《低頻巖石物理頻散衰減測試方法》

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GRM

中關村綠色礦山產業(yè)聯(lián)盟團體標準

T/GRM001—2019

低頻巖石物理頻散衰減測試方法

Thenormativetechnicalrequirementsandwritingrulesforthelow-frequencyrock

physicaldispersionattenuationtestingmethodstandard

2023-07-1發(fā)布2023-08-01實施

中關村綠色礦山產業(yè)聯(lián)盟發(fā)布

T/GRM001—2019

低頻巖石物理頻散衰減測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了低頻巖石物理頻散衰減測試方法的原理、儀器設備、樣品安裝、注意事項、測試步驟、

計算方法、精密度和測試報告、。

本文件適用于低頻巖石物理實驗中頻散衰減的測定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，凡是注日期的引用

文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

用于本文件。

GB/T4756石油液體手工取樣法

GB/T6682分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法

3術語和定義

本文件沒有需要界定的術語和定義。

4原理

低頻測量的原理基于胡克定律（應力應變關系），直接測量彈性常數(shù)而不是速度。在各向同性介質

中，只有兩個獨立的彈性常數(shù)，利用應變片測量技術，選擇楊氏模量E和泊松比，利用正弦應力場垂

直施加到巖石樣品上。將一組應變片垂直粘貼在標準樣品上，兩組應變片垂直和水平地附著在巖石樣品

表面上，直接測量獲得的分別為粘貼在標準鋁樣縱向應變、巖石樣品表面平行于應力的應變v和垂

Alr

直于應力的應變h。這樣可以根據巖石樣品與標準鋁樣的等應力過程計算得到巖石的楊氏模量，并根

r

據其相位數(shù)據計算衰減的大小。

5儀器設備

低頻巖石物理實驗設備和測試流程見圖1。

1

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圖1低頻巖石物理實驗測試設備及流程

低頻巖石物理測量系統(tǒng)包括計算機控制系統(tǒng)、信號發(fā)生與接收系統(tǒng)、溫度和壓力加載系統(tǒng)、流體驅

替系統(tǒng)等，具體如下：

a)函數(shù)發(fā)生器；

b)電信號功率放大器；

c)激振器；

d)應變片；

e)接收信號放大器；

f)高精度模數(shù)轉換器；

g)溫度控制系統(tǒng)：溫度控制器、高溫高壓釜、高精度溫度傳感器；

h)壓力加載系統(tǒng)：氮氣儲氣罐、耐高壓流體管線、加壓泵、高精度壓力傳感器；

i)流體驅替系統(tǒng)：柱塞泵、蒸餾水（一級水）、流體管線、回壓裝置。

6樣品制備

首先，保證巖芯端面平整，在巖芯兩端粘貼鋁塊，見圖2：

圖2巖芯兩端粘貼鋁塊示意

在四個相互垂直的對稱方向畫出應變片粘貼位置；

巖芯兩端纏繞保護層：在巖芯兩端約25±5mm處用透明膠帶纏繞一圈，（避免后續(xù)工作中將巖芯

兩端污染），中間留出約30mm的地方；

2

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粘貼中間絕緣層：在巖芯中間約30mm處粘貼絕緣層。首先將環(huán)氧樹脂均勻的涂抹在絕緣膠帶上，

