱橫波系數(shù)分別為260.5和133.2，遠(yuǎn)大于M2、M3和M4的縱橫波系數(shù)。這是因?yàn)镸1的孔隙度遠(yuǎn)大于其他三組樣品，所以M1對(duì)壓力變化更為敏感，隨著壓力增加，M1更容易被壓實(shí)，波速變化更大。

圖3為四組樣品的波速增加量與壓力的關(guān)系圖，橫軸是壓力，縱軸是相對(duì)于5 MPa下波速的增加量。從圖3中可以看出，波速增加量隨壓力增加而增加，增加趨勢(shì)也呈對(duì)數(shù)關(guān)系。但四組樣品的增加量互不相同：M1樣品在180 MPa下的縱波速度相對(duì)于5 MPa增加了約0.9 km/s，而其他三組樣品的增量大約是0.3 km/s；M1樣品在180 MPa下的橫波速度相對(duì)于5 MPa增加了0.45 km/s，而其他三組樣品的增量在0.15 km/s～0.28 km/s之間。綜合四組樣品來(lái)看，波速的變化量是M1>M4>M2>M3，這與樣品孔隙度的關(guān)系是一致的:孔隙度也是M1(13.52%)>M4(4.61%)>M2(3.71%)>M3(2.66%)。由于M1孔隙度遠(yuǎn)高于其他三組樣品，所以其縱橫波速度的增加量也遠(yuǎn)大于其他樣品。

表5 四組樣品波速與壓力關(guān)系的擬合公式表Tab.5 The fitting formulas between wave velocity and pressure of four samples

圖3 樣品縱橫波速隨壓力增加的關(guān)系圖Fig.3 The relationship between velocity and increased pressure of four samples

圖4 四組樣品的波速在升壓與降壓中的對(duì)比圖Fig.4 The comparison of wave velocity under process of increasing pressure and decreasing pressure for four samples

這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是：隨著壓力增加，樣品內(nèi)部孔隙會(huì)被壓實(shí)，而孔隙度大的樣品更容易被壓實(shí)，所以孔隙度越高，波速隨壓力變化越快。

考慮到巖石地震波速具有滯后效應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)包含升壓與降壓兩個(gè)過(guò)程。圖4是四組樣品在升壓和降壓過(guò)程中波速變化的對(duì)比圖。可以看出，巖石地震波速具有滯后效應(yīng)，即在相同壓力下，降壓過(guò)程中波速大于升壓過(guò)程中的波速。此外，還能看出高壓下滯后效應(yīng)弱，低壓下滯后效應(yīng)明顯。滯后效應(yīng)產(chǎn)生的原因?yàn)椋涸谏龎哼^(guò)程中，砂巖的孔隙會(huì)在圍壓作用下緩慢閉合，而這種閉合在壓力下降的過(guò)程中沒(méi)有完全張開，所以導(dǎo)致在同一個(gè)壓力下(特別是在低壓環(huán)境下)波速不一致。

2.3 樣品的理論地震波速計(jì)算

根據(jù)樣品礦物和黏土含量的數(shù)據(jù)(表3-表4)，分別采用Voigt平均[15]、Reuss平均、Hill平均[16]、和幾何平均[17]四個(gè)不同的空間平均模型來(lái)計(jì)算樣品的理論波速，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

與理論值對(duì)比的是180 MPa下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用高壓下的數(shù)據(jù)是因?yàn)槔碚擃A(yù)測(cè)不能完全考慮到孔隙結(jié)構(gòu)，所以高壓下的實(shí)驗(yàn)值應(yīng)該更接近預(yù)測(cè)結(jié)果。從表6可以看出：用四種理論方法得到的縱橫波速度基本都略高于實(shí)驗(yàn)數(shù)值。用Voigt平均、Reuss平均、Hill平均和幾何平均來(lái)預(yù)測(cè)四組樣品的波速，發(fā)現(xiàn)縱波的平均誤差分別為3.76%、0.37%、2.14%和2.33%，橫波預(yù)測(cè)結(jié)果的平均誤差分別為8.08%、3.49%、5.82%和5.36%，所以縱波預(yù)測(cè)結(jié)果好于橫波。

