岩石物理学
岩石物理学
讲义
贺振华编
成都理工大学
2009年
目录1 岩石物理学概论 (4学时)
1.1 岩石物理学的内容与特点
1.2 岩石物理学的研究方法
2 岩石与岩石的变形 (6学时) 2.1 地球上的岩石和矿物
2.2 应力与应变
2.3 岩石的本构关系
2.4 岩石物理实验
3 岩石中波的传播与衰减(10学时) 3.1 岩石中的波
3.2 岩石中波速的测量与应用
3.3 岩石中波的衰减
3.4 岩石模型
4 岩石的弹性 (12学时) 4.1 二相体的弹性
4.2 流体静压力下岩石裂纹对弹性的影响4.3 流体静压力下岩石孔洞对弹性的影响4.4 岩石中孔隙流体对弹性的影响
4.5 弹性波在双相体岩石中的传播
5 岩石的输运特性 (2学时)
5.1 达西（Darcy）定律和岩石的渗透率5.2 渗透率的测量
5.3 岩石的输运模型
6 岩石物理应用 (4学时)
6.1 Biot-Gassmann方程与流体替换
6.2 裂缝储层岩石物理
复习与考试(2学时)
1 岩石物理学概论
1.1 岩石物理的内容与特点
岩石物理学是以研究岩石物理性质的相互关系及应用为主的学科。重点研究：
·在地球内部特殊环境下岩石的行为及其物理性质。
·研究那些与地球内部构造运动、能源和资源勘察与开发、地质灾害的成因与减灾，环境保护与监测等密切相关的问题。
对油气勘探、资源、环境等问题，R. E. Sheriff 对岩石物理学的定义为[1]
岩石物理学研究岩石物理性质之间的相互关系，具体地说，研究孔隙度，渗透率等是如何同地震波速度、电阻率、温度等参数相关联的。
岩石物理学与地质学、地球物理学、地球化学、力学、流体力学、材料力学、地热学、环境科学、工程学等众多学科密切相关，是一个高度的交叉、边缘学科。基础性，应用性都很强。一般情况下，人们把岩石物理学归属于地学学科。对油气资源的勘探开发而言，岩石物理是联系地质、地球物理、石油工程三个学科领域的共同基础和桥梁，见图1.1。
图1.1 岩石物理是地质、地球物理、石油工程的共同基础和桥梁
地球物理
地质结构
岩石物理
1.2 岩石物理学的研究方法
1.2.1 研究岩石的多尺度性
岩石是不同矿物、胶结物和孔隙及孔隙物质组成的复合体。研究岩石的尺度可分为：（1）矿物颗粒（grain）尺度，或微观尺度（micro-scale），与矿物颗粒大小有关，一般为10-7~10-1m。
（2）岩石尺度，又叫宏观尺度（macro-scale）（10-1~10+2m）。
（3）岩体尺度(mega-scale)，包括岩体的节理、层面（100~103m）。
（4）地质尺度（giga-scale），是矿物、岩石、岩体+构造运动的总体尺度。（101~104m）。
也可把（1）称为微观尺度，把（2）称为中观和细观尺度，把（3）、（4）称为宏观尺度。
岩石物理性质随研究的尺度不同而不同。例如用岩石尺度看矿物，矿物性质是均匀的，用矿物尺度看矿物，矿物是非均匀的。当地震波长λ小小于研究对象的大小d时，即λ＜＜d，d是不均匀的，要用射线理论研究。此时可应用Shell定理和Fermat原理；d
λ≈要用绕射、散射原理；λ＞＞d时，d是均匀的。
1.2.2 岩石物理的实验方法
实验是岩石物理的基本研究方法。
主要步骤为：采样——制样——测试——分析——结论与认识。
主要物理性质和测量方法列表如下
成都理工大学“油气藏地质及开发工程国家重点实验室”、“地质灾害防治与工程地质环境保护国家重点实验室”以及其他部门的实验室均有相应的条件
和实验设备，如MTS 岩石物性测试系统，ARS-300TM 岩石电阻率测试系统，岩石声发射测试系统，放射性测量等设备。
1.2.3 岩石物理实验要注意的问题 （1）微观特性的宏观应用问题
主要考虑微观实验得到的结论如何推广到宏观条件下去应用？
由于受样品大小，测试环境和条件等的限制，在实验室测得的岩石样品的微观特性如果不顾条件和环境，将其推广到实际的宏观问题中去应用，可能要出现较大误差。应建立适当的模拟理论和方法，使得物理模型（或岩样）测试，数值模拟和实际的地质模型在遵守一定的条件和规则情况下相互统一。
