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岩石物理学期终复习 考题类型 五种类型共六道大题 基本概念题两道大题 填充与名词解释简述题 2 3小题 要求较完整地叙述一个概念或公式 问题图示说明题用图示的方式说明概念公式推导综合题 一 基本概念 基本概念以填充和名词解释形式出现 例 一 填充题 1 岩石物理学主要从 实验 和 理论 上研究岩石特性与其 物理 性质间相互关系 2 矿物一般是由无机作用形成的 煤 和 石油 都是有机作用的产物 故均非矿物 3 束缚水一般存在于砂粒 表面 砂粒接触处角隅或 微毛管 孔中 4 可以在固体和流体中传播 而 只能在固体中传播 二 名词解释 1 岩石物理学 2 离子导电岩石 靠连通孔隙中所含溶液的正负离子导电的岩石 3 波动 4 体积模量K 二 简述题 1 简述岩石物理学研究中存在的问题1 是岩石组成的复杂性 2 是岩石的现场地质条件 地球内部是高温 高压的物理化学环境 就目前的实验技术水平而言 还无法对这种环境进行精确的模拟和再现 3 是研究对象 岩石 的尺度问题 2 用定性或定量方式列举三个主要岩石特性因素是怎样影响岩石地震特性的定量 时间平均方程 速度 密度 泥岩线定性 压力 温度 含泥量 埋深 孔隙形态对速度的影响3 岩石物理模型中公式的定义 物理量的含义 公式等如 阿尔奇公式 Gassmann方程 有效介质模型等4 为什么岩石物理学的许多研究是在实验室进行 实验室的研究意义 1 可直观地了解关系 变量的单一性 2 定量关系只能在实验获得 3 4 三 图示说明题 用射线 箭头和角度等方式画出波的传播路径 波的类型和传播方向 并说明波的传播规律和特征 例题一 根据下图中给出的信息 为纵波入射角 用角度和箭头的方式画出可能出现的反射和透射波的传播方向 指出这些波的类型 用角度和公式指出这些波与入射波方向的关系 其中反射纵波会出现什么现象 图示岩石特性与速度的关系 如孔隙度 压力 岩性等与速度关系 例题二 用图示方式定性表示岩石密度 孔隙度对速度的影响 并写出相应的岩石物理模型 四 公式推导或证明 此题主要考查对弹性模量概念与速度间关系的了解 例题1 一个立方形固体在各个方向受到均匀压缩 压力为P 即在直角坐标系中各个应力分量为 11 22 33 P 12 13 23 0 根据各向同性介质中的胡克定律 应力应变关系 和体积模量的定义 推导出体积模量k与拉梅系数 的关系 即用拉梅系数表示体积模量 如果已知岩石的密度为 纵波速度为V2 2 用体积模量k和拉梅系数 写出岩石的纵波速度 五 综合题 综合题与简述题类似 主要考查对岩石物理模型的理解 并有相应的计算1 由波动方程可知 速度与弹性模量M和 密度有关 简述它们的基本关系 随着 的增加速度V是增大还是减小 为什么 写出 和V一个经典的实验关系式 2 写出电阻率指数I的定义 一般形式的表示式和各个参量的含意 并说明电阻率指数I的物理意义 答题要点 定义 表示含油岩石的电阻率Rt与该岩石完全充满地层水时的电阻率Rw的比值 一般形式 式中Sw 含水饱和度 n饱和度指数 b 系数 饱和度指数n和系数b与岩性有关 不同地区地层的n和b值不同 可用实验方法确定 物理意义 含油岩石的电阻率Rt相对于岩石完全充满地层水时的电阻率R0的增大倍数 或称为地层的电阻增大系数 与油水饱和度有关 3 如果岩石孔隙中的流体是气 水混合体 怎样估算此种流体的体积模量Kf 写出公式 当含水饱和度为Sw时 其混合流体密度怎样计算 第一章 岩石物理学的概念及发展概况 研究意义和应用方向 本课程的特点和安排 重点 1 什么叫岩石物理学研究岩石本身特性 孔隙度 密度 泥质含量 与其所表现的各种物理性质的关系及所产生机制的一门学科 2 简述岩石物理学的研究中主要完成那几方面的任务 