表6 波速理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)值對(duì)比Tab.6 The comparison between theoretical value and actual value

3 應(yīng)用實(shí)例分析

以上砂巖地震波速的研究能較好地指示測(cè)井工作。利用實(shí)驗(yàn)研究取得的波速經(jīng)驗(yàn)公式，可以大致判斷測(cè)井曲線中的干層、油層和水層等，這對(duì)提高測(cè)井解釋的精度提供了基礎(chǔ)。

圖5和圖6是哈密地區(qū)A井測(cè)井解釋的成果圖，深度段分別為1 500 m～1 660 m與2 620 m～2 845 m，截取這兩個(gè)深度段的原因是：A井的鉆井資料顯示1 500 m～1 660 m的地層壓力在40 MPa左右，2 620 m～2 845 m的地層壓力在70 MPa左右，這樣可以與前面的40 MPa和70 MPa的分析對(duì)應(yīng)起來(lái)。利用圖2中四個(gè)樣品的縱波速度擬合公式，可以計(jì)算40 MPa和70 MPa下四組樣品的縱波速度，然后將其轉(zhuǎn)換為聲波時(shí)差，具體數(shù)值見(jiàn)表7。

根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，以及前文所述波速、壓力與孔隙度的規(guī)律性，綜合解釋圖5中有3個(gè)水層、1個(gè)油層與1個(gè)干層，其對(duì)應(yīng)的壓力在40 MPa左右；圖6中有4個(gè)干層，2個(gè)水層和1個(gè)油層，其對(duì)應(yīng)的壓力在70 MPa左右。詳述如下：針對(duì)這12個(gè)層，在出圖軟件ResForm中可以讀取每個(gè)層的聲波時(shí)差和孔隙度的平均值，其數(shù)值見(jiàn)表8。

表7 40 MPa和70 MPa下樣品的理論聲波時(shí)差值Tab.7 The theoretical acoustic under 40 MPa and 70 MPa

圖5 哈密地區(qū)A井1 500～1 660m測(cè)井解釋成果圖Fig.5 The well log graph from 1 500 to 1 660 meters of A well in Hami

圖6 哈密地區(qū)A井2 620～2 845 m測(cè)井解釋成果圖Fig.6 The well log graph from 2 620 to 2 845 meters of A well in Hami表8 12個(gè)層位的測(cè)井解釋數(shù)據(jù)Tab.8 The log information of 12 layers

層號(hào)孔隙度/%聲波時(shí)差/us·m-1解釋結(jié)論壓力/MPa①14.3220.72水層40②21.3289.87水層40③14.2225.24水層40④14.2214.98油層40⑤15.6229.54干層40⑥15.5230.69干層70⑦11.4201.34油層70⑧4.2177.89干層70⑨10.8205.46水層70⑩13.5218.73水層70X9.3206.63干層70Y3.5176.59干層70

第一種情況：解釋為干層比較合理。⑧層和Y層的孔隙度較小，分別為4.2%和3.5%，其對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差分別為177.89 us/m和176.59 us/m，這與表7中70 MPa下孔隙度較小的聲波時(shí)差很相近。在70 MPa下，樣品孔隙度為3.71%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差為178.74 us/m，這與Y層的聲波時(shí)差(176.59 us/m)差不多；樣品孔隙度為4.2%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差為179.13 us/m，這與⑧層的聲波時(shí)差(177.89 us/m)也相近。