（2）地下原位条件和环境的模拟
地下的岩石常常处于较高的温度和较高的压力条件下，我们称其为原位条件。原位地层条件下的岩石物性与常温常压下有很大的差别，测试方法与测试结果的分析必须注意这些差异。
（3）建立定比观测的理论与方法。
实验室中的小尺度模型和岩样如何与地下实际的大尺度研究目标相匹配是岩石物理的一个关键问题。现以超声波模型实验为例进行说明。
超声波物理模型实验是用频率较高的超声波测试尺度比较小的岩样和模型，研究较大尺度实际岩石介质的低频地震波特性。设实验所用的频率为u f ，岩样或模型的尺寸大小为u L ，波速为u V ；实际地震勘探所用频率为r f ，观测目标大小为r L ，波速为r V 。则存在关系式
f L V
R R R = （1.1）
式中
1/,,u u u L u r V f r
t
r
r
V f R L L R R V R f ωω==
=
=
=
（1.2）
上式（1.1）和（1.2）为定比测量的基本公式。公式的应用前提是：不同频率的波（超声波和地震波等）均遵循相同的波动方程式。取三维声波方程
2
2
2
2
22
2
2
2
1P P P P x
y
z
V
t
????+
+
=
???? （1.3）
式中，波场(,,,)(,)P P x y z t P L t ==，)z ,y ,x (v v =，
(,,)L L x y z =为向量，则（1.3）变为
2
2
2
2
2
(,)1(,)P L t P L t L
V
t
??=
?? （1.4）
通过傅氏变换将上式变换到频率波数域，则有
2
2
2
()()(,)(,)L L L i iK P K P K V
ωωω=
（1.5）
式中1L K L
=
，122f T
ωππ==，整理后得
222
L
K
V
ω=
（1.6）
在实际和模型介质中，波遵循相同的波动方程式，得
2
22
r
Lr
r
K
V ω=
（1.7） 2
2
u
Lu
u
K
V ω=
2
（1.8）
取（1.7）/（1.8）得
/(/)/(/)/Lr Lu r u r u u r
K K V V L L ωω== （1.9）
考虑公式（1.2），且t T =为波的主周期，则有
/1t v L R R R = ，或f L V
R R R =
（1）式得证。因为岩石样品的波速度与实际波速不会有很大差异，设 1V R ≈，则有
1f L R R =
（1.10）
即 ::r u u r f f L L =
在一维情况下，取25H z r f =，1M Hz u f =，0.1m u L =，则4000m r L =，若令1m u L μ=，其它情况相同，则0.04m r L =，其它依此类推。
2 岩石与岩石的变形
2.1 地球上的岩石和矿物（学生自学为主）
·矿物——天然生成的无机成分的均匀固体
homogeneity均匀≠各向同性Isotropy
heterogeneity非均匀≠各向异性anisotropy
矿物是均匀的，但可以是各向异性的
（位置）（强调方向）
矿物颗粒的大小相差悬殊（grain）μm---cm尺度的都有
地球矿物元素有3300多种，常见的有20多种。
O，Si，Al，Fe，Ca……等元素最多
·岩石
——由一种以上造岩矿物按一定方式结合而成的矿物的天然集合体
·岩石是多孔的，Pore, Porosity, Pore shape, permeability, Texture, Compaction, Cementation(胶结)，bulk density，……
·成岩过程
火成的（igneous process）
沉积的（sedimentary process）
变质的（metamorphic ）
·三大岩类
①火成岩侵入岩（intrusive rocks）
喷发岩（extrusive rocks）
占地壳总体积的95%。
是良好的建筑装饰材料。
②沉积岩
沉积作用形成的，在地表分布最广，覆盖了大陆面积的75%。
主要类别：
