声波岩石分级和岩石动弹性力学参数的分析研究内容介绍

内容提要

本书概括为两个方面内容：一、介绍对中国五个省40种岩石1430个岩心试样进行纵波速度检测，制

订出“纵波速度岩石可钻性分级标准”的方法、步骤和成果。二、通过对中国十个省33种岩石1000个岩

心试样的纵横波速度和密度的检测，进而计算出多种动弹性力学参数，并对之进行分析研究，包括：得出

了三大类岩石的密度和波速的关系图和相关方程，引述了岩石的平均相对原子质量对波速的影响；十二种

岩石的波速交会图和波速比；分析了模量比、泊松比与波速比的关系；通过抗压强度试验确认了岩石负泊

松比的存在；根据文献资料引述了裂隙密度和岩石模量的关系，以及关于岩石弹性模量的讨论等。这些深

化分析颇有新意，也很适用，已显示出利用声波方法研究岩石破碎机理的先进性和有待深化探索的具体内

容。书后还附录了部分岩心声波检测的原始记录汇总表。本书可供研究岩石破碎理论和岩石声波检测的科

技工作者参考。

目录

序言

前言

英文目录

绪论

第一章 岩心声波检测的理论基础

一、岩石的弹性性质

（一）应力和应变

（二）应力和应变的关系

（三）弹性理论

二、波动方程和弹性波传播速度

（一）几点假设

（二）平衡方程

（三）弹性波传播的速度

参考文献

第二章 声波岩石分级

一、早期岩石（体）声波分级

二、岩心超声检测技术

（一）岩心声波检测的条件

（二）岩心声波检测系统

三、声波岩石可钻性分级的可行性分析

（一）声波速度与岩性之间的关系

（二）声波与可钻性级别和统计可钻性指标（时效）之间的关系

四、纵波速度岩石可钻性分级标准的制订

（一）纵波速度检测资料整理

（二）数理统计的特征值

（三）各类岩石纵波速度数理统计汇总

（四）岩石纵波速度值的频率分布

（五）纵波速度岩石可钻性分级标准

五、纵波分级标准的试行和野外岩心径向检测试验

（一）“纵波速度岩石可钻性分级标准”在野外试行的评述

（二）岩心径向纵波速度检测试验

参考文献

第三章 岩心声波检测的深化

一、岩心横波速度的检测和应用

（一）横波换能器

（二）耦合材料和横波检测方法

（三）岩石的纵波和横波波形

（四）岩石动弹性力学参数及其内涵的初步分析

（五）动弹性力学参数与岩石可钻性的相关分析

二、岩石声波频谱分析

（一）岩石声波频谱测试分析方法

（二）频谱分析在岩石分级中的初步应用

（三）小结

参考文献

第四章 采用动弹性力学参数综合评定岩石可钻性

一、动弹性力学参数与岩石可钻性间的相关性一元回归分析

（一）回归分析总表

（二）微钻头钻速与各项动弹性力学参数的相关性分析

（三）相关系数的分析

二、动弹性力学参数与岩石可钻性相关性的多元回归分析

（一）关于8元回归方程的选择

（二）分岩石类别进行8元回归分析

（三）小结

参考文献

第五章 关于岩石动弹性力学参数的分析研究

一、分析研究岩石动弹性力学参数的意义

二、矿物的波速、密度和弹性性质的分析研究

（一）单质化学元素中的波速和密度及其与原子结构的关系

（二）矿物的密度和波速与其结晶化学特性及元素原子结构的关系

（三）矿物的波速、弹性模量与密度之间的关系

三、岩石的动弹性力学参数的分析研究

（一）岩石的密度和波速

（二）岩石的密度和波速的关系

（三）决定波速的两个主要因素是密度和岩石的平均相对原子质量

（四）岩石的波速比与岩性

四、动弹性力学参数之间的关系与岩性

（一）动弹性力学参数之间的关系

（二）流体饱和度对沉积岩各项动态模量的影响

（三）岩石的波速比与泊松比和模量比的关系

（四）岩石的波速比与裂隙密度的关系

（五）岩石的负值泊松比

（六）关于负泊松比的讨论

五、关于岩石弹性模量的讨论和动弹性力学参数的应用

（一）岩石动、静弹性模量的比较

（二）从岩石压缩变形，看动、静弹性模量的实质

（三）利用动杨氏模量与抗压强度相联系进行岩石分类

