岩石物理学
几种岩石物理模型的比较与分析
几种岩石物理模型的比较与分析
岩石物理学是研究岩石的物理特性的学科，由岩石物理模型引发岩石物理学研究。
在岩石物理学中，岩石物理模型通常被称作岩石参数。
这些模型通常用来描述岩石在某种情况下表现出的行为或特征，并用来测量和预测岩石的性能。
岩石物理模型主要有以下几种：
1. 密度模型：密度模型是最重要的岩石物理模型，它表示岩石的空气重量密度，即石英无机物在相同硅酸盐的情况下的平均密度。
它量化岩石的体积和质量，因此它可用于表征岩石的结构特性。
2. 压缩模型：压缩模型测量岩石的最大压缩强度和弹性模量，这是由于岩石的组成、变形机制和结构类型决定的。
压缩模型可用于描述岩石的抗压性能，以及它们在外力作用下发生变形时对抗外力的能力。
3. 吸收模型：吸收模型包括体积吸收率、渗透率和比表面吸收率。
体积吸收率表示岩石在被潮湿化后增加体积的量；渗透率是用来测量岩石的渗透能力的模型；比表面吸收率表示岩石的能量传输和它们的热传导率比表面率，即对于单位体积的岩石，其表面的吸收能量比表面积更大。
以上是几种岩石物理模型的简单介绍，它们分别代表了不同的岩石物理学研究领域。
密度模型描述岩石结构特性，压缩模型描述岩石抗压性能，而渗透模型描述岩石的渗透能力和热传导性。
比较这些模型的优势所在，可以看出其中的差异，为此类岩石参数的研究提供基础。
最后，要明确的是，岩石物理模型是岩石物理学的一个重要研究组成部分，其特性、类型以及应用仍然有待于进一步探讨和研究，以便更好地描述岩石。
岩石物理 Rock Physics
教 材：
陈颙，黄庭芳著，岩石物理学，北京大学出版社，2001年 参 考 书： 1）赵鸿儒、唐文榜、郭铁栓编著，超声地震模型试验技术 及应用，石油工业出版社，1986 2）R.E.Sheriff et.al., Reservoir Geophysics, SEG, 1992 3）Amos Nur著，许云译，双相介质中波的传播，石油工
Rock Physics: bridge between reservoir and seismic properties
Reservoir properties
Porosity 孔隙度 4D Feasibility & Seismic modeling 四维 Density 密度 地震可行性及地震模拟 Saturation 饱和度 Fluid type 流体类型 Pressure 压力 Interpretation Temperature 温度 and Inversion Fracture 裂隙 解释及反演
Seismic properties
Seismic velocity 地震 波速 Travel time 走时 Impedance 阻抗 Amplitude 振幅 AVO response AVO 响 应 Other attributes 其他属 性
Role of Rock Physics in Seismic Lithology
Rock physics is the basis for building the predictive tools and interpreting the predicted or inverted data 岩石物理是建立预测工具及解释反演结果的物理 Rock properties Seismic data 基础
岩石的基本物理力学性质
岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。
岩石物理学重点归纳
第一章绪论一、岩石物理学1、定义：是专门研究岩石的各种物理性质及其产生机制的一门学科。
2、研究方法：观察、实验、归纳、总结3、主要困难：岩石是混合物；多尺度系统；观测条件偏离实际条件二、研究尺度1、有关岩石研究的尺度问题：矿物的组成、性质、含量；矿物的分布、胶结情况；矿物间的孔隙度及孔隙流体等。
推论：岩石的物理性质与测量的尺度有关2、分类：矿物尺度：研究各个矿物的性质、矿物与矿物之间相互的接触几何等岩石尺度：研究由多个矿物组成的岩石，在此尺度下，矿物的性质被平均掉了，取而代之的是岩石的性质岩体尺度：研究不仅包括了完整的岩石，而其还包括了岩石的组合，包括岩石的节理等间断面地质尺度：为各级尺度性质的高度且复杂的综合。
而地质现象是由矿物、岩石、岩体和构造运动的总体所决定的。
第二章基础知识和基础概念第一节矿物学和岩石学基础1、矿物：在地质作用下形成的天然单质或化合物，具有相对固定的化学成分、物理性质和结晶构造，是岩石和矿石的基本组成部分。
2、矿物的特点：天然产出、无机作用形成、均匀的固体（具有确定的或在一定范围内变化的化学成分和分子结构，其均匀性表现在不能用物理的方法把其分成在化学上互不相同的物质，这是矿物与岩石的根本区别。
）3、粘土：是一种颗粒非常细的天然沉积物或软岩石，由直径小于0.05mm的颗粒组成。
4、骨架：泛指岩石中除泥质之外的固体部分第二节多空介质及其描述一、比面1、定义：单位体积的岩石内，骨架（或叫颗粒）的总表面积；或单位体积的岩石内，总孔隙的内表面积。
S=A/Vｂ2、实质：反映了单位外表体积岩石中所饱和的流体与岩石骨架接触面积的大小。
反映了岩石骨架的分散程度，比面越大，骨架分散程度越大，颗粒也越细，渗流阻力越大。
3、影响因素：颗粒大小、形状、排列方式、胶结物含量颗粒越小 S越大孔隙度越大 S越小胶结物含量越高 S越小二、曲折度三、压缩性系数第三节岩石的孔隙度一、孔隙度1、孔隙度是表征岩石储集特征或能力的参数2、孔隙分类：（1）按大小：超毛管、毛细管、微毛细管（2）按连通状况：连通孔隙、孤立孔隙-死孔隙（3）按储渗性能：有效孔隙、无效孔隙只有相互连通的超毛细管孔隙和毛细管孔隙是有效的油气储渗空间，微毛细管孔隙和死孔隙都是无意义的3、孔隙度：岩石孔隙体积与岩石的外表体积之比4、孔隙度分类：绝对孔隙度有效孔隙度流动孔隙度绝对 > 有效 > 流动二、双重孔隙度1、定义：含有裂缝-孔隙或溶洞-孔隙的储层岩石称为双重孔隙介质，简称双重介质。
岩石的物理力学性质
nb Vnb 100% V
(3)小开空隙率nl:即岩石试件内小开型空隙的体积（Vnl) 占试件总体积(V)的百分比。
nl Vnl 100% V
(4)总开空隙率（孔隙率）n0: 即岩石试件内开型空隙的 总体积（Vn0)占试件总体积(V)的百分比。
cf ） , 以
此强度下降值与融冻试验前的抗压强度 σ c之比的百
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
7.岩石的碎胀性
岩石破碎后的体积VP 比原体积 V增大的性能称为岩石
的碎胀性，用碎胀系数ξ 来表示。
VP V
碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。 永久碎胀系数（残余碎胀系数）――不能再压密时 的碎胀系数称为永久碎胀系数.