砂岩（sandstone）占沉积岩总量的25%，颗粒（grain）大小范围，1/16mm~2mm 经济性：油、气、水的储集体，建筑材料；页岩或泥岩（shale）占沉积岩
总量的50%，矿物颗粒大小范围<1/16mm ，是油、气、水的盖层，遮档层，建筑材料。
碳酸盐岩（limestone ）占沉积总量的20%，世界油气探明储量的50%以上在碳酸盐岩储层中。矿物成分以方解石，白云石为主，grain 小。其中的裂隙很重要，是油气赋存和运移通道，溶蚀白云岩孔隙比较发育，一般为良好储层！
变质岩 高温、高压环境下可形成变质岩、火成岩，沉积岩都可形成变质岩，有重结晶作用，结构更复杂。不利于找油气，但可以是油气水的储集体。是优质建筑与装饰材料，如大理石等。
·成岩旋回（rock cycle ）
图2.1 成岩旋回示意图
/搬运
2.2 岩石的变形
·应力和应变（Stress and strain ）
F s
δσδ=
注意：应力不是力，是单位面积上的力（协强）
应力单位：
应变ε包括体积形变和形状形变，有线应变，体应变，角形变等名词 应变率d dt
εε=
2.3 岩石的本构关系
·描述岩石应变ε或应变率ε 同应力σ，温度T ，时间t 等因素（变量）的函数关系称为岩石的本构关系。
(,,)f T t εσ=
在弹性力学中，本构关系描述了弹性体的应变与应力之间的关系，比较单一。而在岩石力学中，自然界的岩石，处于较大的温度、压力条件下，而且受力变形的时间很长（地质年代）。这是其特殊性，与一般的弹性体不同。但对人工地震而言，地震波作用时间很短，弹性力学的本构关系仍然适用。
·典型的单向应力下的应力（压应力）——应变关系曲线
σ11 x
y
OA 段
随压应力σ增加，应变ε增加的速度趋缓，好像岩石变硬了，又称OA 段为“作功硬化”阶段。原因：岩石中的裂隙在压应力作用下，逐渐闭合：
AB 段，弹性阶段，ε和σ呈线性关系
BC 段
出现岩石的膨胀（dilatancy ），随σ增加，ε增加似乎岩石变软了，称为“作功软化”阶段。原因：垂向裂缝产生，并增加。有一种各向异性介质称为EDA 介质（Extensive dilatancy anisotropy ），它表示裂缝的垂直定向排列。 （扩容性裂缝）各向异性
ε
σ
σ
C点形变达到极大值，临界破裂状态Array CD段，岩石发生强烈破坏，应力能量大量释放。断裂，岩体失
稳，地震产生等，破碎后形变局部化，很难测量评价CD段的变化关
系。
DE段：破裂已经完成，形变表现为岩石（体）沿断面或破裂而滑动。
2.4 岩石裂隙的多尺度性及定比观测
3 岩石中波的传播和衰减
3.1 岩石中的波
3.1.1 波的类型多、复杂，目前应用较多的有纵波、横波和转换波。 纵波又称P 波，其质点运动方向与波传播方向一致。以疏、密带形式传播，如下图。
……………………→传播方向
横波又称剪切波或S 波，其传播方向与质点运动方向垂直，与传播方向垂直的质点又有两个运动方向，一沿垂直剖面运动，称SV 波，另一与垂直平面垂直，称SH 波。
在均匀各向同性介质中，传播速度,p s V V 与弹性参数λ，μ的关系如下：
P V =
（3.1）
S V =
（3.2）
式中ρ为岩石密度。
若泊松比σ为0.25，此时λμ=，于是
P S V =
（3.3）
3.1.2 当波垂直入射到分界面时，反射系数R 为
22111122
V V R V V ρρρρ-=
+ 或 11221122
V V R V V ρρρρ-=
+ （3.4）
透射系数为
11
1122
2V T V V ρρρ=
+ （3.5） 显然
1T R
-= 或 |1|T R -=
（3.6）
3.1.3 波动方程
波传播过程中所遵循的方程类型很多，有弦和杆的方程，声学方程，弹性方程，粘弹性方程，还分一维，二维和三维方程。这些方程都和一定的物理模型有关，注意简化条件，应用条件。 3.2 岩石中波速的测量与应用
3.2.1 波速的测量
国际岩石力学协会ISRM 推荐的波速测量方法（Interation Society for Rock Mechanics, 1978）
