02 第二章 岩石的物理性质及工程分类

石的结构和整个构造。 对于火成岩、变质岩、化学沉积岩来说，化学结构连
结起主要作用，因此，其组成矿物的强度越大，岩石的强 度就越大。
对于碎屑沉积岩来说，其胶结（cementation ）物对 强度影响程度最大，即其强度主要取决于矿物颗粒间的联 结强度（cementation strength ）。 不同胶结物的联结强度不同：硅质、铁质＞钙质＞泥质。
块体密度：块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内 的质量，按岩石试件的含水状态，又有干密度(ρd)、饱和密 度(ρsat)、和天然密度(ρ)之分，在未指明含水状态时一般 是指岩石的天然密度。
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2.2 岩石的物理性质
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
密度 (g／cm3) 2.52～2.81 2.67～2.96 2.85～3.12 2.80～3.11 2.17～2.70 2.06～2.66
胶结状态。
石灰岩和白云岩孔隙度：5-25%
粘土或页岩孔隙度：20-45％，它取决于粘土（或
页岩）的成因和埋藏深度。
按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准为：
φ< 5％
极差储层
5％＜φ<10％
差储层
10％＜φ<20% 良好储层
φ>20％
特好储层
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2.2 岩石的物理性质
• 裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石 总体积之比称裂隙率。
常用百分数表示。岩石的总体积V总由基质的体积V基和孔 隙体积V孔两部分组成，则岩石的孔隙度φ表示为：
φ = V孔 V孔 1 V基
V总 V基 V孔
V总
上式中，φ值为无因次量，称为绝对孔隙度。
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2.2 岩石的物理性质
在油田开发中，参与渗流的连通孔隙才是有效的，对 于那些封闭孔隙，尽管其中有油气储存，但是很难开采出 来，因此称为无效孔隙。这样就把孔隙度分为有效孔隙度 和无效孔隙度两种。
第二章 岩石的物理性质及工程分类
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主要内容
2.1 岩石的工程性质 2.2 岩石的物理性质指标 2.3 岩石的非均质性和各向异性 2.4 岩石的工程分类
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2.1 岩石的工程性质
1）岩浆岩的性质 岩浆岩具有较高的力学强度，可作为各种建筑物良好的地基及
天然建筑石料。但各类岩石的工程性质差异很大。 深成岩具结晶联结，晶粒粗大均匀，孔隙度小、裂隙较不发育，
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2.1 岩石的工程性质
3）变质岩的性质
变质岩的工程性质与原岩密切相关，往往与原岩的性质相似或相 近。一般情况下，由于原岩矿物成分在高温高压下重结晶的结果，岩 石的力学强度较变质前相对增高。
变质岩的片理构造(包括板状、千枚状、片状及片麻状构造)会 使岩石具有各向异性特征，应注意研究其在垂直及平行于片理构造方 向上工程性质的变化。
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2.2 岩石的物理性质
柯19-伊/蒙 间层为 主，且 分布不 均匀， 与其它 矿物胶 结差
砂岩的扫描电子显微镜照片。照片中可以看到
砂岩中的石英矿物颗粒(黑色)，也可以看到它们之间的孔隙
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2.2 岩石的物理性质
1）岩石的强度（ rock strength ） 岩石的强度主要取决于矿物强度、结构联结形式、岩
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2.2 岩石的物理性质
2）岩石的密度 岩石密度是指单位体积内岩石的质量，单位为g/cm3。它
是研究岩石风化、岩体稳定性、围岩压力和选取建筑材料等必 需的参数。岩石密度又分为颗粒密度和块体密度。
颗粒密度：岩石的颗粒密度(ρs)是指岩石固体相部分 的质量与其体积的比值。它不包括孔隙在内，因此其大小仅取 决于组成岩石的矿物密度及其含量。
岩石名称 石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
密度 (g／cm3) 2.37～2.75 2.75～2.80 2.59～3.06 2.70～2.90 2.75左右 2.72～2.84
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2.2 岩石的物理性质
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2.2 岩石的物理性质
3）岩石的孔隙度(porosity )
岩石的孔隙度是岩石孔隙的总体积与岩石总体积之比，
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2.1 岩石的工程性质
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显
著。此外，碎屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，
浸水后易软化和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石 对水工建筑物地基和建筑场地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作 为隔水层和防渗层。
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2.2 岩石的物理性质
岩石的物理性质是指岩石的强度、密度、孔隙度、渗 透率、可压缩性、导电性、传热性的总称。
岩石是由固体的矿物和矿物颗粒之间的孔隙组成的， 孔隙中通常有孔隙流体存在。在砂岩的扫描电子显微镜照 片，可以清楚地看到砂岩中的石英颗粒，并且还可以看到 石英颗粒之间存在着流体流通的网络。岩石正是这样一种 特殊的多孔介质，一种由固体矿物和流动的孔隙流体组成 的多相体。
化学岩和生物化学岩抗水性弱，常具不同程度的可溶性。硅质成分化学 岩的强度较高，但性脆易裂，整体性差。碳酸盐类岩石如石灰岩、白云岩等 具中等强度，一般能满足水工设计要求，但存在于其中的各种不同形态的喀 斯特，往往成为集中渗漏的通道。易溶的石膏、盐岩等化学岩，往往以夹层 或透镜体存在于其他沉积岩中，质软，浸水易溶解，常常导致地基和边坡的 失稳。
岩石的有效孔隙度，是指岩石中有效孔隙的体积与 岩石总体积的比值，以百分数表示。有效孔隙体积是指参 与渗流的连通孔隙体积，以φ有效、V连通分别表示岩石的 有效孔隙度和连通孔隙体积，则：
Φ有效= V连通 V总
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2.2 岩石的物理性质
实际储层岩石孔隙度值的范围如下：
砂岩孔隙度：10-40％，它取决于砂岩的性质及其
岩块大、整体稳定性好，但值得注意的是这类岩石往往由多种矿物结 晶组成，抗风化能力较差，特别是含铁镁质较多的基性岩，则更易风 化破碎。
浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较 深成岩强，但斑状结构岩石的透水性和力学强度变化较大，特别是脉 岩类，岩体小。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。 此外，喷出岩多呈岩流状产出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的 均一性和整体稳定性影响较大。