观测确定参数 寻找关系 提供解释数据3 岩石物理学研究的两个基本目的1 地球物理与地质规律间的解释 2 地球物理新方法4 为什么岩石物理学的研究是在实验室进行 实验室的研究意义 野外数据的可行性 变量的单一性和高质量的数据 定量关系 5 岩石物理学研究中存在那些主要问题 复杂性 环境无法再现 尺度 第二章岩石的基本性质 1 矿物和现代矿物的概念 矿物形态 颗粒大小和种类观测方法2 沉岩中常见的岩石和矿物3 页岩和泥岩的定义和差别 粘土矿物许多有种类 代表性的有高岭石 蒙脱石 伊利石等4 岩石结构或砂岩的结构5 岩石的均匀与非均介质性6 为什么岩石的物理性质与尺度有关7 孔隙压与有效压力8 岩石的骨架和基质9 流体的概念和特性10 岩石的孔隙和裂隙11 岩石孔隙结构模型和结构参数 孔径 喉道 孔喉比 孔隙迂曲 曲折 度 孔隙配位数 孔隙纵横比 孔隙纵横比和孔隙迂曲度与弹性和电性有关 12 孔隙的结构模型 毛细管 球堆积 简单立方和简单六方球堆积模型的孔隙度13 孔 渗 饱的基本概念14 束缚水和自由水概念 束缚水在岩石中的状态 第三章岩石的电磁学性质 1 为什么要进行岩石导电性的研究2 岩石导电性由那两个因素决定 岩石的电性主要由谁决定 可分成那两类 3 简述岩石的电阻率及其影响因素 岩石电阻率主要取决于那些因素 4 沉积岩中那些岩石的电阻率高 那些岩石低 量级5 为什么说电阻率测井方法评价地层含油饱和度的物理基础 6 阿尔奇公式 地层因子F的基本形式和物理意义 写出各个参量的含意说明与孔隙度和孔隙几何的关系7 写出电阻率指数I的一般形式和各个参量的含意 并说明其物理意义和与饱和度的关系 8 简述阿尔奇公式的优缺点9 阿尔奇参数 用什么方法得到10 含泥质砂岩的导电模型 W S模型 物理意义11 矿化度 温度压力 孔隙结构和润湿性对岩石电阻的影响 12 电阻率大小与什么有关13 介电常数概念 岩石孔隙中各种流体的介电常数值 14 岩石介电常数与含水饱和度的关系15 毛细管模型中电阻率的计算 例题 写出电阻率指数I的定义 一般形式的表示式和各个参量的含意 并说明电阻率指数I的物理意义 答题要点 定义 表示含油岩石的电阻率Rt与该岩石完全充满地层水时的电阻率Rw的比值 一般形式 式中Sw 含水饱和度 n饱和度指数 b 系数 饱和度指数n和系数b与岩性有关 不同地区地层的n和b值不同 可用实验方法确定 物理意义 含油岩石的电阻率Rt相对于岩石完全充满地层水时的电阻率R0的增大倍数 或称为地层的电阻增大系数 与油水饱和度有关 例题 在一块体积为2的岩石标本中有体积为0 5的孔隙 设骨架的电阻率为10000 m 孔隙流体的电阻率是40 m 假设在水平层状介质模型中沿垂直于层面的方向供电 求该岩石标本的电阻率 解 骨架电阻率和孔隙流体电阻率在垂直层面方向供电时相当于串联模式 所以 r0 1 0 5 2 rm 0 5 2 rw 7510 m在一块体积为2的岩石标本中有体积为0 2的孔隙 设骨架的电阻率是8200 m 孔隙流体的电阻率是30 m 假设在水平介质模型中沿平行于层面的方向供电 求该岩石标本的电阻率 解 骨架电阻率和孔隙流体电阻率在平行层面方向供电时相当于并联模式 所以 r0 1 1 0 2 2 rm 0 2 2 rw 291 m 例题 一块长方体形的岩石标本的长度是2 横截面积是1 其内有一充满流体且长度为3 5 体积为0 20的毛细管 毛细管的两端位于标本横截面内 设骨架的电阻率为无穷大 毛细管中流体的电阻率是30 m 求岩石的电阻率 解 据已知条件岩石电阻r0 R0L A0 rw Rwl Aw 当骨架电阻率无穷大 r0 rw 即R0L A0 Rwl Aw F R0 Rw l L A0 Aw R0 l L A0 Aw Rw 3 5 2 1 3 5 0 2 