干粘土矿物聚集体、悬浮液和（含粘土）砂岩的弹性力学参数

摘要

粘土矿物的存在会显著地改变岩石的弹性。虽然粘土矿物是沉积岩地层中常见的矿物组分，地震测量也是我们研究地下岩性的主要手段，但是粘土矿物的弹性参数是很难测量的。据报导，粘土的体积模量的理论值在20～50GPa之间。迄今为止，唯一公开发表的，使用原子声学显微法(AFAM)给出的粘土矿物的杨氏模量实验测量值很低，为6．2GPa。本次研究旨在使用独立的实验方法来测量随压力和饱和度变化的粘土矿物的弹性力学参数。首先，实验测量了冷压成型的粘土块随静水压力变化的纵、横波速度，粘土块的孔隙度为4％～43％，颗粒密度为2．13～2．83g／cm3。第二步，实验测量了单轴压应力条件下的粘土粉末的纵、横波速度。第三步，实验测量了室内条件下的高岭石-水悬浮液(粘土含量从0～60％)的纵波速度及其衰减。高岭石、蒙脱石、去油垢蒙脱石的弹性模量在所有实验中的测量结果是一致的，并且与报导过的纳米级的AF、AM法的测量结果是一致的。固态粘土相的体积模量(Ks）在6～12GPa之间，而剪切模量(μs)在4～6GPa之间。对泥质砂岩、粘土-水、粘土-沙子混合物用本次研究的测量值的预测速度与用理论模型的预测速度做了精度上的比较使用本次研究的Ks=12GPa和μs=6GPa，对由于粘土矿物增加而导致的砂岩的速度减小和在高岭石-水悬浮体的速度测量值，模型都给出了很好的预测。