聲波巖石分級和巖石動彈性力學(xué)參數(shù)的分析研究

目錄

序言

前言

英文目錄

緒論

第一章 巖心聲波檢測的理論基礎(chǔ)

一、巖石的彈性性質(zhì)

（一）應(yīng)力和應(yīng)變

（二）應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系

（三）彈性理論

二、波動方程和彈性波傳播速度

（一）幾點(diǎn)假設(shè)

（二）平衡方程

（三）彈性波傳播的速度

參考文獻(xiàn)

第二章 聲波巖石分級

一、早期巖石（體）聲波分級

二、巖心超聲檢測技術(shù)

（一）巖心聲波檢測的條件

（二）巖心聲波檢測系統(tǒng)

三、聲波巖石可鉆性分級的可行性分析

（一）聲波速度與巖性之間的關(guān)系

（二）聲波與可鉆性級別和統(tǒng)計可鉆性指標(biāo)（時效）之間的關(guān)系

四、縱波速度巖石可鉆性分級標(biāo)準(zhǔn)的制訂

（一）縱波速度檢測資料整理

（二）數(shù)理統(tǒng)計的特征值

（三）各類巖石縱波速度數(shù)理統(tǒng)計匯總

（四）巖石縱波速度值的頻率分布

（五）縱波速度巖石可鉆性分級標(biāo)準(zhǔn)

五、縱波分級標(biāo)準(zhǔn)的試行和野外巖心徑向檢測試驗

（一）“縱波速度巖石可鉆性分級標(biāo)準(zhǔn)”在野外試行的評述

（二）巖心徑向縱波速度檢測試驗

參考文獻(xiàn)

第三章 巖心聲波檢測的深化

一、巖心橫波速度的檢測和應(yīng)用

（一）橫波換能器

（二）耦合材料和橫波檢測方法

（三）巖石的縱波和橫波波形

（四）巖石動彈性力學(xué)參數(shù)及其內(nèi)涵的初步分析

（五）動彈性力學(xué)參數(shù)與巖石可鉆性的相關(guān)分析

二、巖石聲波頻譜分析

（一）巖石聲波頻譜測試分析方法

（二）頻譜分析在巖石分級中的初步應(yīng)用

（三）小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第四章 采用動彈性力學(xué)參數(shù)綜合評定巖石可鉆性

一、動彈性力學(xué)參數(shù)與巖石可鉆性間的相關(guān)性一元回歸分析

（一）回歸分析總表

（二）微鉆頭鉆速與各項動彈性力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析

（三）相關(guān)系數(shù)的分析

二、動彈性力學(xué)參數(shù)與巖石可鉆性相關(guān)性的多元回歸分析

（一）關(guān)于8元回歸方程的選擇

（二）分巖石類別進(jìn)行8元回歸分析

（三）小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第五章 關(guān)于巖石動彈性力學(xué)參數(shù)的分析研究

一、分析研究巖石動彈性力學(xué)參數(shù)的意義

二、礦物的波速、密度和彈性性質(zhì)的分析研究

（一）單質(zhì)化學(xué)元素中的波速和密度及其與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（二）礦物的密度和波速與其結(jié)晶化學(xué)特性及元素原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（三）礦物的波速、彈性模量與密度之間的關(guān)系

三、巖石的動彈性力學(xué)參數(shù)的分析研究

（一）巖石的密度和波速

（二）巖石的密度和波速的關(guān)系

（三）決定波速的兩個主要因素是密度和巖石的平均相對原子質(zhì)量

（四）巖石的波速比與巖性

四、動彈性力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系與巖性

（一）動彈性力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系

（二）流體飽和度對沉積巖各項動態(tài)模量的影響

（三）巖石的波速比與泊松比和模量比的關(guān)系

（四）巖石的波速比與裂隙密度的關(guān)系

（五）巖石的負(fù)值泊松比

（六）關(guān)于負(fù)泊松比的討論

五、關(guān)于巖石彈性模量的討論和動彈性力學(xué)參數(shù)的應(yīng)用

（一）巖石動、靜彈性模量的比較

（二）從巖石壓縮變形，看動、靜彈性模量的實質(zhì)

（三）利用動楊氏模量與抗壓強(qiáng)度相聯(lián)系進(jìn)行巖石分類

（四）利用波速與抗壓強(qiáng)度相聯(lián)系分析巖性

（五）用動泊松比粗略估計真實原地應(yīng)力

六、結(jié)語

參考文獻(xiàn)

后記

附錄

附表1陜西省巖心聲波檢測記錄及力學(xué)參數(shù)匯總表

附表2湖南省巖心聲波檢測記錄及力學(xué)參數(shù)匯總表

英文簡介

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內(nèi)容提要

本書概括為兩個方面內(nèi)容：一、介紹對中國五個省40種巖石1430個巖心試樣進(jìn)行縱波速度檢測，制

訂出“縱波速度巖石可鉆性分級標(biāo)準(zhǔn)”的方法、步驟和成果。二、通過對中國十個省33種巖石1000個巖

心試樣的縱橫波速度和密度的檢測，進(jìn)而計算出多種動彈性力學(xué)參數(shù)，并對之進(jìn)行分析研究，包括：得出

了三大類巖石的密度和波速的關(guān)系圖和相關(guān)方程，引述了巖石的平均相對原子質(zhì)量對波速的影響；十二種

巖石的波速交會圖和波速比；分析了模量比、泊松比與波速比的關(guān)系；通過抗壓強(qiáng)度試驗確認(rèn)了巖石負(fù)泊

松比的存在；根據(jù)文獻(xiàn)資料引述了裂隙密度和巖石模量的關(guān)系，以及關(guān)于巖石彈性模量的討論等。這些深

化分析頗有新意，也很適用，已顯示出利用聲波方法研究巖石破碎機(jī)理的先進(jìn)性和有待深化探索的具體內(nèi)

