油气藏地质及开发工程丛书 岩石中离子导电与介电
作者：刘红歧 著
出版时间：2015年版
丛编项： 油气藏地质及开发工程丛书
内容简介
《岩石中离子导电与介电》主要介绍岩石导电模型的一些新的研究成果和新的理论。主要内容包括，岩石内常见的导电矿物、岩石的结构与构成、岩石内流体特征、岩石导电与介电特征研究、岩石双电模型理论、双电理论在矿物勘探和油气勘探中的应用。通过本专著，将比较系统地介绍目前国内外在岩石，这类多孔介质模型中导电和介电理论，并首次提出微观离子电容和离子电容率的概念，首次提出双电理论模型，为指导新的勘探技术提供新的理论支持。
目录
目录
第1章岩石的组成与结构1
1.1黏土岩的组成和结构1
1.1.1黏土岩的矿物成分1
1.1.2黏土岩的化学成分1
1.1.3黏土矿物的结构2
1.1.4结晶黏土矿物的结构3
1.1.5黏土岩中的有机质5
1.1.6黏土矿物的脱水作用5
1.2碎屑岩的组成和结构6
1.2.1碎屑岩的矿物组成及其化学成分6
1.2.2碎屑岩的结构9
1.3碳酸盐岩的组成与结构13
1.3.1碳酸盐岩的矿物成分13
1.3.2碳酸盐岩的化学成分15
1.3.3碳酸盐岩的构造16
1.4页岩的组成与结构17
1.4.1页岩的组成矿物17
1.4.2页岩的物理特征17
1.4.3页岩的化学成分17
1.4.4页岩常见类型17
1.5硅岩及其组成18
1.5.1硅岩的矿物成分18
1.5.2硅岩的化学成分19
1.6金属矿物沉积岩19
1.6.1铁沉积岩及铁矿19
1.6.2锰沉积岩及锰矿20
1.6.3铝土岩及铝土矿20
1.6.4沉积磷酸盐岩及磷矿21
1.6.5铜沉积岩及铜矿21
1.7煤的组成21
第2章空隙与流体及其相互作用23
2.1空隙23
2.1.1空隙结构23
2.1.2空隙类型24
2.1.3碎屑岩空隙结构24
2.1.4碳酸盐岩空隙结构25
2.1.5喉道类型26
2.1.6孔喉的大小和分布26
2.2干酪根27
2.2.1干酪根的组成27
2.2.2干酪根的分类28
2.3油页岩29
2.4石油29
2.4.1石油的物理性质29
2.4.2石油的化学组成30
2.4.3石油的非烃组分30
2.4.4石油的分类31
2.5天然气32
2.5.1天然气的化学组成33
2.5.2天然气的类型33
2.6地层水34
2.6.1地层水的形成34
2.6.2地层水的分类35
2.6.3地层水矿化度37
2.6.4地层水的溶解度37
2.6.5地层水的化学组成38
2.7流体的运移39
2.7.1运移的类型39
2.7.2物理化学运移39
2.7.3水溶液中元素的运移形式40
2.7.4运移能力的影响因素40
2.8水岩化学作用41
2.8.1地层中的水岩化学作用41
2.8.2水岩化学作用的基本类型42
2.8.3水岩化学作用的影响因素45
第3章岩石导电机制与特征52
3.1基本概念和理论52
3.1.1岩石电阻率52
3.1.2岩石物理模型53
3.1.3岩石体积物理模型54
3.1.4比表面55
3.2地层水电阻率55
3.2.1离子溶液相关概念56
3.2.2地层水电阻率58
3.3导电矿物的类型及其特征60
3.4岩石电阻率分析61
3.4.1纯岩石电阻率与地层水电阻率的关系61
3.4.2电阻率增大系数与含水饱和度的关系62
3.4.3Archie实验的意义63
3.5岩石的导电机制分析63
3.5.1黏土矿物结构63
3.5.2孔隙中黏土矿物存在形式65
3.5.3黏土岩水化作用66
3.5.4岩石的阳离子交换作用66
3.6岩石导电模型70
3.6.1W-S导电模型70
3.6.2双水导电模型71
3.7岩石电化学作用76
3.7.1扩散电动势的产生76
3.7.2扩散电动势产生机理77
3.7.3扩散吸附电动势的产生80
3.7.4过滤电动势的产生81
第4章岩石介电机制与特征83
4.1电子的分布及其运动状态83
4.1.1核外电子分布83
4.1.2核外电子的运动状态84
4.2基本概念87
4.2.1基本概念87
4.2.2介质损耗90
4.3岩石空隙空间内电荷的位移91
4.3.1均匀场的电位移91
4.3.2束缚电荷的复杂位移93
4.3.3水分子的偶极矩和四极矩95
4.4电介质的微观极化机制96
4.4.1电子极化97
4.4.2离子极化98
4.4.3取向极化101
4.4.4界面极化103
4.4.5空间电荷的极化105
4.5电介质的微观理论基础107
4.5.1原子的基函数107
4.5.2莫塞莱定律110
4.5.3屏蔽常数112
4.5.4化学键理论113
第5章岩石类多孔介质的极化与弛豫120
5.1电介质极化弛豫过程120
5.2静电场中介质的极化121
5.2.1洛伦兹(Lorentz)有效场121
5.2.2洛伦兹修正场124
5.2.3昂萨格(Onsager)修正场125
5.3交变场中的极化弛豫126
5.3.1动态介电常数126
5.3.2Debye型弛豫131
5.3.3Cole-Cole模型132
5.3.4双势阱弛豫模型133
5.3.5Maxwell-Wagner模型134
5.3.6Bruggeman-Hanai理论137
5.3.7多相非均质介质模型138
5.4对离子极化理论139
5.4.1表面电导率139
5.4.2球形粒子的对离子极化理论140
5.5岩石非均匀体系的介电模型143
5.5.1两相非均匀体系143
5.5.2三相非均匀体系147
5.5.3多相非均匀体系151
第6章岩石双电探测理论与应用技术152
6.1双频激电技术152
6.1.1激发极化现象152
6.1.2不同矿物岩石的激发极化特点155
6.1.3Cole-Cole模型155
6.1.4影响岩石频率特性的因素157
6.2双电技术概述159
6.3微观离子电容模型160