⑤層、⑥層和X三個(gè)層的孔隙度較大，其分別為15.6%、15.5%和9.3%，其對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差分別為229.54 us/m、230.69 us/m和206.63 us/m。其中⑤層的聲波時(shí)差與表7中40 MPa下大孔隙度的聲波時(shí)差接近。在40 MPa下，當(dāng)樣品孔隙度為13.52%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差為233.85 us/m，⑤層的聲波時(shí)差(229.54 us/m)比其大4.3 us/m，這是因?yàn)榭紫抖仍酱?，縱波速度越小，導(dǎo)致聲波時(shí)差越大。⑥層聲波時(shí)差與表7中70 MPa下的大孔隙度的聲波時(shí)差很接近，在70 MPa下，樣品孔隙度為13.52%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差為224.28 us/m，⑥層聲波時(shí)差(230.69 us/m)比其大6.2 us/m，這應(yīng)該是⑥層的孔隙度稍微大于實(shí)驗(yàn)樣品的孔隙度所導(dǎo)致的。對(duì)于X層，其孔隙度為9.3%，聲波時(shí)差為206.63 us/m，比224.28 us/m要小約18 us/m，分析其原因，認(rèn)為主要也是孔隙度的差距導(dǎo)致的。

第二種情況：解釋為水層比較合理。對(duì)于①層、②層、③層、⑨層和⑩五個(gè)水層，在40MPa下分析①層、②層和③層的情況，在70MPa下分析⑨層和⑩層的情況。①層、②層和③層的孔隙度分別為14.3%、21.3%和14.2%，其對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差為220.72 us/m、289.87 us/m和225.24 us/m。將①層、②層和③水層的聲波時(shí)差與表7中40 MPa下孔隙度為13.52%的干層聲波時(shí)差(224.28 us/m)相比，發(fā)現(xiàn)其數(shù)值差分別為3.56 us/m、65.59 us/m和0.96 us/m?？梢钥闯?，①層和③層的聲波時(shí)差與實(shí)驗(yàn)值很接近，這兩個(gè)層的孔隙度比13.52%約大0.8%，其會(huì)導(dǎo)致①層和③層的聲波時(shí)差比實(shí)驗(yàn)值大一些，但①層和③層是水層，由于在同樣孔隙度下，水層的縱波速度要稍大于干層[7,18]，所以水層的聲波時(shí)差要稍小于干層。孔隙度增大效應(yīng)和水層減小效應(yīng)相互中和抵消，最后導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)值與測(cè)井值比較接近。對(duì)于②層，由于其孔隙度遠(yuǎn)大于13.52%，所以導(dǎo)致了其聲波時(shí)差比實(shí)驗(yàn)值大65.59 us/m。對(duì)于⑨層、⑩層，其測(cè)井的聲波時(shí)差值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是相吻合的，其原因同①、②和③層。

第三種情況：解釋為油層比較合理。④層相對(duì)于③層，孔隙度是一樣的，而且都在40 MPa下，但其聲波時(shí)差減小約10 us/m，應(yīng)解釋為油層。這是因?yàn)樵谙嗤紫抖认?，油層的縱波速度比水層的大[7,17]，所以其聲波時(shí)差比水層的小。

因此，在具體分析中，可將實(shí)驗(yàn)的壓力與實(shí)際地層的深度相對(duì)應(yīng)，再利用孔隙度作為約束條件，就可以在某一深度范圍內(nèi)利用實(shí)驗(yàn)所得的聲波時(shí)差值來(lái)尋找砂巖層段，再根據(jù)測(cè)井曲線的聲波時(shí)差、孔隙度與實(shí)驗(yàn)的聲波時(shí)差、孔隙度之間的關(guān)系，來(lái)判斷油層、水層和干層。這種方法能夠提高測(cè)井解釋精度。顯然，這具有鮮明的地區(qū)性特征，因此需要建立在熟悉油區(qū)地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上。

4 結(jié)論

1)隨著圍壓增加，四組砂巖樣品的縱橫波速度都呈對(duì)數(shù)關(guān)系增加，即低壓下波速增加快，高壓下波速變化變緩。

2)當(dāng)壓力增大時(shí)，波速的增量取決于砂巖的孔隙度大小，即孔隙度越大，其變化率越大。這是因?yàn)樵诟邏合?，孔隙度較大的樣品，孔隙空間更易于被壓縮，相對(duì)于小孔隙度的樣品，其縱波增量比較大。對(duì)橫波，也類似。