30 918 75 m 第四章岩石的弹性 1 弹性介质 连续介质2 应变的定义和概念 应变分量表示式3 线应变 角应变和体积应变 图示和表示 4 各向同性介质的胡克 Hooke 定律的一般表示式 张量 分量展开 表示式5 E K 泊松比和用拉梅系数的定义 表示式的推导 几种弹性常数定义和物理含义 6 弹性模量与速度的关系7 各向异性和非均质性的基本概念 横向各向同性和正交各向异性介质的独立弹性模量的个数 各向同性介质应力应变关系 称体积膨胀系数 单位张量 Kronecker克罗内克尔符号 各分量展开式 正应力只与正应变有关 同样剪切应力只与剪切应变有关 式中 杨氏模量 考虑轴线平行于X的各向同性圆柱体 棒 沿X轴加力 应力分量在杆轴方向X上不为零 11 0 侧向无力 12 13 23 22 33 0 轴向和侧向形变为 11 2 11 22 33 0 2 22 11 33 0 2 33 11 22 2 3 得 22 33可得 泊松比 Poisson sratio 定义泊松比为 22 11 在拉应力 或压应力 作用下 伴有膨胀 或压缩 的同时 在垂直应力方向产生压缩 或膨胀 则定义横向压缩 或膨胀 与纵向伸长 或压缩 之比 称为泊松比 得 体积模量 定义体积模量K为静压力 0与体积膨胀率 成正比 方向相反K 0 其中 0 xx yy zz xx yy zz表示体积膨胀系数 体形变 则 第五章岩石中波的传播和衰减 1 什么叫弹性波 体波 纵波和横波 同类波和转换波 2 横波在什么样的介质中传播 为什么 3 有限大介质中的速度比三维介质的大或是小 速度大小与介质的弹性模量有关外 还与的什么有关 4 射线 各种波的振动模式和射线方向图示方式 5 波阻抗和波的反射和透射和Snell定律 在什么条件下成立 7 用图示 射线表示波传播方向 双箭头表示波的类型 分别在几种分界面上 固 空 液 空 液 固 固 固界面 画出的波的入射与反射和透射波的关系 8 垂直入射时波的反射和透射系数 9 什么时候会发生波的极性反转 10 地震 测井和超声测试频段的频率范围是多少 第六章 1 岩石物理模型 有效介质模型概念2 建立有效介质模型是至少需要知道岩石的几种信息 3 为什么界限模型只能给出岩石弹性模型的上限和下限 在Voigt和Reuss模型中当岩石的孔隙形态变化 硬或软 时 上下限怎样变化 可作图示意 4 Voigt模型 Reuss模型表示式 物理意义和图示 如果知道了岩石成分和各成分的弹性模量 用 得到 5 V R H模型是什么 在什么时候使用 6 在Gassmann方程中岩石矿物的体积模量用什么模型得到 7 Wood方程的形式 在什么时候使用 应用实例 8 什么是Wyllie时间平均方程 写出其表示式 它适用于那种岩石 9 用Gassmann方程估算饱和岩石的体积模量时 需要知道岩石的那几个量 参数 10 岩石的骨架模量与干燥模量间有何不同 11 Biot理论与Gassmann方程的主要差别15 列出两个岩石物理模型分别叙述通过测量岩石的电性 电阻率 和弹性 速度 获得岩石的孔隙度 Wood方程应用实例一 在水饱和石英颗粒悬浮体 大气压力条件 石英 K石英 36GPa 石英 2 65g cm3 水 K水 2 2GPa 水 1 0g cm3孔隙度 0 4Reuss体积模量为 第七章 1 什么是岩石物理模型2 实验测试的必要性 总结3 4点3 影响沉积岩石地震特性的因素可分三类 岩石特性 孔隙中的流体特性和岩石的沉积环境 4 影响地震速度因素的定性描述 图示或描述5 简述速度 密度变换式篂是要性 写出Gardner公式并说明不同岩性的适用性 例外 6 孔隙度与速度的关系 对Wyllie时间平均方程进行那几方面的修正 高孔隙度修正 7 为什么需要横波速度 纵波速度与横波速度的关系 泥岩线8 Vp