武漢巖土所在巖石微觀結構對應力相關P波各向異性的影響研究方面取得新進展

時間:2022-04-01

  波速各向異性廣泛存在于沉積巖中,在地震資料處理過程中,如果不考慮波速各向異性,將會導致波速反演層析成像的結果不準確。從巖石的微觀結構上來看,礦物的擇優取向和微裂紋排列(圖1)是巖石具有波速各向異性的原因。在外力作用下,巖石的微觀結構會發生改變,從而影響波速的各向異性特征。因此,研究巖石波速各向異性的應力敏感性對波速成像及波速反演巖石微觀結構變化具有實際工程意義。

  在傳統的室內巖石物理實驗中,很難連續觀測不同應力條件下巖石的微觀結構特征?;诖?,中國科學院武漢巖土力學研究所二氧化碳地質封存研究團隊通過基于離散元的數值分析方法模擬了層理平行/垂直與最大主應力的砂巖在不同應力條件下P波波速變化過程,并基于橢圓擬合方法分析了波速各向異性參數(圖2),從而揭示了波速應力敏感性的微觀機理:微裂紋的應力敏感性是波速各向異性變化的主要原因。圍壓作用下,微裂紋閉合,其數量減小是波速各向異性減弱的原因(圖3);偏應力作用下,微裂紋平行于最大主應力方向的微裂紋張開,垂直方向的微裂紋閉合。因此,對于層理與最大主應力方向平行的砂巖,即使偏應力作用下微裂紋數量在減小,微裂紋的各向異性也會增強。而層理與最大主應力方向垂直的砂巖,在持續偏應力作用下,波速各向異性先減小再增大,波速各向異性方向在應力誘導下發生轉向。由于礦物的排列難以受應力影響而改變,從而影響波速各向異性轉向過程,因此波速各向異性轉向滯后于微裂紋各向異性轉向。 

  本研究成果得到國家自然科學基金(資助號:41902297,41872210,41274111)、湖北省青年基金(資助號:2018CFB292)等共同資助。相關論文已經發表在巖石力學和巖石物理方面國際主流期刊Rock Mechanics and Rock Engineering,Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,Geophysical Journal International。 

  論文鏈接1 :https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-017-1356-2 

  論文鏈接2 :https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674775519307255 

  論文鏈接3 :https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674775520300780?via%3Dihub

  論文鏈接4 :https://academic.oup.com/gji/article-abstract/228/2/876/6375415?redirectedFrom=fulltext 

 

圖1 含層理砂巖巖石微觀結構(礦物和微裂紋定向排列)

 

圖2 基于最小二乘法擬合得到波速各向異性參數

 

圖3 外力作用下砂巖微觀結構變化

(文/圖 二氧化碳地質封存組)

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