（四）利用波速与抗压强度相联系分析岩性

（五）用动泊松比粗略估计真实原地应力

六、结语

参考文献

后记

附录

附表1陕西省岩心声波检测记录及力学参数汇总表

附表2湖南省岩心声波检测记录及力学参数汇总表

英文简介

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在一定的技术工艺条件下， 岩石按被钻头破碎的难易程度的分级。根据钻进方法的不同，岩石可钻性分别有岩心钻探的岩石可钻性、 手动回转钻进的岩石可钻性、螺旋钻进的岩石可钻性、钢丝绳冲击钻进的岩石可钻性、 冲击振动钻进的岩石可钻性和石油钻井的岩石可钻性等。 中国冶金工程钻探采用岩心钻探的岩石可钻性。岩心钻探的岩石可钻性分为12级。表1为1958年中国地质部颁布的《岩石十二级分级表》，此表是以对于在规定的设备、 工具和技术规程的条件下进行实际钻进所获得的大量资料的统计分析为定级基础的。随着对岩石物理力学性质的深入研究、测试技术方法和仪器的进步、钻探设备和工艺技术的发展，为适应金刚石钻探工艺应用的需要， 并使岩石可钻性分级更趋科学、 准确、 合理， 1984年中国地质矿产部颁布了《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表》。该分级表采用了以岩石压入硬度为主，同时考虑摆球回弹次数、塑性系数、微钻速度和声波穿透速度等的综合分级法，将岩石仍分为12级，列为以压入硬度、摆球硬度和统计效率为指标的 （表2）、以微钻速度为指标的 （表3）和以声波穿透速度为指标的分级表。 实际应用时互相参照， 使岩石可钻性定级更符合实际情况。

表1 岩石十二级分级表

表2 金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表 （压入硬度和摆球硬度）

表3 金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表 （微钻钻速）

注： 表2和表3中“代表性岩石”一栏略。

为使用方便，常把1～3级称为“软岩石”；4～6级称为“中硬岩石”；7～9级称为“硬岩石”；10～12级称为 “坚硬岩石”。

从史莱涅尔和巴隆对一系列岩石磨蚀性测定的结果，可得出下述岩石结构组成对钢质材料磨蚀性的一般关系。

• 岩石具有硬的矿物组成时，磨蚀性增大。

• 对于岩浆岩和矿物而言，磨蚀系数ω大体上与其组成的矿物微痕硬度成正比例。

• 由软硬不同的几种矿物组成的岩石，其磨蚀性比单一矿物组成的岩石为大。

• 结晶体的矿物比其非晶态的磨蚀性为大。

• 沉积岩的磨蚀性系数几乎和它的石英含量成正比例。按照史氏观点，对于砂岩来说，岩石的磨蚀性和其侵入硬度成反比。岩石的侵入硬度反映了岩石的坚固性，而不是岩石的颗粒硬度。但据另外一些研究者的意见，含石英量相等的岩石，坚固的磨蚀性要大。而含石英多的砂岩，坚固性可能小于含石英多的。

无论是砂岩或岩浆岩，颗粒越细磨蚀性越弱。这是因为细粒构造的岩石表面较平整，接触点的真实应力较小。同时，物体的赫芝硬度随着压头的曲率半径减小将直线地增大。因此其磨蚀性也就削弱了。

砂岩的颗粒大小及其胶结物的强度对其磨蚀性影响很大，对于钢制工具来说，岩石颗粒由石英或长石组成，对磨蚀性的影响退居第二位。常常是花岗砂岩或长石砂岩，只要其粒度及侵入硬度跟石英砂岩相当，其磨蚀性也就差不多。但是对硬质合金的磨蚀，石英颗粒和长石颗粒大概是会不一样的。

岩石的磨蚀性，在很大程度上还取决于摩擦面的粗糙程度。如在正长石、石英和黄玉的晶面（或解理面）上摩擦，巴氏磨蚀性指标a值各为27.3、21.3和19.0，即反比例于硬度；而在其自然断口上摩擦，相当的a值却各为31.1、35.4和46.2，即说明只有在粗糙面上的磨蚀性才和硬度成正比。据此，巴氏采取了自然断口作为测定其磨蚀性的标准条件。

从以上介绍可知，对于沉积岩，影响其磨蚀性的因素莫过于石英的含量、颗粒大小以及岩石的坚固性了。 2100433B