岩石的软化性是指岩石在饱水状态下其强度相对 于干燥状态下降低的性能，可用软化系数η 表示。
软化系数指岩石试样在饱水状态下的抗压强度
σ
cb与在干燥状态下的抗压强度σ c之比，即
cb c c
各类岩石的η c=0.45～0.9之间。 η η
c c
Байду номын сангаас
>0.75,岩石软化性弱、抗水、抗风化能力强； <0.75，岩石的工程地质性质较差。
1 与 主 应 力 差 ( σ 1-
σ 3) 的关 系 曲 线 表 示 。
反复加卸载对岩石变形的影响
围压对岩石变形的影响
三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线
围压对岩石刚度的影响
砂岩：孔隙较多，岩性较软， σ3增大，弹性模量变大。 辉长岩：致密坚硬， σ3增大，弹性模量几乎不变。
岩石物理学及岩石性质
岩石物理学及岩石性质一、矿物1.1矿物矿物是单个元素或若干个元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物，是构成岩石的基本单元。
矿物多数是在地壳（地球）物理化学条件下形成的无机晶质固体，也有少数呈非晶质和胶体。
1.2矿物的主要物理特性1.2.1光学特性（1）颜色：矿物的颜色由矿物对入射光的反映呈现出来。
一般来说矿物的颜色是矿物对入射光吸收色的补色。
（2）条痕:条痕色指矿物经过在不涂釉的瓷板上擦划，在瓷板上留下的矿物粉粒的颜色。
（3）光泽:光泽是矿物表面对入射光所射的总光量。
根据光泽有无金属感，将光泽分为金属光泽与非金属光泽。
矿物光泽特性既与矿物组成和结构有关，又与矿物表面特征有关。
（4）透明度:透明度与矿物对矿物透射光的多少有关。
1.2.2力学性质（1）硬度：矿物的硬度是指矿物的坚硬程度。
一般采用摩氏硬度法鉴别矿物硬度。
即采用标准矿物的硬度对未知矿物进行相对硬度的鉴别。
摩氏硬度中选取十种矿物作为标准矿物，将矿物分为10级，称为摩氏硬度计。
这十种矿物硬度由1级到10级的顺序是：①滑石，②石膏，③方解石，④磷灰石，⑤萤石，⑥正长石，⑦石英，⑧黄玉，⑨刚玉，⑩金刚石。
（2）解理与断口：矿物受力后产生破裂出现的没有一定方向的不规则的断开面，谓之断口。
当晶质体矿物受力断开时，出现一系列平行的、平整的裂面时，称为解理。
断口出现的程度跟解理的完善程度相互消长，解理程度越低的矿物越容易形成断口。
因此，断口具有了非晶质体的基本含义。
解理与晶质体内质点间距有明显的关系，解理常出现在质点密度较大的方向上。
（3）延展性：矿物的延展性，也可以称为矿物的韧性。
其特征是表现为矿物能被拉成长丝和辗成薄片的特性。
这是自然金属元素具有的基本特性。
1.3重要矿物（1）自然元素矿物：这类矿物较少，其中包括人们所熟知的矿物，如金、铂、自然铜、硫磺、金刚石（见图1）、石墨等。
图1金刚石（2）硫化物类矿物：本类是金属元素与硫的化合物，大约200多种，Cu、Pb、Mo、Zn、As、Sb、Hg等金属矿床多有此类矿物富集而称，具有很大的经济价值。
岩石物理学研究岩石物理性质之间的相互关系
岩石物理学研究岩石物理性质之间的相互关系岩石物理学是研究岩石及其内部物理性质之间相互关系的科学学科。
它通过实验、实测和数值模拟等方法，从微观角度分析岩石的物理性质，揭示它们之间的相互作用关系，为地质勘探、地震预测、石油勘探等领域提供理论和实践指导。
岩石物理性质包括密度、弹性模量、磁性、电阻率、导热性等。
不同的岩石类型和结构特征会导致这些性质之间的差异，而这些差异又会对岩石的宏观特性产生影响，如声波的传播速度、电磁波的反射特征等。
因此，研究岩石物理性质之间的相互关系对于理解岩石结构、确定地质工程设计参数、评估地震风险等具有重要意义。
首先，密度是岩石物理性质中的一个重要参数，它可以反映岩石的质量和成分。
不同岩石的密度差异主要是由于其成分和孔隙度不同所导致的。
岩石中的矿物和水分都会对密度产生影响，因此密度可以用来识别岩石类型和矿物组成。
