3岩石的电磁学特征.ppt

第三章 岩石的电磁学性质 ;3.1 岩石的导电特性 ;岩石的电性由导电矿物的相对含量及岩石中所含的流体决定。 按其导电特性可将岩石分成两类： ①没有离子导体(电解液)和没有孔隙(裂隙)水极化效应的岩石。这类岩石主要是致密岩石，有孔隙及裂隙；但在孔隙和裂隙中没有水的岩石具有非常高的电阻率。 ②含有离子导体及有强烈的孔隙(裂隙)水极化效应的岩石。这种岩石主要是含水的孔隙性沉积岩，尤其是碎屑岩、裂隙发育的岩浆岩及变质岩。 ;一、岩石的导电性与电阻率 ;1、主要矿物和岩石的电阻率 ;可以看出：不同岩石及矿物的电阻率变化范围很大；除金属矿物电阻率极低外，主要造岩矿物(如石英、长石、云母、方解石等)电阻率都很高； 按岩石成因看，大部分火成岩(如玄武岩、花岗岩等)电阻率都很高，而沉积岩的电阻率则比较低。 沉积岩的特点是离子导电，沉积岩中地下水的矿化度、动态和水文化学特点对岩石的电阻率有很大的影响。 在众多的沉积岩中，白云岩和致密结晶灰岩的电阻率最高，可达到106Ω?m ，而砂岩的电阻率在几十到100Ω?m 之间。 另外，由于沉积岩具有明显的成层性，所以其电阻率具有显著的各向异性。 ;2、岩石电阻率变化的一般规律 ;沉积岩的特点是离子导电。由于沉积岩的含水量主要由层间地下水决定，所以地下水的矿化度、动态和水文化学特点对岩石的电阻率有很大的影响。 在众多的沉积岩中，白云岩和致密结晶灰岩的电阻率最高，可达到106Ω? m，而砂岩的电阻率在几十到100Ω? m之间。 另外，由于沉积岩具有明显的成层性，所以其电阻率具有显著的各向异性。 ;3、岩石的电阻率及其影响因素 ;由于岩石中的水是储存在孔隙中的，所以岩石的孔隙度和孔隙结构决定了岩石的含水量大小。 如果孔隙是连通的，则其中的水对岩石的电阻率有很大的影响。否则，如果孔隙是不连通的，则其中的水对岩石的电阻率只有很小的影响。 ;岩石骨架可以认为是不导电的，纯砂岩地层的导电机理主要是离子导电，离子导电岩石的电阻率主要取决于孔隙中流体的导电能力。 因为石油和天然气的电阻率值要比地层水的电阻率值大得多，??此，当岩石孔隙中含油气饱和度比较高时，地层的电阻率值就比较高，这是电阻率测井方法评价地层含油饱和度的物理基础。 电阻率测井之所以能成为应用最广泛、也是最重要的测井方法，主要依赖于建立在岩石物理实验基础上的阿尔奇(Archie)公式。 ;二、含流体岩石导电特性的实验定律 ;饱和岩石的导电性;1、含水岩石导电性的实验定律 ;地层因子;阿尔奇地层因子公式;2、岩石导电的理论模型 ;当电流通过充满水的毛细管孔隙时的电阻 用R0表示全饱和电阻为Rw的水岩石的电阻率， 注意，这是水饱和岩石的电阻率，电流通过的面积和长度是岩石的截面积A和长度L。;孔隙度和曲折度之间的关系 ;孔隙介质的导电特性和岩石本身的物性参数之间存在一定关系。地层因子F是岩石孔隙度和孔隙几何形状的参数。不同的研究者建立不同的孔隙结构模型，得到不同的公式，但可概括为下面的一般形式： 式中常数C受迂曲度影响，一般C=l／L，其值等于1或大于1，理论上在1到2之间；m与孔隙空间减少或电流通道减少有关，称胶结指数。对胶结岩石来讲，m在1.8～2.0之间，非胶结介质大约为1.3。 ;3、含油岩石电阻率与饱和度关系 ;电阻率指数I;对不同岩性的岩石研究的结果，都可得到电阻指数与饱和度的公式 式中So—含油饱和度， 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。 当知道n和b之后，可利用公式或I与So的关系曲线．求出地层的含油气饱和度。 ;此式表明，电阻指数是电流流经的有效路径和有效截面积的函数，它既取决于孔隙结构参数，又与饱和度有关。 采用比值的方法，电阻指数消除了地层水电阻率、岩石孔隙度和孔隙形状等因素的影响，当岩性一定时，它只与岩石含油饱和度有关。 ;可以把电阻指数公式写成与地层因子公式类似的一般形式： 式中C’为曲折度函数；n为饱和度指数。 电阻指数公式是电测井方法中一个十分有用的公式，它是一个表示岩石电阻率与含水饱和度关系的经验公式。表明了电阻指数是含永饱和度及电流路径的函数。 阿尔奇（Archie）总结分析了大量实验数据，建议用下面的形式： ;4、阿尔奇公式;阿尔奇公式的建立是以纯砂岩地层为基础的，适用于地层较纯(含泥少)、孔隐分布均匀、地层水矿化度相对高以及离子导电是唯一的导电方式的条件下。 在这种条件下，m和n值都近似等于2，a和b值都近似等于1。;阿尔奇公式优点;阿尔奇公式局限;5、双对数曲线;6、泥质砂岩电导率 (Waxman - Smith)方程 ;W－S模型认为粘土的导电是由粘土颗粒表面吸附的阳离子所造成的，并与孔隙溶液中的其他阳离子交换位置