岩石基本性质

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地质学分类原则
• 地质上逐渐形成了以下岩石分类命名原则：
1) 根据岩石的矿物组成和含量； 2) 根据岩石的结构和构造； 3) 根据岩石的地质产状和成因； 4) 根据明显影响岩石物理性质的因素，例如次生蚀变现 象、破坏现象等。
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• 火成岩定义为岩浆凝固后形成的岩石。严格说来岩浆 和由它固结所形成的岩石在化学组成上是不完全相同 的。由岩浆逐渐冷却所形成的火成岩种类具有多样性。 • 沉积岩是在水或空气中由沉积作用和其后的成岩作用 形成的岩石，一般来讲，沉积作用发生的地点是河流、 湖泊和海洋。 • 变质岩是火成岩或沉积岩在变质作用(改造)条件下形 的新岩石。在变质作用过程中，岩石基本上处于固 态，但矿物成分或结晶状态发生了变化，是在热力学 环境下的改造，而不是机械的改造。
第二章 岩石的基本特性
• 人类生活在地球的固体物体上，地质学将这些固体物 称岩石。 • 构成地球的最基本材料，岩石是地球内部和外部地质 作用的产物。 • 在现代，岩石仍是农田、水利、建筑、交通、化工、 矿业等经济部门施工对象和开采利用的重要资源。 • 本章的主要内容：什么是岩石?地球上最主要的岩石是 什么? 岩石有哪些特殊的性质?油气资源中岩石的特点 等等。
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地壳表层的条件
• 地壳表层是指大气圈的下层、水圈和生物圈的 全部以及岩石圈上层。沉积岩就在这个层圈内。
• 地壳表层条件：
温度：地壳表层温度，最高85c，最低-75，温差 150-160 压力：海平面的压力为0.1MPa（1atm）。绝大部 分的沉积岩形成的压力在0.1－2MPa的范围内。 水和气作用 生物和生物化学作用 事件沉积作用
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泥质沉积岩
• 是由粘土经固结后形成的岩石，约占沉积岩的 50%。尽管页岩含量丰富，但它在地表的出露 却不如砂岩广泛。 • 具有显著的层理构造的泥质沉积岩称为页岩， 反之称为泥岩。 • 成分复杂和矿物颗粒细小等原因使得关于页岩 性质的研究不如其他沉积岩那样深入。
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• 特点为： 1) 颗粒直径不超过1／16 mm。 2) 粘土是主要成分，也包含许多细颗粒的石英、 长石等其他矿物。 3) 页岩颗粒致密，渗透性很差，可以形成不透水 层，能防止石油、水、天然气等的流失，是水、 气等理想的天然储体，是重要的密封性岩石。
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• 按照岩石的物理性质对岩石进行分类的优点和 合理性在于能够得到完整的岩石特征。但是由 于不同类型的岩石可以具有相同的物理性质， 所以仅仅依据岩石的物理性质所做的分类是不 充分的。
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三、油气藏储层岩石的基本概念
• 石油和天然气生成于沉积岩中，绝大部分也储集于沉 积中。其实，石油和天然气本身也和煤、油岩盐及其 它一些沉积矿产一样，也是一种沉积岩，只不过是液 态和气态。 • 可通过露头、岩芯的宏观观察和镜下微观观察等手段 研究沉积岩构造。也可通过实验模拟研究沉积岩构造 的形成机理。
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成岩旋回(rock cycle)
• 由火成岩、沉积岩和变 岩的形成过程有着密切 联系， • 可以互相转变。 • 对于一个运动的地球， 述过程是在不停地进行 的，这就构成了成岩旋
成岩旋回过程
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2、岩石的分类
• 岩石的分类原则和标准有许多种。