容。書后還附錄了部分巖心聲波檢測的原始記錄匯總表。本書可供研究巖石破碎理論和巖石聲波檢測的科

技工作者參考。

在一定的技術(shù)工藝條件下， 巖石按被鉆頭破碎的難易程度的分級。根據(jù)鉆進(jìn)方法的不同，巖石可鉆性分別有巖心鉆探的巖石可鉆性、 手動回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的巖石可鉆性、螺旋鉆進(jìn)的巖石可鉆性、鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)的巖石可鉆性、 沖擊振動鉆進(jìn)的巖石可鉆性和石油鉆井的巖石可鉆性等。 中國冶金工程鉆探采用巖心鉆探的巖石可鉆性。巖心鉆探的巖石可鉆性分為12級。表1為1958年中國地質(zhì)部頒布的《巖石十二級分級表》，此表是以對于在規(guī)定的設(shè)備、 工具和技術(shù)規(guī)程的條件下進(jìn)行實際鉆進(jìn)所獲得的大量資料的統(tǒng)計分析為定級基礎(chǔ)的。隨著對巖石物理力學(xué)性質(zhì)的深入研究、測試技術(shù)方法和儀器的進(jìn)步、鉆探設(shè)備和工藝技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)金剛石鉆探工藝應(yīng)用的需要， 并使巖石可鉆性分級更趨科學(xué)、 準(zhǔn)確、 合理， 1984年中國地質(zhì)礦產(chǎn)部頒布了《金剛石巖心鉆探巖石可鉆性分級表》。該分級表采用了以巖石壓入硬度為主，同時考慮擺球回彈次數(shù)、塑性系數(shù)、微鉆速度和聲波穿透速度等的綜合分級法，將巖石仍分為12級，列為以壓入硬度、擺球硬度和統(tǒng)計效率為指標(biāo)的 （表2）、以微鉆速度為指標(biāo)的 （表3）和以聲波穿透速度為指標(biāo)的分級表。 實際應(yīng)用時互相參照， 使巖石可鉆性定級更符合實際情況。

表1 巖石十二級分級表

表2 金剛石巖心鉆探巖石可鉆性分級表 （壓入硬度和擺球硬度）

表3 金剛石巖心鉆探巖石可鉆性分級表 （微鉆鉆速）

注： 表2和表3中“代表性巖石”一欄略。

為使用方便，常把1～3級稱為“軟巖石”；4～6級稱為“中硬巖石”；7～9級稱為“硬巖石”；10～12級稱為 “堅硬巖石”。

從史萊涅爾和巴隆對一系列巖石磨蝕性測定的結(jié)果，可得出下述巖石結(jié)構(gòu)組成對鋼質(zhì)材料磨蝕性的一般關(guān)系。

• 巖石具有硬的礦物組成時，磨蝕性增大。

• 對于巖漿巖和礦物而言，磨蝕系數(shù)ω大體上與其組成的礦物微痕硬度成正比例。

• 由軟硬不同的幾種礦物組成的巖石，其磨蝕性比單一礦物組成的巖石為大。

• 結(jié)晶體的礦物比其非晶態(tài)的磨蝕性為大。

• 沉積巖的磨蝕性系數(shù)幾乎和它的石英含量成正比例。按照史氏觀點(diǎn)，對于砂巖來說，巖石的磨蝕性和其侵入硬度成反比。巖石的侵入硬度反映了巖石的堅固性，而不是巖石的顆粒硬度。但據(jù)另外一些研究者的意見，含石英量相等的巖石，堅固的磨蝕性要大。而含石英多的砂巖，堅固性可能小于含石英多的。

無論是砂巖或巖漿巖，顆粒越細(xì)磨蝕性越弱。這是因為細(xì)粒構(gòu)造的巖石表面較平整，接觸點(diǎn)的真實應(yīng)力較小。同時，物體的赫芝硬度隨著壓頭的曲率半徑減小將直線地增大。因此其磨蝕性也就削弱了。

砂巖的顆粒大小及其膠結(jié)物的強(qiáng)度對其磨蝕性影響很大，對于鋼制工具來說，巖石顆粒由石英或長石組成，對磨蝕性的影響退居第二位。常常是花崗砂巖或長石砂巖，只要其粒度及侵入硬度跟石英砂巖相當(dāng)，其磨蝕性也就差不多。但是對硬質(zhì)合金的磨蝕，石英顆粒和長石顆粒大概是會不一樣的。

巖石的磨蝕性，在很大程度上還取決于摩擦面的粗糙程度。如在正長石、石英和黃玉的晶面（或解理面）上摩擦，巴氏磨蝕性指標(biāo)a值各為27.3、21.3和19.0，即反比例于硬度；而在其自然斷口上摩擦，相當(dāng)?shù)腶值卻各為31.1、35.4和46.2，即說明只有在粗糙面上的磨蝕性才和硬度成正比。據(jù)此，巴氏采取了自然斷口作為測定其磨蝕性的標(biāo)準(zhǔn)條件。

從以上介紹可知，對于沉積巖，影響其磨蝕性的因素莫過于石英的含量、顆粒大小以及巖石的堅固性了。 2100433B