图 3-1 ISRM 推荐的波速测量系统
（2）成都理工大学岩石物性测试系统MTS（Mechanic Test System）的岩石波速测量方法。
特点：（a）测试原理与ISRM推荐的方法基本一致；
（b）功能更强，可同时测P波，S1波，S2波的波速；
（c）处理方法能力较强，除放大器之外，还有Butterworth带通滤波，有振幅增益控制，记录显示也比较先进（数字与模拟均有），可形成电子文档；波的速度直接、自动计算出来。
（d）可在高温高压下直接测试。有的发、收换能器（transduser）不能承受较高的温压。
（3）地震、测井等使用了很多波速测量与分析方法。
图3-2 成都理工大学岩石物性测试系统MTS（照片）
图3-3成都理工大学岩石物性测试系统MTS（线路图）和岩样与探头（上）
图3-4 成都理工大学岩石物性测试系统MTS的测试记录（下）
3.2.2 波速分析与应用 （一）波速分析的主要内容：
（1）波速P V ，S V 和密度ρ是岩石总体（或平均）弹性性质的反映，已知P V ，
S
V 和ρ可求出λ，μ，（拉梅常数）K （体积模型量），泊松比，E （杨氏模量），
β（压缩系数）等弹性参数见表3-1。
表3.1 弹性参数换算表
K E λ
ν
2
p ρυ
2
s ρυμ=
2/3λμ+
32λμ
μ
λμ
++ 2(+)
λλμ 2λμ+
93K K
K λλ
--
3K λ
λ
-
3()
2
K λ-
93K K μμ
+ 23
K μ-
322(3)
K K μμ-+
43
K μ+
3(3)
E E μμ- 23E E
μμ
μ-- 12E μ
-
43E E
μμ
μ--
339K E K
K E
--
36K E K
-
339K E K
K E +-
39K E K E
- 13νλ
ν
+ (1)(12)
ννλ
ν
+-
1ν
λ
ν
- 122νλ
ν
-
2(1)3(12)
νμ
ν+-
2(1)
μν+ 212νμ
ν
- 2212ν
μ
ν--
3(12)K ν-
31K
ν
ν
+ 131K
νν
-+ 12322K
νν-+
3(12)
E ν-
(1)(12)
E ννν+-
(1)(1)(12)
E ννν-+-
22E ν
+
2
2
4()
3
p s ρυυ-
2
2
2
22931
s R R ρυ+
22
(2)p s ρυυ- 见注释*的表达式
注： * 2
2
2
31222
2
1232(31)23221
31
31
R R R R R R ν---=
=
=
-++
表中：K —体积模量；E —杨氏模量；μ—剪切模量；β—压缩系数1K =；λ—拉梅常数；ν—泊松比；ρ—密度；1P S
R υυ=
；
222()S R K ρυ=；22
3()P R K ρυ=
（2）利用所测得的岩石总体弹性参数，反演或反推岩石的微观特性（矿物成分，孔隙度，渗透率，流体饱和度，裂缝、裂纹，孔隙充填物性质）和岩石所处的热力学状态（温度、压力，异常压力，异常温度）。
这种分析很重要，是岩石物理研究的核心内容，但是难度大，是目前的前沿性研究课题。
（3）寻求合理的科学的研究方法
由岩石总体性质反演岩石的微观结构与所处温压条件，与反演的一般性问题一样，存在着解的适定性问题，即解是否存在，是否唯一，是否稳定？为此需要有合理的方法。
a ．利用大量观测数据，建立岩石波速与组合岩石的矿物成分；孔隙、裂隙及充填物性质的统计关系和经验方程；
b ．建立岩石波速与温度、压力（含埋藏深度）的统计关系；
c ．利用多种弹性参数（,,/P S P S V V V V （或泊松比）波阻抗等）进行反演；
d ．利用多种属性（P V ，S V ，波的振幅、频率、吸收衰减，相位，极性）、多元信息（地质、钻井、测井，开发动态数据等）进行综合解释与反演，含标定与联合反演，以及正、反演结合等方法；
e ．增加测量结果的精度和可靠性（去噪，提高分辩率等）。这类方法很多，可在教科书P46~P54（陈颙，黄庭芳，2001）和许多参考文献中查找。