3)地震波速有一定的滯后效應(yīng)，在相同壓力下，降壓過(guò)程的速度明顯大于升壓過(guò)程的速度。這是因?yàn)闃悠吩诟邏合?，?nèi)部孔隙會(huì)被部分壓實(shí)，而在降壓過(guò)程中沒(méi)有完全張開，這種滯后效應(yīng)與樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)。

4)利用空間平均模型計(jì)算出來(lái)的理論波速，可以作為高壓條件下的波速值參考，但在低壓條件下使用時(shí)需要做較大修正。

5)實(shí)驗(yàn)所得的波速與壓力的經(jīng)驗(yàn)公式，可以作為判別哈密地區(qū)油層、水層和干層的輔助條件，其可以提高測(cè)井解釋的精度。

致謝

感謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所在實(shí)驗(yàn)中提供的幫助！

[1] 盧琳, 閆桂京, 陳建文. 地層溫度和壓力對(duì)地震波速的影響[J]. 海洋地質(zhì)前沿, 2005, 21(9):13-16. LU L, YAN G J, CHEN J W. The influence of stratigraphic temperature and pressure on seismic wave velocity[J]. Marine Geology Frontier, 2005, 21(9):13-16. (In Chinese)

[2] BIRCH, F. The velocity of compressional waves in rocks to 10 kilobars: part 2[J]. Journal of Geophysical Research, 1961, 66(7):2199-2224.

[3] BIRCH, F. The velocity of compressional waves in rocks to 10 kilobars: part 1[J]. Journal of Geophysical Research, 1960, 65(7):1083-1102.

[4] 史謌,沈文略,楊東全.巖石彈性波速度和飽和度、孔隙流體分布的關(guān)系[J].地球物理學(xué)報(bào), 2003,46 (1): 138-142. SHI G, SHEN W L, YANG D Q. The relationship of wave velocities with saturation and fluid distribution in pore space[J]. Acta Geophysica Sinica, 2003,46 (1): 138-142. (In Chinese)

[5] 謝鴻森.地球深部物質(zhì)科學(xué)導(dǎo)論[M].北京:科學(xué)出版社,1997. XIE H S. Introduction to deep materials science[M]. Beijing: Science Press, 1997. (In Chinese)

[6] 吳宗絮,郭才華.冀東陸殼巖石在高溫高壓下波速的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展,1993,8(4):206 -213. WU Z X, GUO C H. Experimental measurement of Vp on the crust rocks of east Hebei province at high temperature and pressure[J]. Progress in Geophysics, 1993,8(4):206 -213. (In Chinese)

[7] 喬二偉, 龍長(zhǎng)興, 馬洪濤. 不同孔隙流體下延長(zhǎng)組砂巖波速各向異性的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2014, 57(6):1977-1989. QIAO E W, LONG C X, MA H T. An experimental study of P- and S-wave velocities anisotropy in sandstone filled with differential pore fluids from the Yanchang Formation[J]. Chinese J. Geophys. , 2014, 57(6):1977-1989. (In Chinese)

[8] 喬二偉, 趙衛(wèi)華, 龍長(zhǎng)興. 含不同孔隙流體的砂巖地震波速度隨壓力變化的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2012, 55(12):4257-4265. QIAO E W, ZHAO W H, LONG C X. A laboratory study of seismic wave velocity in sandstone bearing differential pore fluids at different pressures[J]. Chinese J. Geophys. , 2012, 55(12):4257-4265. (In Chinese)

[9] 李阿偉, 孫東生, 王紅才.致密砂巖波速各向異性及彈性參數(shù)隨圍壓變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2014, 29(2):754-760. LI A W, SUN D S, WANG H C. Seismic anisotropy and elastic parameter of tight sandstone with confining pressure[J]. Progress in Geophysics, 2014, 29(2):754-760. (In Chinese)

[10]TAO H, ZOU C C, PEI F G, et al. Laboratory study of fluid viscosity induced ultrasonic velocity dispersion in reservoir sandstones[J]. Applied Geophysics, 2010, 7(2):114-126.