同时，密度还与岩石弹性参数之间存在一定的关系，可以通过密度来估计岩石的应力状态和岩石的弹性模量。
其次，岩石的弹性模量是岩石物理性质中的另一个重要参数，它可以衡量岩石对应力的响应能力。
弹性模量与岩石的密度、孔隙度、矿物组成等因素有密切关系。
高密度、低孔隙度和坚硬矿物组成的岩石具有较高的弹性模量，而低密度、高孔隙度和软质矿物组成的岩石则具有较低的弹性模量。
同时，弹性模量还与岩石的应力状态和应变产生关系，可以通过弹性模量来估计岩石的力学性质和变形特征。
此外，岩石的磁性也是岩石物理性质中的重要参数之一、磁性可以通过测量岩石的磁化率、磁导率等物理量来表征。
不同岩石的磁性特征主要受到其中的磁性矿物（如铁磁矿物）的影响。
通过研究岩石的磁性特征，可以识别矿产资源、勘探油气储层、研究地磁场变化等。
此外，岩石物理性质中的电阻率和导热性等也与岩石的成分、孔隙度和温度等因素关系密切。
电阻率和导热性可以通过测量岩石的电阻和热传导率来获得。
不同岩石中的矿物、水分和孔隙的差异会导致其电阻率和导热性的区别。
简述岩石物理研究的前沿课题
简述岩石物理研究的前沿课题
岩石物理学是研究岩石的物理特性及其与地球内部结构和地球动力学过程之间关系的学科。
在岩石物理研究领域，存在着一些前沿课题，例如：
1. 岩石的微观结构特性：研究岩石的微观结构，包括晶体结构、矿物成分和孔隙结构等，以揭示岩石物理特性与微观结构之间的关系。
2. 岩石力学性质：研究岩石的弹性、塑性、蠕变等力学性质，探索岩石的变形和破裂行为，为地震学、岩石工程等提供基础数据。
3. 岩石中的流体行为：研究岩石中的流体（如水、油、气等）在孔隙中的运动和作用机制，探索地下水资源调查、油气勘探开发等领域的关键问题。
4. 岩石物性参数的测定与模型构建：通过实验、观测和数值模拟手段，研究岩石的密度、速度、电磁性质等物性参数，进而构建地球内部结构和成岩演化模型。
5. 岩石物理与地球物理方法结合：结合地球物理勘探（如地震、电磁、重力等）手段，通过岩石物理参数的解释与预测，提高地下介质的识别与解释能力。
这些前沿课题的研究对于深入了解地球内部结构、开展资源勘探与环境地球科学研究等具有重要意义。
第2章 岩石的物理力学性质
目 录
1、岩石的物理性质 2、岩石的强度特性 3、岩石的变形特性 4、岩体结构面的力学性质 5、岩体的力学性质 6、工程岩体的分类 7、岩石力学性质的时间效应
2.1 岩石的物理性质
岩石由固体、液体和气体三相介质组成， 其物理性质是指因岩石三相组成部分的相 对比例关系不同所表现出来的物理状态。
（2）变角板剪切试验（图） P (cos f sin ) A P (sin f cos ) A
此法的主要缺点是a角不能太大，也不能太小。
4 岩石的三轴压缩强度（Triaxial compressive strength）
岩石试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向压力。
体积变形模量：平均正应力与单位体积变形之比
e V e 1 2 3 V K
切变模量：弹性或准弹性的切变模量
E G 2(1 )
岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组 成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、 微结构面及其与荷载方向的关系等多种因素 的影响，变化很大（图）。
f c tan
大量研究表明：当压力不大时（小于 10MPa），直线形强度包络线能够满足工程 要求，是目前应用最为广泛的强度理论。
（2）二次抛物线形莫尔强度准则（图） 软弱至中等硬度完整岩石，如泥灰岩、 砂岩、泥岩等岩石的强度包络线近似于二次 抛物线。
n( t )
VD D / D 100%
（2）岩石的侧向约束膨胀率
VHP H1 / H 100%
（3）膨胀压力
6 岩石的透水性 达西定律
