巖石粘彈性質(zhì)的實驗研究——衰減、波速頻散及加卸載響應比.pdf

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

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力作用頻率域內(nèi)衰減隨頻率變化。
　　 為了找出衰減同初應力水平、應力振幅以及應力作用周期之間的關系，對大慶油田砂巖，分別在4.4MPa、8.8MPa、13.2MPa的初應力水平下（即振幅的基線），進行了一系列地震學中感興趣的應變范圍（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，定量地找出了衰減與三者關系，并用線性粘彈理論、內(nèi)時理論、P-M模型給予了解釋，利用已有的實驗結(jié)果計算了內(nèi)時理論模型參數(shù)α，用實驗規(guī)律對未知應力振幅和作用周期下衰減值進行了預測并和實驗值進行了對比，預測值和實驗值符合很好。
　　 為了獲得長周期下衰減，對大慶砂巖、郯廬斷裂帶合肥段紫蓬山干燥砂巖，在扣除應力振幅對衰減影響的基

4、礎上，在不同初應力水平下（8.8MPa、13.2MPa）
　　 進行時間為1小時、2小時、4小時、12小時、1天、2天、3天的蠕變實驗，發(fā)現(xiàn)衰減隨蠕變時間增大而增大，這與內(nèi)時理論中關于衰減隨應變振幅增大而增大的結(jié)論也一致。并將用應力應變曲線法計算出長時間大應變量下的衰減對比了相同初應力水平下超聲波頻率470KHz、700KHz 下測得的衰減，實驗結(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200

5、％，除了不同方法對結(jié)果影響外還可能與頻率有關，這種規(guī)律性與標準線性體衰減-頻率理論推導一致。地下巖石長時間處于一定應力作用狀態(tài)因此蠕變作用下衰減比其他方法測得的結(jié)果更接近于地層條件下巖石衰減。波速測量的研究也很多，通常強調(diào)的是實驗的結(jié)果和規(guī)律性，對實驗條件對結(jié)果造成的影響討論較少，不同的測量條件會對實驗結(jié)果造成偏差，即使同一塊樣品同一個人在不同的測量條件下獲取的波速值也可能不同，研究各種因素對波速影響對規(guī)范測量條件獲取準確波速是必要的。

6、
　　 為了總結(jié)出測量條件對波速的影響，對上百塊不同尺寸、不同衰減、空氣干燥的樣品（砂巖、大理巖、花崗巖、鐵、鋁、有機玻璃）用不同頻率的換能器進行了波速測量，定量地得出樣品長度、換能器頻率、放大器倍數(shù)、耦合強度和耦合劑對波速的影響，揭示了尺寸和本征衰減對頻散的影響，其中關于穩(wěn)定波速所需的樣品長度比現(xiàn)有推薦長度要小，說明推薦標準還有放寬可能。嘗試了頻散法測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。
　　 加卸載響應比理論對巖石破裂實驗數(shù)據(jù)處理已取得很好效果，但對蠕變破裂過程的響應比的變化研究較少。為了從響應比的角度來研究整個蠕變破裂過程，本文通過逐級加載的蠕變實驗獲得了大理巖蠕變破裂全過程曲線，并進行了分解，計算了蠕變破裂過程中楊氏模量，蠕變量，蠕變速率等參數(shù)的加卸載響應比，討論了蠕變各階段響應比的變化。發(fā)現(xiàn)與已有的孕震破裂過程中響應比一致；楊氏模量隨應力的響應曲線異于典型本構(gòu)曲線，可能與巖石的弱化和穩(wěn)態(tài)