• 目前最通用的岩石分类方法是按照岩石的形成过程分 类，即按照不同的成岩过程对岩石进行地质学上的分 类。 • 也可以按照岩石包含的矿物种类，各种矿物的比例， 矿物的空间分布等，对不同的岩石进行分类。 • 在岩石物理学中，则用岩石的物理学分类原则和标准 较方便。
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• 变质过程(metamorphic process) 在地球内部高温或高压环境下，先已存在的岩石发生 各种物理、化学变化，使其中的矿物重结晶或发生交 互作用，进而形成新的矿物组合。这些变化可以在低 于硅的熔化温度时发生，所以，先已存在的岩石可以 始终保持固态。这种过程不同于前面叙述过的火成过 程或沉积过程，一般称之为变质过程。 • 岩石圈主要有三大类岩石：火成岩、沉积岩、变质岩。
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沉积岩的孔隙度
• 未固结很好的沉积岩的孔隙度可达80％ • 沉积岩的孔隙度平均在5％～30％范围之内。 • 岩石孔隙中可以流动的液体既是化学反应的组 分，也是岩石中物质传运的通道。 • 沉积岩的多孔性和高渗透率使烃类物质在其中 的聚集成为可能。 • 了解沉积岩孔隙的演化及其物理性质，对本课 程也具有重要意义。
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2.1 岩石和矿物的基本知识
• 地球及其以外的物质可以分为固体圈、水圈和大气圈 个圈层结构。 • 在地球的总质量中，大气圈的质量不到1%，水圈仅占 分之一左右，固体圈的质量占99％以上。
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地球固体圈
• 地球的固体圈是由地核、地幔和地壳组成的，其中 岩石和矿物是构成固体圈的最主要的物质。
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一、矿物
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1、沉积岩储层的分类和特征
• 沉积岩的分类方案有很多，主要介绍沉积岩的形成作 用划分的岩石类型： 1）母岩风化主物组成的沉积岩； 2）火山碎屑物质和深部卤水组成的沉积岩； 3）由生物遗体组成的沉积岩。 • 以此，把沉积岩简单分为碎屑沉积岩、粘土岩和化学 一生物(钙质)沉积岩。常见相对应的岩石有：泥质(页 岩) 、砂岩和碳酸盐岩三类。 • 这种分类也考虑到矿物颗粒的大小以及矿物成分等方 面的因素。
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地壳中最常见的三类9种岩石的一些物理性质
• 沉积岩的孔隙度比其它类岩石大；而对于抗压强度， 火成岩则明显高于沉积岩。因此，上面介绍的岩石分 类方法对于描述多种岩石的共同特性，是十分有意义 的。
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岩石物理性分类
• 岩石的物理性质主要由三个方面的因素决定： 1)岩石的组成，包括组成岩石的矿物成分，岩石内部 的孔隙度，岩石的饱和状态和孔隙流体的性质等； 2)岩石内部的结构，包括矿物颗粒的大小、形状及胶 结情况，岩石内部的裂隙和其他不连续界面等； 3)岩石所处的热力学环境，包括温度、压力和地应力 场等。尽管不同的岩石具有不同的矿物组成、结构、 孔隙度等，所处的热力学环境也大不相同，但在受到 应力(天然的力或足人为的力)作用时，同一类别内岩 石的反应差别较小，并且有许多相似处。
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•
矿物千姿百态，但多表现为颗粒状(grain)，其大小悬 殊，小的要借助于显微镜辨认，大的颗粒直径可达几 厘米，仅凭肉眼即可看见。由此可见，矿物在地质上 是建造地球的非常小的材料单元。
• 地球上已知的矿物有3300多种。岩石中常见的矿物只 有20几种，其中又以长石、石英、辉石、闪石、云母、 橄榄石、方解石、磁铁矿和黏土矿物为多。
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常见的硅酸盐以外的造岩与非造岩矿物