（二）波速的主要应用
波速测量的主要应用领域包括：
（1）大陆动力学与地球内部结构与变动； （2）地震孕育与地震预报、预测；
（3）工程与环境问题（岩石强度、稳定性分析）流体污染与流动； （4）资源勘查，油气，水资源，固体矿产等。 3.2.3 波速分析的有关理论与经验公式
（1）波速和密度的关系，密度ρ的测量相对容易，有了经验关系式，可由密度推波速，反之亦然。
a ．Gardner 公式（1974），主要适用于沉积岩中的碎屑岩。
V β
ρα=，其中0.25β=，0.310α=
（单位 v=m/s ，ρ=g/cm 3）（3.7）
b ．Birch 公式（1961）适用于火成岩，变质岩。
2.760.98P V ρ=-
（3.8）
后来V olarovich 和Gebrande 还进一步给出了在不同压力情况下~P V ρ关系式和P V 、~S V ρ关系式。
（见教材书P48，陈颙，黄庭芳，2001）。
c ．simmons （1964）公式，总结波速和岩石组分的关系式：
1
m
A i
i
i V a b c m e c
ρ==+++
∑ （3.9）
式中i c 是第i 种矿物的重量百分比，A m 是岩石组分的平均原子量，,,,i a b c e 是通过试验得到的常数。
（2）Han 的公式，描述波速与砂岩孔隙度η和粘土矿物含量的关系
012V A A A c η=--
（3.10）
其中012,,A A A 为常数，η为孔隙度，c 为粘土含量。 或A t B η=?+
t
?为声波时差，A ，B 为常数
（3）波速与孔隙度和裂缝（fissure ）的关系 a ．Wyllie 公式（1956）--时间平均方程：
1
11P
m
f V V V ηη-=+
（3.11）
η为孔隙度，有时也用φ表示，m V 为岩石骨架部分的P 波波速，1f V 为岩
石孔隙流体的P 波速度。
b ．与Wyllie 公式相近的有1980 Raymer 提出的公式
2
1(1)P m f V V V ηη=-+
（3.12）
c ．岩石的破裂指标
Foumaintraux （1976年）提出的，很有实际意义，这一问题的研究比较前沿。他设岩石的无破裂指标为IQ
又设岩石仅由不同矿物组成，不含裂纹，则岩石的纵波速度V *是各矿物波速i V 及其体积百分比i c 的加权平均
*
1
1n
i
i i
c V
V
==
∑ （3.13）
设实测的波速为V ，则IQ 为
*
(%)/100%
IQ V V =?
（3.14） 假定岩石中有球形孔隙，设其孔隙率为P η，则其IQ 的计算为
100% 1.6P
IQ η=-
（3.15）
例如 10%P η=，则84%IQ =，若30%P η=，则52%IQ =。这时认为岩石的裂缝体积很小，但它与岩石孔隙度有密切关系，且裂缝愈多，岩体的强度就愈低。按实测IQ 和P η可绘图，如下图所示。据此可将岩石分为五类。
图 3-5 岩石的IQ 分类（Ⅰ没有裂缝，Ⅱ少量裂缝，Ⅲ中等量裂缝；
Ⅳ很多裂缝；Ⅴ到处是裂缝
d ．Hudsou 围体+包体的速度和孔缝关系式
(,,,,,,,,)PO SO O pf sf f V f V V V V φθρερ=
（3.16）
式中V 可为P V 或S V ，f 为函数关系符号。φ为地震测线与裂缝方位的夹角，θ为波的入射角，P O V ，SO V ，O ρ为岩石基质或围体的纵、横波波速和密度，pf V ，
sf
V ，f ρ为裂缝充填物的纵横波速度和密度，ε为裂缝密度。
此式较为复杂。见2003. No.2，勘探地球物理进展，贺振华，文晓涛等人
的文章。
（4）波速与温度和压力的关系
100
80 75 50 20
（IQ ）
波速随温度和压力的变化关系一般说来是非线性，在定温情况下，随压力增大波速增高。而定压情况下，随温度升高，波速降低，如下图所示：
土
在地层条件下，波速随深度的增加比较复杂，是压力和温度综合影响的结
果：
T P dV
V P V T
dz P z T z
????????=+ ? ????????? （3.17）