[11]PURCELL C, MUR A, SOONG Y, et al. Integrating velocity measurements in a reservoir rock sample from the SACROC unit with an AVO proxy for subsurface supercritical CO[sub 2] [J]. Leading Edge, 2010, 29(2):192-195.

[12]MUR A, PURCELL C, SOONG Y, et al. Integration of core sample velocity measurements into a 4D seismic survey and analysis of SEM and CT images to obtain pore scale properties[J]. Energy Procedia, 2011,4(22):3676-3683.

[13]馬麥寧, 白武明. 高溫高壓實(shí)驗(yàn)彈性波速研究及其地球動(dòng)力學(xué)意義[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展,1999, 14(1):40-55. MA M N, BAI W M. Progress of high temperature and pressure study on elastic wave velocity and its geodynamic implication[J]. Progress in Geophysics, 1999, 14(1):40-55. (In Chinese)

[14]HORNBY B E. Experimental laboratory determination of the dynamic elastic properties of wet, drained shales[J]. Journal of Geophysical Research, 1998, 103(B12): 29945-29964.

[15]VOIGT W. Lehrbuch der Kristallphysik[M]. Lehrbuch der kristallphysik :. B.G. Teubner, 1928.

[16]HILL R. The elastic behavior of crystalline aggregate[J]. Physical Soc., London, 1952, A65(5): 349-354.

[17]S M, HUMBERT M. The Realization of the Concept of a Geometric Mean for Calculating Physical Constants of Polycrystalline Materials[J]. Physica Status Solidi, 1993, 177(2):K47-K50.

[18]沈聯(lián)蒂, 史謌. 巖性、含油氣性、有效覆蓋壓力對(duì)縱、橫波速度的影響[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 1994, 37(3):391-399. SHEN L D, SHI G. Effect of lithological character, petroleum and effective overburden pressure on compressional wave and shear wave velocity[J]. Chinese J. Geophys., 1994, 37(3): 391-399. (In Chinese)

The experiments on seismic velocity of sandstones in Hami

WANG Huaimin1,2, WANG Hongcai2, YIN Changji3, ZHANG Xiangyu1, LI Awei2, DU Wei1,2

(1.College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;2.Institute of Geomechanics, Chinese Academey of Geological Sciences, Beijing 100081,China;3.Hubei Xinxing New Energy Development Company of Sinopec, Wuhan 430000, China)

Seismic velocity of rocks have a wide range of applications in regional tectonic research and shallow seismic exploration. Hami region is one of the important production bases for oil and gas in China, but there is no data of seismic velocity. Deep environment is simulated in laboratory and the change rule of P-and S-wave velocity which come from four groups of sandstones in Hami is studied in this paper. The result shows that the P-wave and S-wave velocity increase (or decrease) with the pressure at the logarithmic rule. The porosity of sandstone affect the rate and size of increased wave velocity. The lag effect of sandstone's wave velocity mainly in the procession that wave velocity of decompression is greater than boost when they are under the same pressure. The wave velocity with high pressure is closed to the theoretical wave velocity of space averaging models. Wave velocity data measured by experiment is consistent with the log data in Hami. Therefore it can be used as the auxiliary condition to define oil layer, water layer and dry layer.

Hami region; sandstone; pressure; seismic velocity; well logging

2016-07-29 改回日期：2017-01-01

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(DD20160060)

王懷民(1992-)，男，碩士，主要從事石油地質(zhì)、巖石物性的研究，E-mail：wanghuaimin1016@163.com。

王紅才(1964-)，男，研究員，博士導(dǎo)師，主要從事巖石物性、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用及應(yīng)力場(chǎng)模擬研究，E-mail:13911082285@139.com。

1001-1749(2017)04-0533-10

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.04.14