然后將絕緣膠帶粘貼在巖樣的中間部位；

固化：為使絕緣膠帶很好的與巖芯粘接牢固，需要用透明膠帶將絕緣層的接口處粘住，應均勻用

力，不宜將環(huán)氧樹脂擠出。然后放置24小時，讓其自然固化；

巖芯中間纏繞保護層：將絕緣層接口處的透明膠帶除掉，然后用寬透明膠帶將絕緣層整個纏繞一

圈，應避免絕緣層污染；

巖芯與粘接換能器粘接：將換能器及巖樣表面用酒精擦拭干凈，均勻的涂抹上環(huán)氧樹脂，使換能

器與巖樣粘接在一起。粘接時注意：

a)一定要縱波對縱波，橫波對橫波，上下對齊；

b)將換能器中間的空隙用透明膠帶粘住以防環(huán)氧樹脂進入；

c)粘接時將換能器與巖芯固定牢固以防換能器滑動；

固化：將粘好換能器的巖芯放置24小時，讓其自然固化；

換能器纏繞保護層：將粘接在巖芯兩端的換能器上端約20mm處用透明膠帶纏繞一圈，以防受污染；

粘貼巖芯兩端絕緣層：將巖芯兩端起保護作用的透明膠帶去除，把均勻涂抹環(huán)氧樹脂后的絕緣膠

帶纏繞在巖芯兩端及換能器2/3位置上，并用膠帶將絕緣層接口處粘住，放置24小時，讓其自然固化；

換能器粘接應變片：在換能器上粘貼垂直方向的應變片2片；

巖芯上粘貼應變片：在巖樣中間部分粘貼垂直方向和水平方向應變片4對8片，應變片如圖3；

圖3應變片

焊接應變片和導線；

外表包裹環(huán)氧樹脂。

7樣品安裝

低頻巖石物理實驗安裝樣品前，要清潔樣品上下兩端探頭和流體導管，用酒精擦拭探頭。應注意

避免膠體殘余落入流體導管堵塞導管。

直接安裝樣品和底部震源，調整震源位置，使震源能夠壓在樣品上同時在軸向上有足夠空間震動。

應盡量保證樣品中心軸與樣品軸重合。

涂抹AB膠，使樣品固定在上下震源中。用螺絲將底部震源固定在金屬架上。靜止等待膠體凝固。

將電橋與樣品表面應變片和電信號接收系統(tǒng)連接，見圖4。將輸出信號接入示波器，檢查信號波

形的相位振幅是否符合預期。

檢查通過后，用膠帶包裹金屬架，其目的是束縛金屬架內的導線及電橋，防止金屬架與腔壁摩擦

損壞電路。

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圖4電橋連接方式

8測試步驟

壓力、溫度、流體驅替控制的設置

8.1.1打開冷熱循環(huán)器總開關，打開并設置溫度（20℃-100℃）。

8.1.2檢查增壓系統(tǒng)的電腦主機，系統(tǒng)連接是否正常，打開電腦。

8.1.3關閉高溫高壓釜的放氣閥門。

8.1.4電腦操作增壓系統(tǒng)，設置加壓到約40MPa，測量思路是先加壓到最高圍壓，再加孔壓，測量后

每降5MPa，再測量直到降為標準大氣壓。

8.1.5當圍壓加到待測的最高值時，停止加壓，不要關閉壓力控制系統(tǒng)，關閉進氣閥，關閉氮氣瓶閥

門。

8.1.6打開流體驅替管線，打開流體柱塞泵，可以根據流體柱塞泵注入的液體體積來計算進入巖芯的

液體，注意記錄控制面板上的液體體積變化；

數(shù)據采集

8.2.1打開信號發(fā)生器，約2分鐘之后按順序打開電腦、振動信號放大器、采集信號放大器，檢測系

統(tǒng)之間是否連接好。

8.2.2進行控制面板參數(shù)設置。

8.2.3輸入測試頻率范圍和頻率點。

8.2.4設置數(shù)據文件和儲存路徑。

8.2.5開始實驗測量。

8.2.6等待系統(tǒng)設定所有頻率運行完畢，改變圍壓，每5MPa為一測量點，同時改變相應的孔壓控制

不同含水飽和度（0—100%，一般取四或五個點）。

8.2.7測量完畢后關閉信號發(fā)生器和信號放大器，在關閉信號放大器的時候注意先將增益調小為零之

后再關閉。

注意事項：

a)包裹內層環(huán)氧樹脂的要保證其平整，同時為了不影響應變的傳遞，內層樹脂盡量薄。搓導線

時，使每股導線盡量密集。

b)粘貼應變片時，需要輕壓應變片以使其緊密貼合，應保護壓敏電阻絲。每組應變片應相互垂

直。

c)在制備最外層環(huán)氧樹脂時，要進行抽真空操作，保證環(huán)氧樹脂內沒有氣泡影響實驗結果。

d)由于只能依靠泵中的流體含量判定注入水的量，為保證精準需要先將流體充滿管線之中再連

接腔體向樣品注入流體。

9計算

由下公式獲得待測巖石樣品的楊氏模量與泊松比：

························································(1)

???

?

??=?????4

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··························································(2)

?

??

?

式中：：樣品楊氏模量；：標準鋁樣楊氏模量?；?：標準鋁樣縱向應變；v：樣品

ErEAl?=?Alr

縱向應變；：測試樣品泊松比；h：樣品橫向應變

r

待測巖石樣品的縱波速度、橫波速度可以由公式（3）（4）獲得，其中為測量巖石樣品

VPVS

的密度：

··················································(3)

??1??

??=1?2?1+?·?··?··················································(4)

??

1

衰減因子通常用逆品質因子Q量化，?即?：=21+???

·························································(5)

11??

W是每單位循環(huán)的彈性應變能，W是每單位?循=環(huán)2?消?耗的能量。在小衰減下，逆品質因子等于應變和

應力之間的相位差的正切：

······················································(6)

?1

實驗上可以獨立的分別測量應力和應變的相位?，因=此??可?以?使用（6）計算樣品材料的品質因數(shù)，進而有

·················································(7)

?1??

同樣可求得縱橫波速度與體積模量的衰減?：?=??????????

·············································(8)

?1?1?1··························(9)