《低頻巖石物理頻散衰減測(cè)試方法》編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

1.任務(wù)來(lái)源

近年來(lái)，雖然已有諸多考慮巖石的流體流動(dòng)機(jī)制建立的巖石物理理論用于預(yù)測(cè)與流體相

關(guān)的頻散和衰減，但是大多缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證，這對(duì)將巖石物理理論應(yīng)用于頻率相

關(guān)的地震頻散反演及分析造成了困難。因此借助應(yīng)力-應(yīng)變跨頻段設(shè)備的測(cè)量結(jié)果來(lái)尋找一種

能夠更加準(zhǔn)確預(yù)測(cè)飽和流體多孔巖石中地震波頻散與衰減規(guī)律的巖石物理理論。本文件的制

定任務(wù)主要來(lái)源于自選課題，并得到了國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“下古生界－前寒武系地球物

理勘探關(guān)鍵技術(shù)研究”和國(guó)家自然科學(xué)基金“針對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的跨頻段（從地震頻率—超

聲頻率）巖石物理實(shí)驗(yàn)與建模研究”以及“跨頻段巖石物理實(shí)驗(yàn)與理論驅(qū)動(dòng)的地震速度頻散

成像研究”的資助。

2022年7月20日，中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)綠盟(以下簡(jiǎn)稱中綠盟)發(fā)布了《關(guān)于征集2022

年度團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的通知》。按照通知要求，項(xiàng)目組提交了《低頻巖石物理頻散衰減測(cè)試方

法》的中綠盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)提案表。2022年8月1日，經(jīng)中綠盟研究決定,發(fā)布了《2022年度團(tuán)體

標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃》。

2.起草單位、參編單位

本文件起草單位：中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院

本文件參編單位：中國(guó)石油大學(xué)（北京）

3、主要起草人

文件的主要起草人：李闖、趙建國(guó)、潘樹(shù)新、王斌、曲永強(qiáng)、李智、王宏斌、閆博鴻、田雷、

張宇、王國(guó)棟、姚清洲、豐超、王振卿、李慧珍、房啟飛。

表1主要起草人所做的主要工作

序號(hào)姓名工作單位主要工作

1項(xiàng)目總策劃、負(fù)責(zé)人，制定技術(shù)路線，

李闖中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院

可行性調(diào)研，參編人員協(xié)調(diào)分工

2項(xiàng)目主要技術(shù)負(fù)責(zé)人，制定技術(shù)路線

趙建國(guó)中國(guó)石油大學(xué)（北京）

設(shè)計(jì)

3項(xiàng)目主要文案負(fù)責(zé)人，組織分工章節(jié)

潘樹(shù)新中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院

撰寫(xiě)，按照標(biāo)準(zhǔn)格式統(tǒng)稿

4負(fù)責(zé)巖心處理標(biāo)準(zhǔn)化工作，撰寫(xiě)巖心

王斌中國(guó)石油大學(xué)（北京）

處理相關(guān)文案

5曲永強(qiáng)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助巖心處理工作

負(fù)責(zé)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)測(cè)

6李智中國(guó)石油大學(xué)（北京）

試相關(guān)文案

7王宏斌中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助實(shí)驗(yàn)測(cè)試相關(guān)工作

8閆博鴻中國(guó)石油大學(xué)（北京）負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)中理論分析，撰寫(xiě)文案中理

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論相關(guān)章節(jié)

輔助理論分析，開(kāi)展立項(xiàng)論證前期文

9田雷中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院

獻(xiàn)調(diào)研

10張宇中國(guó)石油大學(xué)（北京）協(xié)助室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析

11王國(guó)棟中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析

12姚清洲中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析

13豐超中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析

14王振卿中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析

15李慧珍中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析

16房啟飛中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析

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二、制定標(biāo)準(zhǔn)的必要性和意義

當(dāng)前雖然已有諸多考慮巖石的孔隙結(jié)構(gòu)以及可能的流體流動(dòng)機(jī)制建立的巖石物理理論用

于預(yù)測(cè)與流體相關(guān)的頻散和衰減，但是大多缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證，這是由于傳統(tǒng)的對(duì)

