《低頻巖石物理頻散衰減測試方法》編制說明

一、工作簡況

1.任務來源

近年來，雖然已有諸多考慮巖石的流體流動機制建立的巖石物理理論用于預測與流體相

關的頻散和衰減，但是大多缺乏相應的實驗數(shù)據(jù)來驗證，這對將巖石物理理論應用于頻率相

關的地震頻散反演及分析造成了困難。因此借助應力-應變跨頻段設備的測量結果來尋找一種

能夠更加準確預測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

定任務主要來源于自選課題，并得到了國家科技重大專項課題“下古生界－前寒武系地球物

理勘探關鍵技術研究”和國家自然科學基金“針對碳酸鹽巖儲層的跨頻段（從地震頻率—超

聲頻率）巖石物理實驗與建模研究”以及“跨頻段巖石物理實驗與理論驅動的地震速度頻散

成像研究”的資助。

2022年7月20日，中關村綠色礦山產業(yè)綠盟(以下簡稱中綠盟)發(fā)布了《關于征集2022

年度團體標準項目的通知》。按照通知要求，項目組提交了《低頻巖石物理頻散衰減測試方

法》的中綠盟團體標準提案表。2022年8月1日，經中綠盟研究決定,發(fā)布了《2022年度團體

標準制訂計劃》。

2.起草單位、參編單位

本文件起草單位：中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院

本文件參編單位：中國石油大學（北京）

3、主要起草人

文件的主要起草人：李闖、趙建國、潘樹新、王斌、曲永強、李智、王宏斌、閆博鴻、田雷、

張宇、王國棟、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

序號姓名工作單位主要工作

1項目總策劃、負責人，制定技術路線，

李闖中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院

可行性調研，參編人員協(xié)調分工

2項目主要技術負責人，制定技術路線

趙建國中國石油大學（北京）

設計

3項目主要文案負責人，組織分工章節(jié)

潘樹新中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院

撰寫，按照標準格式統(tǒng)稿

4負責巖心處理標準化工作，撰寫巖心

王斌中國石油大學（北京）

處理相關文案

5曲永強中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助巖心處理工作

負責室內實驗設備操作，撰寫實驗測

6李智中國石油大學（北京）

試相關文案

7王宏斌中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助實驗測試相關工作

8閆博鴻中國石油大學（北京）負責實驗中理論分析，撰寫文案中理

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論相關章節(jié)

