论文对中原油田沙河街组砂岩岩心样本进行了综合的岩心分析,包括谱激电法的测试和其它的岩石物理实验。论文工作的基本目标是研究岩石的孔隙空间性质以及与此相关联的问题,即渗透率的求取。同时我们研究了在高地层水矿化度影响下激发极化信号所表现出的特征。渗透率的求取和计算是地球物理学科中最为重要和具有挑战性的问题之一。孔隙空间的性质对于描述和表征储集层中液体的储存和输运具有重要意义。储层岩石的内部结构可能是各向异性的,非均质的,多孔的甚至中空的。在上世纪八十年代,知名的法国数学家Mandelbrot建立了一个新的数学分支,即分形几何学。这一学科提供了研究自然界中的非均质的以及不规则的结构的一种简单而有效的方法。分形结构广泛地存在于具备渗透性的岩石的孔隙中。分形结构可以经由很多种方法来测定。当岩石具备分形结构时,可以简易并且灵活的根据储层岩石的孔隙度,有效孔隙半径以及比表面积计算其渗透率。这些参数总是与彼此相关联的,对不同的岩石样本来说,岩石物理参数不同,这是由于不同岩石样本的分形维数不同,也就是说它们的内部孔隙结构是不同的。经验地,我们可以对于特定的一组岩心样本建立一个相对更合适的模型。更多的信息应在将来深入研究,以改善现有的技术,例如该方法计算的精度可以继续提高。储层岩石的孔隙空间的几何性质是由岩石的孔隙以及孔喉的形状,尺寸,分布与连接情况所描述的。我们应用分形的概念来描述一个始新世地层中的24块砂岩样本的几何性质与结构。孔隙体积分布的分形性质由毛管压力曲线和核磁共振数据进行研究。同时孔隙表面的分形维数由比表面积(Spor)来计算。我们对用三种不同方法计算得到的分形维数进行了比较,这一比较揭示了一个存在于‘体积维数’和‘表面维数’之间的明显的区别。根据核磁共振的较大的横向弛豫时间和毛管压力曲线上较低的压力计算得到的分形维数反映的是较大孔隙的体积分形维数。而核磁共振数据中较短的横向弛豫时间计算得到的分形维数与比表面积计算所得的分形维数相似。表面分形维数随着比表面积的增加而增加。对于这组始新世砂岩地层岩心样本,表面分形维数的平均值是2.307。这个分形维数的取值被成功的应用于一个根据地层因子和比表面积进行计算的渗透率预测模型。复电阻率仪器测量的是电阻率的幅度和相位。当这些测试是作为频率的函数来进行的时候,就被叫做谱激发极化(SIP)或者电阻抗谱(EIS)的测量。斯仑贝谢兄弟在一个世纪前发现了激发极化的现象,然而这一现象的机理仍然需要在细节上的补充解释。论文的研究还需要探明,是否复电导率的数据可以用于计算孔隙空间的分形维数。在低频端的复电阻率的幅度和相位的测量被应用于我们的24块砂岩样本。根据反演得到的激发极化的弛豫时间可以用来计算孔隙空间的分形维数。下一步的研究将对激发极化计算得到的分形维数与其它方法计算得到的分形维数进行比较。经验研究认为,频率域的激发极化是一个由孔隙空间液体的化学组成,孔隙表面的化学性质以及样本的微观几何性质所共同影响的复合变量。我们分析了来自中国,美国,德国,英国的四组样本以及它们测试所得到的大量数据,我们发现在液体的高矿化度下存在一个极化的峰值。继续增加液体的矿化度,会导致复电导率虚部的降低。激发极化领域目前的双电层模型并不能解释这一现象。我们对四块岩心样本进行了测试,在一个跨度非常大的孔隙饱和液体矿化度变化下,分析了复电导率的数据。所有的样本都显示了当液体电导率超过3 S/m(或液体电阻率低于0.330hm*m)时,电导率的虚部有明显的下降。我们扩展了Stern层极化模型,在这个模型中加入了一个描述高液体矿化度下极化衰减的指数项。新的数学模型有四个参数,这一模型也被应用于多组样本的分析。我们给出了这四个参数与其它岩石物理参数的关系。衰减项的参数仅仅显示了一个很弱的变化,与其它岩石物理性质并不相关。在高离子浓度下,双电层中相对的离子的移动性降低,导致激发极化的衰减,这一理论支持了我们的这一结论。本论文进行了如下三点创新性工作：1.根据比表面积和激发极化计算分形维数提出根据岩石孔隙空间比表面积计算分形维数的公式。本创新点相当于学位论文第五章,已被地球物理学权威期刊Geophysics录用。2.提出扩展的Stern层极化模型,即提出在高矿化度下极化机理中的离子位移能力非常数。本创新点相当于学位论文第四章,正在Geophysics期刊审核中。3.提出由激发极化弛豫时间计算分形维数的方法。本创新点相当于学位论文第六章