1．石英，以砂岩为主的多数沉积岩中，没有磁性，是良 好的绝缘体，相对介电常数约为1．553。 2．方解石，是灰岩和大理岩中的主要矿物。 3．白云石，在灰岩中较多
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二、岩石
• 岩石是由一种或几种造岩矿物按一定方式结合而成的矿 物的天然集合体 。 • 岩石是在地球发展到一定阶段时，经各种地质作用形成 的坚硬产物，它是构成地壳和地幔的主要物质。 • 作为天然物体，岩石具有自己特定的比重、孔隙度、抗 压强度等许多物理性质。正如矿物由原子组成，但矿物 可显示出个别原子不具备的性质一样. • 岩石虽由矿物组成，但岩石所表现出来的特性，却常常 是不能用单独的一种或几种矿物的特性加以替代或描述 的。
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物理学分类原则
• 岩石的物理学分类是利用了岩石在岩石学和物理学方 面的一些重要性质，具体的分类原则是： 1)根据岩石的成因类型； 2)根据岩石中造岩矿物的含量和组分； 3)根据岩石的结构和构造特征； 4)根据岩石的物理参数特征(平均值、方差、统计分布规 律、属性)； 5)根据铁磁性和电子导电矿物的组分； 6)根据成岩作用的类型； 7)根据岩浆岩的建造归属。
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碎屑沉积岩
• 碎屑沉积岩以砂岩为主，一般富含石英颗粒，在砂粒 之间有自生矿物发生的胶结作用。 • 约占沉积岩的25%，超过半数的石油产自砂岩储层。 • 砂岩是由性质不同、形状各异、大小不等的砂粒经胶 结物胶结而成的。主要成份含有物理性质和化学性质 都稳定的石英。 • 粒度大小较广，在1/16～ 2mm之间，细分为粗、细砂。 • 颗粒大多来源于风化等侵蚀作用后的火成岩的矿物颗 粒或岩石碎片，也有不少颗粒来源于已经存在的砂岩 风化的岩中的各种矿物成分不是处在一种平衡的集合状 态中。 • 在地表附近的低温环境下，矿物之间的相互作用和矿 物成分在岩石内部的转换也许还不显著；但当沉积岩 随地球的各种运动中进入地球内部的高温、高压环境 时，这种相互作用和成分转变会显著地改变岩石的组 成和微结构。 • 流体在沉积岩中的流动、化学反应和孔隙几何度的变 化，以及它们之间的耦合等，都是控制沉积岩演化的 最主要的因素。
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沉积岩
• 地壳表层分布最广泛的是沉积岩。沉积岩覆盖了大陆 面积的75％(平均厚度为2 km)和几乎全部的海洋地壳 (平均厚度为1 km)面积。 • 沉积岩是成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。也 就是说，它是早先形成的岩石破坏后，又通过物理或 化学作用在地球表面(大陆和海洋)的低凹部位沉积， 经过压实、胶结再次硬化，形成的具有层状构造特征 的岩石。 • 它是在地壳表层的条件下，由母岩的风化产物，火山 物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分，经搬运作 用、沉积作用以及沉积后作用而形成的一类岩石。
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火成岩
• 火成岩一般指岩浆在地下或喷出地表冷凝后形成的岩 石，又称岩浆岩，是组成地壳的主要岩石。 • 构成火成岩的主要元素有氧、硅、铝、钙、钠、钾、 镁和钛，后几种元素氧化物的含量即占火成岩总重量 的99％左右，特别是氧化硅的含量最高，在不同的火 成岩中均占总重量的35％～78％。 • 在各种不相同的地质环境下岩浆都可以冷凝成岩。如 果岩浆在地下活动，冷凝固化后可以形成侵入岩 (intrusive rocks)；
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几种常见矿物
• 常见的硅酸盐矿物
1．斜长石所有的岩浆岩中都含有斜长石，大部分的变质 岩和沉积岩中也含有斜长石。 2．碱性长石 在花岗岩、火山岩 中较多。 3．云母族矿物，有白云母、黑云母、锂云母等，分布较 广。 4．粘土矿物，种类许多，代表性的有高岭石、蒙脱石、 伊利石等 。 还有海绿石、辉石族矿物、角闪石族矿物、橄榄石等