Vx kix
岩石的渗透系数一般都很小，新鲜致 密岩石的渗透系数一般均小于10-7cm/s。裂 隙发育时，渗透系数一般比新鲜岩石大4～ 6个数量级。
岩石物理相研究及应用
岩石物理相研究及应用岩石物理学是研究岩石和地球内部物质物理性质的学科。
它利用物理实验、地球物理探测技术和数学方法，通过测量和分析岩石的物理特征，探索地球的内部结构和岩石的物质组成。
岩石物理学的研究和应用广泛应用于地质勘探、油田开发、地震监测和自然资源调查等领域，对于实现可持续发展和地球科学的发展具有重要意义。
岩石物理相的研究是岩石物理学的重要内容之一、岩石物理相是指岩石在不同物理条件下的物质状态和行为。
岩石的物理相变化对岩石的物理性质有着重要的影响，研究岩石的物理相变化可以揭示地壳的力学性质和岩石的岩相组成，对于地震预测和地质灾害预防有着重要作用。
岩石物理相的研究包括固相和液相的相互转化、岩石矿物的相变和相分离等过程。
其中，固相和液相的相互转化是岩石物理相研究的重点之一、当温度和压力发生变化时，岩石中的固相物质和液相物质会相互转化，这种相变过程对地下水资源的储存和输运有着重要影响。
研究固相和液相的相互转化规律，可以帮助我们预测地下水资源的分布和利用。
另外，岩石矿物的相变也是岩石物理相研究的一个重要方面。
岩石矿物的相变会导致岩石的物质结构发生变化，进而影响岩石的物理性质。
例如，当温度发生变化时，岩石中的矿物可以发生熔融或结晶的相变过程，这种相变过程会导致岩石的强度和导热性等物理性质发生变化。
研究岩石矿物的相变规律，可以帮助我们理解地壳的演化历史和预测地震活动。
岩石物理相的研究不仅对于地质学学科发展有着重要意义，还具有广泛的应用价值。
地质勘探是岩石物理相研究的重要应用之一、通过测量和分析地下岩石的物理性质，可以预测地下矿产资源的分布和储量，为矿产勘探提供依据。
此外，岩石物理相研究还广泛应用于油田开发。
通过测量岩石的孔隙度、渗透率和饱和度，可以评估油田储量和油藏的产能，为油气勘探和开发提供技术支持。
总的来说，岩石物理相研究及应用对于地球科学的发展和可持续发展具有重要意义。
通过研究岩石的物质性质和相变过程，可以揭示地球的内部结构和地质活动规律，为地质灾害预防、矿产勘探和油气开发提供科学依据。
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62150431李长城
公式
地层水是最常见的孔隙流体，其密度受温度、压力以及矿化度的影响。
当矿化度很低时，地层水的密度与纯水相差无几。
当矿化度升高时，地层水的密度也要升高。
对于纯水，其密度可以用一下非线性回归方程公式进行计算：
ρw =1.0+106 −80t −3.3t 2+0.00175t 3+489p −2tp +0.016t 2p −1.3×10−5t 3p
−0.333p 2−0.002tp 2
式中：p w 为纯水密度，g/cm 3；t 为温度，℃；p 为压强，Mpa 。
地层水的密度ρb 和ρw 的关系为：
ρb =ρw +0.668S +0.44sS 2+10−6S [300p −2400pSS
+t 80+3t −3300S −13p +47pS ]
式中：S 为以10−6为单位的矿物度。
流程图
程序
ρw =1.0+10^-6*(-80*$A3-3.3*$A3^2+0.00175*$A3^3+489*B$2-2*$A3*B$2+0.016*$A3^2*B$2-1.3*10^(-5)*$A3^3*B$2-0.333*B$2^2-0.002*$A3*B$2^2)
ρb =B3+0.44*B$1^2+10^-6*B$1*(300*B$2-2400*B$2*B$1+$A11*(80+3*$A11-3300*B$1-13*$A11+47*$A11*B$1))
设计算法
写算法
得到数据
形成曲线图
图
结论
由图可得，地层水的密度随温度升高而降低；底层矿化度越高，地层水密度越大；压力越大地层水的密度越大。