巖石彈性性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量通常是在超聲頻率下完成的，和地震頻段不符合，這對(duì)將巖石物理

理論應(yīng)用于頻率相關(guān)的地震頻散反演及分析造成了困難，所以有必要更準(zhǔn)確地測(cè)量頻散和衰

減來(lái)更好地識(shí)別不同性質(zhì)的孔隙流體。因此借助應(yīng)力-應(yīng)變跨頻段設(shè)備的測(cè)量結(jié)果來(lái)尋找一種

能夠更加準(zhǔn)確預(yù)測(cè)飽和流體多孔巖石中地震波頻散與衰減規(guī)律的巖石物理理論，并研究這些

性質(zhì)對(duì)地震響應(yīng)的影響是依賴頻率的地震分析及疊前反演的前提與基礎(chǔ)。

而本文件基于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，提出一套適用于低頻巖石物理頻散與衰減的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它可為

測(cè)量低頻情況下的流體的頻散和衰減提供統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。

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三、主要起草過(guò)程

1、前期準(zhǔn)備

2021年12月-2022年4月，開(kāi)展了前期研究與資料收集工作，包括巖石物理頻散模型、

應(yīng)力-應(yīng)變跨頻段巖石物理測(cè)量技術(shù)、跨頻段測(cè)量與理論計(jì)算對(duì)比分析，探討立項(xiàng)的必要性和

結(jié)構(gòu)要點(diǎn)，為本標(biāo)準(zhǔn)編制打下了良好基礎(chǔ)。

2、標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)

2022年8月，在中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的指導(dǎo)下，成立標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)，標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)

就《低頻巖石物理頻散衰減測(cè)試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研制工作召開(kāi)了專題會(huì)議，擬定了標(biāo)準(zhǔn)編制

工作方案，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)編制工作進(jìn)行總體部署和任務(wù)分工，力求科學(xué)性和實(shí)用性。

3、確定標(biāo)準(zhǔn)編制原則

標(biāo)準(zhǔn)編制團(tuán)隊(duì)在充分研究國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的綠色礦山發(fā)展相關(guān)政策及要求，對(duì)比巖石物理實(shí)驗(yàn)

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并在結(jié)合流體的頻散和衰減的性質(zhì)的基礎(chǔ)上，確定了本標(biāo)準(zhǔn)的編制原則。

4、標(biāo)準(zhǔn)起草過(guò)程

①立項(xiàng)。2022年7月，成立標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)，召開(kāi)專題會(huì)議，擬定了標(biāo)準(zhǔn)編制工作方案，

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)編制工作進(jìn)行總體任務(wù)部屬和任務(wù)分工，力求科學(xué)性和實(shí)用性。

②擬定初稿。2022年10月，標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)在中國(guó)知網(wǎng)等網(wǎng)站廣泛收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)低頻巖

石物理實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的法律法規(guī)、規(guī)章、相關(guān)政策文件、標(biāo)準(zhǔn)，以及網(wǎng)站報(bào)道，期刊論文等材料，

并對(duì)其進(jìn)行綜合分析整理，搭建了標(biāo)準(zhǔn)編制的框架，完成了標(biāo)準(zhǔn)初稿。

③實(shí)驗(yàn)論證。2022年7月-2022年11月，進(jìn)行相應(yīng)的巖石物理低頻實(shí)驗(yàn)，研究測(cè)定方法、

分級(jí)要求等具體問(wèn)題，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)初稿進(jìn)行內(nèi)容填充和細(xì)節(jié)完善。

④內(nèi)部研討。2022年12月，標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)就標(biāo)準(zhǔn)初稿召開(kāi)了多次內(nèi)部討論會(huì)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)