6.3.1离子介电模型161
6.3.2微观离子电容162
6.4溶液双电参数实验测量162
6.4.1实验装置162
6.4.2实验步骤与测量163
6.4.3实验结果分析166
6.5岩心双电参数实验测量171
6.5.1岩心基础数据171
6.5.2实验步骤172
6.5.3饱和度与频散度的关系分析172
6.6导电矿物双电参数测量174
6.6.1导电矿石电阻电容测量174
6.6.2导电矿石电阻率电容率变化规律179
6.6.3实验结论180
6.7双电探测技术展望180
6.7.1双电理论基础180
6.7.2双电理论的发展181
6.7.3双电应用技术展望185
主要参考文献184
附录191
索引193
后记195
Contents
1. 1 Composition and Structure of Clay 1
1.1.1 Minerals of Clay 1
1. 1. 4 Structure of Crystal Clay Mineral 3
1.1.5 0rganicsin Clay 5
1. 2 Composition and Structure of Clastic Rock 6
1. 2. 1 Mineral and Chemical Compostion of Clastic Rock 6
1. 3 Composition and Structure of Carbonate Rock 13
1. 3. 2 Chemical Composition of Carbonate Rock 15
1. 4 Composition and Structure of Shale 17
1.4.1 Minerals of Shale 17
1. 4. 3 Chemical Composition of Shale 17
1. 5 Silicalite Rock and Its Composition 18
1. 5. 2 Chemincal Composition of Silicalite 19
1.6.2 Manganese Ore 20
1.6.4 Phosphorite 21
1.6.5 Coppermine 21
1.7 Composition of Coal 21
2.1.2 Types ofVoid 24
2. 1. 6 Size and Distribution of Void 26
2. 2. 2 Types of Kerogen 28
2. 4. 3 Non-hydrocarbon Composition of Oil 30
2. 6. 2 Classification of Formation Water 35
2. 6. 4 Solubility of Formation Water 37
2. 6. 5 Chemical Composition of Formation Water 38
2.7 Fluid Migration 39
2. 7. 3 Element Transformation in Fluid 40
2. 7. 4 Influence Factors of Migration 40
2. 8 Water-rock Chemical interaction 41
2. 8. 1 Water-rock Chemical Interaction in Formation 41
2. 8. 2 Types of Water-rock Chemical Interaction 42
2. 8. 3 Influence Factors of Water-rock Chemical Actions 45
3Conductive Mechanism and Characteristics of Rock 52
3.1.1 Rock Resistivity 52
3. 1. 3 Volumic Petrophysical Model 54
3. 2 Formation Water Resistivity 55
3. 3 Types and Characteristics of Conductive Mineral 60
3.4 Analysis of Rock Resistivity 61
3. 4. 2 Relationship between Resistivity Coeffecient and Sw 62
3. 4. 3 Significance of Archie Experiment 63
3. 5 Conductive Mechanism of Rock 63
3. 5.1 Molecular Structure of Clay 63 3. 6 Conductive Model of Rock 70
3.6.1 W-S Conductive Model 70
3. 7 Electriochemical Effects of Rock 76
3. 7. 3 ()ccurring of Diffusion-Absorption Potential 80
4Dielectric Mechanism and Characteristics of Rock 83
4. 1 Distribution and Movement of Electron 83
4.1. 2 MovementState of Electron 84
4. 3. 1 Electric Displacement in Homogeneous Field 91
4. 3. 2 Complex Displacement of Bound Charges 93
4. 3. 3 Dipole and QuadrapoleMoment of Water molecular 95
4. 4 Microscopic Polarization M
