岩石物理学第五章-岩石电学

1第五章岩石电学第一节物理学基础一、基本物理量、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jEjEPe00qFEVpP分子电位移矢量DEPEDr002第五章岩石电学tDjHtBE0BqDdstDIdlH0dStBdlE0dSBqdSDIRUSLRSL3第五章岩石电学二、物质的导电和介电机理物质能够导电的原因：？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？4第五章岩石电学电介质的极化机制的具体划分（1）电子极化；（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！！5第五章岩石电学6第五章岩石电学三、物质的电性分类按导电性的差异将物质分为三类：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。7第五章岩石电学四、退极化场五、物质电导率理论简介六、物质介电常数理论简介七、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8第五章岩石电学第二节岩矿石的电阻率1.矿物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－４10－３9第五章岩石电学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的关系：高密度矿物电阻率↓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↑10第五章岩石电学2.岩石电阻率及其影响因素（1）岩石的导电类型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。11第五章岩石电学成分电阻率浓度gl-1NaClKClMgCl20.015365734310.1054.658.2451.005.755.754.9912第五章岩石电学当组成岩石的矿物颗粒为球形时，则岩石的电阻率为：VV)(2)(2212121211当组成岩石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：2121)1(VVtVVn)()(21212121113第五章岩石电学当组成岩石的矿物颗粒为片状时，则沿层方向岩石的电阻率为：2121)1(VVt当组成岩石的矿物颗粒为片状时，则与层方向垂直方向上的岩石的电阻率为：VVn21)1(由电阻的并联关系所得由电阻的串联关系所得14第五章岩石电学LLm12mmLLLLLLR1)(111mmLLLLR1222212121//RRRRRRRmmLLLRR)(12121mmmmLLLLLLRR)()(2121)(2121mmLLLRLLLL1LLLLmm)(2121LLLLLLLLLL//2121)1(VVt15第五章岩石电学对于由两种物质且具有层状结构组成的岩石，其电阻率为：221121//hhhht212211hhhhn由电阻的并联关系所得由电阻的串联关系所得16第五章岩石电学h1h221RRRAhR11112AhR22221RRRAhAh2211AhhAh2121hhAR212211hhhh水平方向时分辨率问题？17第五章岩石电学第三节岩矿石导电性实验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：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。wnn02W021W01RRRRRR18第五章岩石电学F=R0/RW=a/mF:地层因素(FormationFactor)。其只与孔隙度和孔隙结构有关,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—孔隙度★近似计算时,可取a=1m=21.阿尔奇（Archie）公式19第五章岩石电学电阻率指数(ResistivityIndex)（电阻增大系数）定义：I=Rt/R0I=b/Swn=b/（1-S0）nI只与岩石的含油饱和度有关，而与RW、孔隙度、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，表示油水在孔隙中分布状况对Rt的影响）b—系数★近似计算时，可取b=1n=220第五章岩石电学2.阿尔奇公式的变形（1）Homble公式（2）Dachnov公式（3）Kermbon公式15.262.0FmaFmaaF)(大庆油田中等胶结砂岩大港油田上第三系砂岩15.257.0F64.193.0F21第五章岩石电学3.胶结指数与饱和度指数的经验公式vum)1(00mmm019.087.1m（低孔隙碳酸盐岩储层。壳牌公式）22第五章岩石电学4.阿尔奇公式的优点与问题是利用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23第五章岩石电学mWaRRF0nWtSbRRI0nmtWWORabRSS11由和可得到：24第五章岩石电学A、b、m、n的求法25第五章岩石电学5.骨架导电时的岩石电阻率-泥岩的电阻率公式设Fn为含泥质岩石的地层因素，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：cnFFw0lim26第五章岩石电学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的，基于偶电层模型，岩石的电阻率有如下形式（Pathode.Wylie1950;Dewitte,1955）：wBA01wBA01式中：A和B为常数。令A=Cq,B=1/F,有（Schopper,1974）wqFC110当Cq=0时？？27第五章岩石电学第四节岩石导电性理论1.两相介质条件下电性特点（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。28第五章岩石电学2.单个毛细管模型-纯砂岩电阻率的宏观理论公式LkwwqLRLLLR00kwqLL0LqLLLkw1w10wF29第五章岩石电学LkwwqlRLLLR00PwkwwVllqlRLLLL22201)(/1)(220LlLLLVLlwPw1)(20LlFwma30第五章岩石电学3.水平层状介质模型-含泥质岩石电阻率的宏观理论公式（1）骨架不导电，即时m0,1,0mwF0当电流垂直于层面时，F,031第五章岩石电学(2）泥质成层状分布时sdshshshVV110wsdsdFwsdshshshFVV110根据阿尔奇公式，有当岩石部分含水时，用代替上式中的aSnwwtwsdF注意教材中所用符号32第五章岩石电学4.分布型泥质模型-含泥质岩石的电阻率TWF,0maFWdisTdisTWVV11,对于随机分布的泥质，导电介质的电阻率按并联方式计算：)1(110WdisTdisVVFTW,存在泥质时的等效地层水电阻率33第五章岩石电学5.离散颗粒堆积介质模型-纯砂岩地层因子的理论公式球体堆积模型柱型管堆积模型直毛细管堆积模型23F11PF34第五章岩石电学6.泥质砂岩电导率的韦克斯曼-斯密斯(W-S)方程阿尔奇公式的特点泥质的附加导电性含泥质岩石导电的等效电路weyx0ew0:地层水电导率:粘土离子交换电导率；:岩样电导率；和为常数xy,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yx对于含水纯砂岩：Fy/1,所以Fyx/1于是有：Fwe/)(035第五章岩石电学)(10wVBQFVQCEC:阳离子交换容量，代表每单位总孔隙中含有的可交换阳离子的摩尔数:阳离子交换能力，代表每单位质量干岩样含有的可交换阳离子量B: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：)(1nWwpWVSSBQF36第五章岩石电学6.泥质砂岩电导率双水模型W-S模型存在的问题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37第五章岩石电学设和分别代表粘土水和自由水的体积含量，则cwVfwVtVQcwQvV)(VQwTtCWWfwQvSVVV地层水电导率由粘土水和自由水电导率并联决定wTCWVQwVQwTweSQvQvS)(we将阿尔奇公式代入上式，得：FSnwTwet/)(WCWwTVQwnwTtSQvFS注意P77下面的说明！！38第五章岩石电学第五节岩石的介电常数1.岩石及矿物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4.9～5.839第五章岩石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5.6~6.3540第五章岩石电学1.影响岩石介电常数的主要因素频率；水分；成分和结构；地质产状；温度等。41第五章岩石电学第八节岩石的自然极化1.动电电位；2.扩散电位；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）42第五章岩石电学第十节岩石电磁参数的野外及实验室测量岩石电阻率的实验室测量方法mAmV～B△VＩAKEL43第五章岩石电学