行反復(fù)修改，形成了標(biāo)準(zhǔn)工作組討論稿，并明確了標(biāo)準(zhǔn)化需求和標(biāo)準(zhǔn)研制重點(diǎn)方向。

⑤確定終稿。2022年12月-2023年3月，在相關(guān)討論和修改的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最終確定了標(biāo)準(zhǔn)的終稿。

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四、制定標(biāo)準(zhǔn)的原則

堅(jiān)持高起點(diǎn)、嚴(yán)要求與適宜性、可操作性相結(jié)合原則。高起點(diǎn)即標(biāo)準(zhǔn)編制所涉及的原材

料及產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)不低于目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量指標(biāo)；嚴(yán)要求即標(biāo)準(zhǔn)的編

制應(yīng)嚴(yán)格遵循GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的

規(guī)定及相關(guān)法律法規(guī)的要求；適宜性既要充分考慮到行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)，又要有一個(gè)適

宜的范圍與程度，從而提高標(biāo)準(zhǔn)貫徹實(shí)施的可操作性。

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五、與現(xiàn)行有關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。

本標(biāo)準(zhǔn)符合國(guó)家環(huán)保、安全生產(chǎn)等方面的相關(guān)法律；

本標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T1.1-2020中的規(guī)定；

本標(biāo)準(zhǔn)與其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化文件無(wú)沖突。

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六、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容說(shuō)明

本標(biāo)準(zhǔn)提出了適用于低頻巖石物理頻散衰減測(cè)試的測(cè)試方法，主要包括室內(nèi)指標(biāo)的測(cè)定

及分級(jí)要求等內(nèi)容，適用于利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)計(jì)算，對(duì)樣品在低頻條件下測(cè)定流體的頻散

和衰減。本標(biāo)準(zhǔn)中涉及的主要的技術(shù)指標(biāo)和調(diào)研報(bào)告如下：

附件1:《測(cè)量原理》；

附件2:《儀器設(shè)備》；

附件3:《樣品制備》；

附件4:《樣品安裝》；

附件5:《測(cè)試步驟》；

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七、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的措施建議

1.組織措施

在中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的組織協(xié)調(diào)下，以標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)成員為主，成立標(biāo)準(zhǔn)宣貫小

組。

2.技術(shù)措施

組織撰寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)宣貫材料，組織標(biāo)準(zhǔn)宣貫培訓(xùn)，爭(zhēng)取標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后盡快在低頻巖石物理

實(shí)驗(yàn)中推廣應(yīng)用。

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附件1：

測(cè)量原理

低頻測(cè)量的原理基于胡克定律（應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系）。直接測(cè)量彈性常數(shù)而不是速度。在各

向同性介質(zhì)中，只有兩個(gè)獨(dú)立的彈性常數(shù)。為了利用成熟的應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)，選擇楊氏模量E

和泊松比。正弦應(yīng)力場(chǎng)垂直施加到巖心樣品上。將一組應(yīng)變片垂直粘貼在標(biāo)準(zhǔn)樣品上，兩組

應(yīng)變片垂直和水平地附著在樣品表面上，直接測(cè)量獲得的分別為粘貼在標(biāo)準(zhǔn)鋁樣的縱向應(yīng)變

vh

Al、巖石樣品表面平行于應(yīng)力的應(yīng)變r(jià)和垂直于應(yīng)力的應(yīng)變r(jià)。這樣可以根據(jù)巖石與標(biāo)準(zhǔn)

鋁樣的等應(yīng)力過(guò)程計(jì)算得到巖石的楊氏模量，并根據(jù)其相位數(shù)據(jù)計(jì)算衰減的大小。

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附件2：

儀器設(shè)備

低頻巖石物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試流程如圖1所示。

圖1低頻實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程

低頻巖石物理測(cè)量系統(tǒng)總共包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、信號(hào)發(fā)生與接收系統(tǒng)、溫度和壓力加

