最新岩石物理学第五章-岩石电学精品课件

第五章岩石(yánshí)电学第一节物理学基础(jīchǔ)一、基本(jīběn)物理量、场方程及测量单位电场强度矢量E电极化强度矢量P电流密度矢量j电位移矢量D*第一页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学*第二页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学二、物质的导电(dǎodiàn)和介电机理物质能够(nénggòu)导电的原因：？电荷的传递的几种方式：①扩散；②渗透；③迁移；④对流；⑤隧道效应。电介质的极化机制①无极分子的位移极化；②有极分子的取向极化。电荷的种类？在外电场作用下产生电偶极矩在外电场作用下电偶极矩矢量和不为0了。极化？*第三页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学电介质的极化机制的具体(jùtǐ)划分（1）电子(diànzǐ)极化；（2）离子极化；（3）分子极化；（4）固有电偶极矩转向；（5）界面极化。极化机制与外加电场频率有关！！*第四页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学*第五页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学三、物质(wùzhì)的电性分类按导电性的差异(chāyì)将物质分为三类：导体、半导体和绝缘体。导体的分类：（1）电子导体；（2）电子半导体；（3）固体离子导体。绝缘体（介电体）的分类：（1）极性介电体；（2）非极性介电体。*第六页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学四、退极化场五、物质(wùzhì)电导率理论简介六、物质介电常数理论(lǐlùn)简介七、介电弛豫自学八、混合物介电常数的立方定律九、复杂物质电导率和介电常数的宏观描述*第七页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学第二节岩矿石(kuàngshí)的电阻率1.矿物(kuàngwù)的电阻率及其影响因素岩石名称电阻率（Ωm）矿物名称电阻率（Ωm）粘土泥岩页岩疏松砂岩泥质页岩致密砂岩含油砂岩贝壳石灰岩泥灰岩石灰岩白云岩玄武岩花岗岩1～2×1025～6010～1022～505～10３20~10３2~10320～2×1025～5×10360～6×lO３50～6×1036×102～10５60×102～10５石　　英白云母长石石油方解石硬石膏无水石膏石墨磁铁矿黄铁矿黄铜矿1012～10１４4x10114x1011109～10１６5×103～5×10１２104～10610910－6～3×10－４10－４～6×10－３lO－４10－３*第八页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学统计资料表明，矿物的电阻率与其密度和化学键之间有一定(yīdìng)的关系：高密度矿物(kuàngwù)电阻率↓金属键、离子-金属键、共价-金属键中等密度矿物电阻率↑电阻率↓共价键混合键低密度矿物电阻率↑*第九页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学2.岩石电阻率及其影响(yǐngxiǎng)因素（1）岩石的导电(dǎodiàn)类型电子导电类离子导电类电子-离子导电类（2）岩石电阻率的影响因素岩性；地层水电阻率；孔隙度及其结构；含水饱和度等。*第十页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学成分电阻率浓度gl-1NaClKClMgCl20.015365734310.1054.658.2451.005.755.754.99*第十一页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学当组成(zǔchénɡ)岩石的矿物颗粒为球形时，则岩石的电阻率为：当组成岩石(yánshí)的矿物颗粒为针状时，则沿颗粒的长轴和短轴方向的电阻率分别为：*第十二页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学当组成岩石的矿物颗粒(kēlì)为片状时，则沿层方向岩石的电阻率为：当组成岩石的矿物颗粒为片状时，则与层方向(fāngxiàng)垂直方向(fāngxiàng)上的岩石的电阻率为：由电阻的并联关系所得由电阻的串联关系所得*第十三页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学LLm*第十四页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学对于由两种物质且具有层状结构组成(zǔchénɡ)的岩石，其电阻率为：由电阻的并联关系(guānxì)所得由电阻的串联关系所得*第十五页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学h1h2水平方向(fāngxiàng)时分辨率问题？*第十六页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学第三节岩矿石导电性实验(shíyàn)定律岩石储油物性的好坏取决于岩石的有效孔隙度,但它不能通过测量得到。经研究表明R0与RW、孔隙度和岩性有关，通过实验得知，无论如何改变RW，但R0与RW的比值是个常数(chángshù)：我们定义这个比值为岩石的地层因素F，它只与岩石的孔隙度、胶结情况和孔隙形状有关，而与RW无关。*第十七页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学F=R0/RW=a/mF:地层因素(FormationFactor)。其只与孔隙度和孔隙(kǒngxì)结构有关,亦称相对电阻率R0—100%含水岩石的电阻率RW—地层水电阻率a—岩性指数m—胶结指数—孔隙(kǒngxì)度　　★近似计算时,可取a=1m=21.阿尔奇（Archie）公式(gōngshì)*第十八页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学电阻率指数(ResistivityIndex)（电阻增大系数）　　　　　定义：I=Rt/R0　　I=b/Swn=b/（1-S0）nI只与岩石的含油饱和度有关，而与RW、孔隙(kǒngxì)度、及隙度的形状无关。　　　Rt—岩石的电阻率　　　R0—100%含水岩石的电阻率　　n—饱和度指数（只与岩性有关，表示油水在孔隙(kǒngxì)中分布状况对Rt的影响）　　b—系数　　　★近似计算时，可取b=1n=2*第十九页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学2.阿尔奇公式(gōngshì)的变形（1）Homble公式(gōngshì)（2）Dachnov公式(gōngshì)（3）Kermbon公式(gōngshì)大庆油田中等胶结砂岩大港油田上第三系砂岩*第二十页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学3.