Vs比值 与泊松比有关 可作为岩性指示标记 9 岩石的弹性模量随有效压的增加而增大 随孔隙压的增加而减小 10 在多孔流体饱和岩石中不考虑流体与固体的相互作用 用 方程可以较好估算出其弹性模量 考虑流体与固体的相互作用则需用 理论 名词解释 孔喉比孔隙迂曲 曲折 度 孔隙纵横比束缚水弹性介质衰减系数离子导电岩石电子导电岩石横向各向同性速度各向异性 相对 介电常数纵波 横波 转换波 折射波频谱 透射定律senll定律体积模量 K E 拉梅系数 泊松比 岩石物理模型泥岩线波动射线波阻抗有效孔隙度有效压力岩石物理模型动力学运动学 基本概念 在沉积岩中具有显著的层理构造的泥质沉积岩称为页岩 反之称为泥岩 在地下多孔岩层中 砂岩和碳酸盐岩是其中两类最好油气储存岩石 岩石中常见的矿物只有20几种 其中又以长石 石英 辉石 闪石 云母 橄榄石 方解石 磁铁矿和黏土矿物为多 胶结物在岩石中的分布状况以及它们与碎屑颗粒的接触关系称为胶结类型 矿物与岩石的根本差别是不能用物理的方法把它分成在化学上互不相同的物质 在沉积岩中存在大量黏土矿物 也出现在变质的火成岩中 黏土矿物许多有种类 代表性的有高岭石 蒙脱石 伊利石等 在岩石的几种孔隙度定义中 绝对孔隙度比有效孔隙度大 流动孔隙度比有效孔隙 地温梯度是指地温随着深度的变化特征 一般埋深增加100米地温上升3 砂岩的结构组分包括颗粒和填隙物 填隙物中含有杂基和胶结物 孔隙配位数是指每个孔道所连通的喉道数 一般砂岩配位数介于2 15之间 束缚水一般存在于砂粒表面 砂粒接触处角隅或微毛管孔中 对于相同的沉积岩 在埋藏深度大致相同时 年代较老的沉积岩的密度要大于时代较新的沉积岩的密度 基本概念 岩石中的流体是指什么的总称 具有那些特征 对岩石孔隙度定义的有几种 谁大谁小 地层岩石孔隙流体中那些电流导电 而谁不具导电性 岩石电阻率主要取决于岩性 孔隙度 流体饱和度 导电流体矿化度 泥质含量以及温度等 岩石孔隙中流体的介电常数差别很大 石油不大于4 气体为1 水的介电常数在20 时约80 岩石的电性由导电矿物的相对含量电子导电和岩石中所含的流体决定离子导电 岩石位于潜水面以上时 导电作用主要取决于岩石内的吸附水 在潜水面以下时 岩石的含水量主要取决于 束缚水 毛细管水 和 自由水 重力水 在沉积岩中一般认为砂岩的骨架是不导电的 主要是岩石孔隙中的水导电 地层水指岩石孔隙中所含有的矿化水 其中含有的什么对电性电阻率最敏感 基本概念 在一维固体介质中应力与应变成正比 称其比例系数为杨氏模量 用字母E表示 在各向同性介质中常用拉梅系数 来表示介质的弹性模量 其中字母 即为介质的剪切模量 弹性介质中的应力是一个重要的力 它是作用于物体内部任何一个面上的力 起源于相邻质点的反作用 在正交各向同性介质有9个独立弹性常数 在立方系介质中只有3个弹性常数 横向各向同性介质有5个弹性常数 弹性波在无穷大均匀固体介质中传播时有两种类型的波 一种是纵波 另一种为横波 合称体波 纵波的质点振动方向与波的 传播 方向一致 传播速度最快 横波的质点振动方向与波传播方向垂直 波的传播速度比纵波慢 纵波可以在固体和流体中传播 而横波 只能在固体中传播 当波从波阻抗大的介质入射到波阻抗小的介质时 其反射波的极性与入射波的极性相反 这种现象称为 半波损失 在有限介质中波 其传播速度除了介质弹性有关外 还与介质的形状有关 波的传播特性主要用波的振幅 波长 波数 周期 频率 及速度等几个参数来描述 在研究不同介质波的传播规律中 波的传播速度和能量衰减是两个最重要的特征 地震 测井和超声测试频段的频率范围 基本概念 在计算岩石的弹性模型时 如果使用空间平均模型 用Voigt公式可给出岩石体积模量的上限 而用Reuss公式则给出岩石体积模量的下限 饱和多孔介质中纵波和横波的速度随孔隙度增大而