輔助理論分析，開展立項論證前期文

9田雷中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院

獻調研

10張宇中國石油大學（北京）協(xié)助室內試驗和理論分析

11王國棟中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內試驗和理論分析

12姚清洲中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內試驗和理論分析

13豐超中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內試驗和理論分析

14王振卿中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內試驗和理論分析

15李慧珍中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內試驗和理論分析

16房啟飛中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院協(xié)助室內試驗和理論分析

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二、制定標準的必要性和意義

當前雖然已有諸多考慮巖石的孔隙結構以及可能的流體流動機制建立的巖石物理理論用

于預測與流體相關的頻散和衰減，但是大多缺乏相應的實驗數(shù)據(jù)來驗證，這是由于傳統(tǒng)的對

巖石彈性性質的實驗測量通常是在超聲頻率下完成的，和地震頻段不符合，這對將巖石物理

理論應用于頻率相關的地震頻散反演及分析造成了困難，所以有必要更準確地測量頻散和衰

減來更好地識別不同性質的孔隙流體。因此借助應力-應變跨頻段設備的測量結果來尋找一種

能夠更加準確預測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

性質對地震響應的影響是依賴頻率的地震分析及疊前反演的前提與基礎。

而本文件基于室內實驗，提出一套適用于低頻巖石物理頻散與衰減的技術標準，它可為

測量低頻情況下的流體的頻散和衰減提供統(tǒng)一的技術依據(jù)和標準。

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三、主要起草過程

1、前期準備

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

應力-應變跨頻段巖石物理測量技術、跨頻段測量與理論計算對比分析，探討立項的必要性和

結構要點，為本標準編制打下了良好基礎。

2、標準立項

2022年8月，在中關村綠色礦山產業(yè)聯(lián)盟的指導下，成立標準起草團隊，標準起草團隊

就《低頻巖石物理頻散衰減測試方法》團體標準研制工作召開了專題會議，擬定了標準編制

工作方案，對標準編制工作進行總體部署和任務分工，力求科學性和實用性。

3、確定標準編制原則

標準編制團隊在充分研究國內現(xiàn)有的綠色礦山發(fā)展相關政策及要求，對比巖石物理實驗

相關標準，并在結合流體的頻散和衰減的性質的基礎上，確定了本標準的編制原則。

4、標準起草過程

①立項。2022年7月，成立標準起草團隊，召開專題會議，擬定了標準編制工作方案，

對標準編制工作進行總體任務部屬和任務分工，力求科學性和實用性。

②擬定初稿。2022年10月，標準起草團隊在中國知網(wǎng)等網(wǎng)站廣泛收集國內外有關低頻巖

石物理實驗評價的法律法規(guī)、規(guī)章、相關政策文件、標準，以及網(wǎng)站報道，期刊論文等材料，

并對其進行綜合分析整理，搭建了標準編制的框架，完成了標準初稿。

③實驗論證。2022年7月-2022年11月，進行相應的巖石物理低頻實驗，研究測定方法、

分級要求等具體問題，對標準初稿進行內容填充和細節(jié)完善。

④內部研討。2022年12月，標準起草團隊就標準初稿召開了多次內部討論會，對標準進

行反復修改，形成了標準工作組討論稿，并明確了標準化需求和標準研制重點方向。

⑤確定終稿。2022年12月-2023年3月，在相關討論和修改的基礎上，結合實驗結果、

數(shù)據(jù)統(tǒng)計，最終確定了標準的終稿。

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四、制定標準的原則

堅持高起點、嚴要求與適宜性、可操作性相結合原則。高起點即標準編制所涉及的原材

料及產品技術指標，應不低于目前國內外相關行業(yè)標準規(guī)定的限量指標；嚴要求即標準的編

制應嚴格遵循GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的

規(guī)定及相關法律法規(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，又要有一個適

宜的范圍與程度，從而提高標準貫徹實施的可操作性。

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五、與現(xiàn)行有關法律、法規(guī)和標準的關系。

本標準符合國家環(huán)保、安全生產等方面的相關法律；

本標準符合GB/T1.1-2020中的規(guī)定；

本標準與其他相關標準化文件無沖突。

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六、標準主要內容說明

本標準提出了適用于低頻巖石物理頻散衰減測試的測試方法，主要包括室內指標的測定

及分級要求等內容，適用于利用室內實驗和相關計算，對樣品在低頻條件下測定流體的頻散

和衰減。本標準中涉及的主要的技術指標和調研報告如下：

附件1:《測量原理》；

附件2:《儀器設備》；

附件3:《樣品制備》；

附件4:《樣品安裝》；

附件5:《測試步驟》；

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七、貫徹標準的措施建議

1.組織措施

在中關村綠色礦山產業(yè)聯(lián)盟的組織協(xié)調下，以標準起草團隊成員為主，成立標準宣貫小

組。

2.技術措施

組織撰寫標準宣貫材料，組織標準宣貫培訓，爭取標準頒布實施后盡快在低頻巖石物理

實驗中推廣應用。

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附件1：

測量原理

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)。為了利用成熟的應變片測量技術，選擇楊氏模量E

和泊松比。正弦應力場垂直施加到巖心樣品上。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樣品表面上，直接測量獲得的分別為粘貼在標準鋁樣的縱向應變

vh

Al、巖石樣品表面平行于應力的應變r和垂直于應力的應變r。這樣可以根據(jù)巖石與標準

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

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附件2：

儀器設備

低頻巖石物理實驗設備和測試流程如圖1所示。

圖1低頻實驗測試流程

低頻巖石物理測量系統(tǒng)總共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)，具體由以下各個儀器組成：

2.1函數(shù)發(fā)生器；

2.2電信號功率放大器；

2.3激振器；

2.4應變片；

2.5接收信號放大器；

2.6高精度模數(shù)轉換器；

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)：氮氣儲氣罐、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

低頻巖石物理實驗樣品制備流程如下：

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在四個相互垂直的對稱方向畫出應變片粘貼位置；

3.3巖芯兩端纏繞保護層：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)氧樹脂擠出。然后放置24小時，讓其自然固化；

3.6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，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)氧樹脂，

使換能器與巖芯粘接在一起。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；

3.8固化：將粘好換能器的巖芯放置24小時，讓其自然固化；

3.9換能器纏繞保護層：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：將巖芯兩端起保護作用的透明膠帶除掉，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；

3.11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；

3.12巖芯上粘貼應變片：在巖芯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

3.13焊接應變片和導線；

3.14外表澆鑄環(huán)氧樹脂。

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附件4：

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。

注意不要讓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。此過程中需注意，考慮到波傳播的邊際效應，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。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，防止在將金屬

架放入腔體內的時候，與腔壁摩擦損壞電路。

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附件5：