胶结指数(zhǐshù)与饱和度指数(zhǐshù)的经验公式（低孔隙(kǒngxì)碳酸盐岩储层。壳牌公式）*第二十一页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学4.阿尔奇公式的优点(yōudiǎn)与问题是利用(lìyòng)测井资料定量评价储层的基础；是测井信息和地质信息相互转换的桥梁。可靠性问题；m和n的物理意义不明确。优点缺点*第二十二页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学由和可得到(dédào)：*第二十三页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学A、b、m、n的求法*第二十四页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学5.骨架导电时的岩石电阻率-泥岩(níyán)的电阻率公式设Fn为含泥质岩石(yánshí)的地层因素，则：Fn=PFFcFc为纯岩石的地层因素；PF为比例因子。当地层水矿化度比较高时，泥质对岩石电导率的影响减小，则：*第二十五页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学含泥质岩石电导率增加的原因是是泥质的附加导电性引起(yǐnqǐ)的，基于偶电层模型，岩石的电阻率有如下形式（Pathode.Wylie1950;Dewitte,1955）：式中：A和B为常数(chángshù)。令A=Cq,B=1/F,有（Schopper,1974）当Cq=0时？？*第二十六页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学第四节岩石(yánshí)导电性理论1.两相介质(jièzhì)条件下电性特点（1）载流子及其流动机制；（2）液相中的电流形式与离子的定向移动有关；（3）二次电动势的影响；（4）偶电层的影响；（5）分布电容的影响等。*第二十七页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学2.单个毛细管模型-纯砂岩电阻率的宏观(hóngguān)理论公式L*第二十八页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学L*第二十九页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学3.水平(shuǐpíng)层状介质模型-含泥质岩石电阻率的宏观理论公式（1）骨架(gǔjià)不导电，即时当电流垂直于层面时，*第三十页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学(2）泥质成层状分布(fēnbù)时根据(gēnjù)阿尔奇公式，有当岩石部分含水时，用代替上式中的注意教材中所用符号*第三十一页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学4.分布型泥质模型(móxíng)-含泥质岩石的电阻率对于随机分布(fēnbù)的泥质，导电介质的电阻率按并联方式计算：存在泥质时的等效地层水电阻率*第三十二页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学5.离散颗粒堆积(duījī)介质模型-纯砂岩地层因子的理论公式球体(qiútǐ)堆积模型柱型管堆积模型直毛细管堆积模型*第三十三页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学6.泥质砂岩(shāyán)电导率的韦克斯曼-斯密斯(W-S)方程阿尔奇公式(gōngshì)的特点泥质的附加导电性含泥质岩石导电的等效电路:地层水电导率:粘土离子交换电导率；:岩样电导率；和为常数,设交换阳离子传导的电流和孔隙自由电解液中离子传导的电流路径相同,则对于含水纯砂岩：,所以于是有：*第三十四页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学:阳离子交换(jiāohuàn)容量，代表每单位总孔隙中含有的可交换(jiāohuàn)阳离子的摩尔数:阳离子交换能力(nénglì)，代表每单位质量干岩样含有的可交换阳离子量:交换阳离子的当量电导率对于部分含水的情况，则岩石的电导率为：*第三十五页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学6.泥质砂岩(shāyán)电导率双水模型W-S模型存在(cúnzài)的问题粘土的阳离子交换作用吸附水钠离子结合水H+H+O粘土颗粒粘土颗粒NaCl溶液中的离子浓度Na+Cl-粘土水与自由水水合离子*第三十六页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学设和分别代表粘土水和自由水的体积(tǐjī)含量，则地层水电导率由粘土水和自由(zìyóu)水电导率并联决定将阿尔奇公式代入上式，得：注意P77下面的说明！！*第三十七页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学第五节岩石(yánshí)的介电常数1.岩石及矿物(kuàngwù)的介电常数矿物相对介电常数矿物相对介电常数金刚石5.7赤铁矿25.0～170石墨<81萤石6.26～6.79方铅矿17.0～81.0橄榄石6.8黄铁矿33.7～81.0云母5.4磁黄铁矿<81正长石4石英3.8透辉石2.9石膏6.16普通角闪石4.9～5.8*第三十八页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学岩石相对介电常数岩石相对介电常数干燥砂岩4.6~5.9花岗闪长岩6天然气1砂岩5石油2~2.4白云岩6.9灰岩7.5~9.2火山凝灰岩3.8~4.5泥岩5~25黑云母花岗岩6~8砂质泥岩5.53灰绿岩11.6干燥白云岩7~11盐岩5.6~6.35*第三十九页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学1.影响岩石介电常数(jièdiànchánɡshù)的主要因素频率；水分(shuǐfèn)；成分和结构；地质产状；温度等。*第四十页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学第八节岩石的自然(zìrán)极化1.动电电位；2.扩散(kuòsàn)电位；3.薄膜电位；4.电化学电位；5.电极电位及氧化-还原电位（扩散吸附电位）（过滤电位）*第四十一页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学第十节岩石电磁参数的野外(yěwài)及实验室测量岩石(yánshí)电阻率的实验室测量方法mAmV～B△VＩAKEL*第四十二页，共43页。第五章岩石(yánshí)电学*第四十三页，共43页。