載系統(tǒng)、流體驅(qū)替系統(tǒng)，具體由以下各個(gè)儀器組成：

2.1函數(shù)發(fā)生器；

2.2電信號(hào)功率放大器；

2.3激振器；

2.4應(yīng)變片；

2.5接收信號(hào)放大器；

2.6高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

2.7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；

2.8壓力加載系統(tǒng)：氮?dú)鈨?chǔ)氣罐、耐高壓流體管線、加壓泵、高精度壓力傳感器；

2.9流體驅(qū)替系統(tǒng)：柱塞泵、蒸餾水、流體管線、回壓裝置；

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附件3：

樣品制備

低頻巖石物理實(shí)驗(yàn)樣品制備流程如下：

3.1首先，保證巖芯端面平整，在巖芯兩端粘貼鋁塊，如圖2所示：

圖2巖芯兩端粘貼鋁塊

3.2在四個(gè)相互垂直的對(duì)稱方向畫(huà)出應(yīng)變片粘貼位置；

3.3巖芯兩端纏繞保護(hù)層：在巖芯兩端約25mm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，為下道工序做準(zhǔn)備；

3.4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(shù)脂均勻的涂抹在絕緣

膠帶上，然后將絕緣膠帶粘貼在巖芯的中間部位；

3.5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，注

意用力要均勻，不然容易將環(huán)氧樹(shù)脂擠出。然后放置24小時(shí)，讓其自然固化；

3.6巖芯中間纏繞保護(hù)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(gè)

纏繞一圈，免除絕緣層受污染；

3.7巖芯與粘接換能器粘接：將換能器及巖芯表面用酒精擦拭干凈，均勻的涂抹上環(huán)氧樹(shù)脂，

使換能器與巖芯粘接在一起。粘接時(shí)注意：A一定要縱波對(duì)縱波，橫波對(duì)橫波，上下對(duì)齊；B

將換能器中間的空隙用透明膠帶粘住以防環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)入；C粘接時(shí)將換能器與巖芯固定牢固以

防換能器滑動(dòng)；

3.8固化：將粘好換能器的巖芯放置24小時(shí)，讓其自然固化；

3.9換能器纏繞保護(hù)層：將粘接在巖芯兩端的換能器上端約2cm處用透明膠帶纏繞一圈，以防

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受污染；

3.10粘貼巖芯兩端絕緣層：將巖芯兩端起保護(hù)作用的透明膠帶除掉，把均勻涂抹環(huán)氧樹(shù)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(shí)，讓其自然固化；

3.11換能器粘接應(yīng)變片：在換能器上粘貼垂直方向的應(yīng)變片2片；

3.12巖芯上粘貼應(yīng)變片：在巖芯中間部分粘貼垂直方向和水平方向應(yīng)變片4對(duì)8片，應(yīng)變片

如圖3；

圖3應(yīng)變片

3.13焊接應(yīng)變片和導(dǎo)線；

3.14外表澆鑄環(huán)氧樹(shù)脂。

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附件4：

樣品安裝

低頻巖石物理實(shí)驗(yàn)安裝樣品前，要清潔樣品上下兩端探頭和流體導(dǎo)管，用酒精擦拭探頭。

注意不要讓膠體殘余落入流體導(dǎo)管，堵塞導(dǎo)管。

直接安裝樣品和底部震源，調(diào)整震源位置，使震源能夠壓在樣品上同時(shí)在軸向上有足夠

空間震動(dòng)。此過(guò)程中需注意，考慮到波傳播的邊際效應(yīng)，應(yīng)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(yīng)變片和電信號(hào)接收系統(tǒng)連接。將輸出信號(hào)接入示波器，檢查信號(hào)波

形的相位振幅是否符合預(yù)期。

檢查通過(guò)后，用膠帶包裹金屬架，其目的是束縛金屬架內(nèi)的導(dǎo)線及電橋，防止在將金屬

架放入腔體內(nèi)的時(shí)候，與腔壁摩擦損壞電路。

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附件5：