其形态如上图所示。
对沉积岩而言P V z -的关系也是非线性的，1957年Faust 总结了500块砂岩和页岩的实验资料，提出了如下的经验公式：
1
6()P V L A z =
（3.18）
式中L 为岩石参数，A 是岩石形成的地质年龄，一般情况下L =46.6，P V 以m/s 为单位。
/P S V V 也是一个有用的参数。
3.3 岩石中波的衰减
研究衰减的重要性：
a ．衰减随岩石物性参数的变化而变化的程度比波速的相应变化要灵敏得
650
600
550
500
450
Vp/m. -
图3-6火成岩波速随压力变化情
况
（simmons ，1965）
岩石力学重点总结
岩石岩体区别:岩石可以瞧作就是一种材料,岩体就是岩石与各种不连续面的组合体;岩石可以瞧作就是均质的,岩体就是非均质的(在一定的工程范围内);岩石具有弹、塑、粘弹性,岩体受结构面控制,性质更复杂,强度更低;岩体通常就是指一定工程范围内的地质体,岩石则无此概念。 岩石力学就是一门研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的 学科。又称岩体力学,就是力学的一个分支。研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它就是 一门新兴的,与有关学科相互交叉的工程学科,需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学 等知识,并与这些学科相互渗透。 研究对象:对象:岩石—对象—岩石材料—地壳中坚硬的部分; 复杂性:地质力学环境的复杂性(地应力、地下水、物理、化学作用等) 研究的基本内容: 基本理论岩体地应力 材料实验——三大部分→岩体的强度 工程应用岩体的变形
裂隙水力学 研究方法: 物理模拟→岩石物理力学性质常规实验,地质力学模型试验; 数学模型→如有限元等数值模拟; 理论分析→用新的力学分支,理论研究岩石力学问题; 由于岩石中存在各种规模的结构面(断裂带、断层、节理、裂隙)→致使岩石的物理力学性质→不连续、不均匀、各 向异性→因此,有必要引入刻划不均一程度的参数。 各向异性:指岩石的强度、变形指标(力学性质)随空间方位不同而异的特性。 岩石的基本物理力学性质 岩石力学问题的研究首先应从岩石的基本物理力学性质研究入手, 1.岩石的容重:指单位体积岩石的重量。2、比重(Gs)指岩石干重量除以岩石的实体积(不含孔隙体积)的干容重与4?c 水的容重的比值。3、孔隙率(n%)指岩石内孔隙体积与总体积之比。4、天然含水量:指天然状态下,岩石的含水量与岩石干重比值的百分比。5、吸水率:指岩石在常温条件下浸水48小时后,岩石内的含水量与岩石干容重的比值。6、饱与含水率:指岩样在强制状态(真空、煮沸或高压)下,岩样最大吸水量与岩石干重量比值。7、饱水分数:指岩石吸水
岩石物理性质
岩石物理性质 地球物理勘探中所涉及的各类岩石和矿物的物理性质。岩石的密度、弹性波传播速度、磁化率、电阻率、热导率、放射性等,是形成各种地球物理场的基础（表1）。 磁性常用的岩石磁性参数是磁化率、磁化强度、剩余磁化强度矢量，以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值Q。 矿物按其磁性的不同可分为3类： ①反磁性矿物,如石英、磷灰石、闪锌矿、方铅矿等。磁化率为恒量，负值，且较小。 ②顺磁性矿物，大多数纯净矿物都属于此类。磁化率为恒量,正值，也比较小。 ③铁磁性矿物,如磁铁矿等含铁、钴、镍元素的矿物。磁化率不是恒量，为正值，且相当大。也可认为这是顺磁性矿物中的一种特殊类型。 岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质作用过程的影响。一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱。 ①岩浆岩的磁性取决于岩石中铁磁性矿物的含量。结构构造相同的岩石，铁磁性矿物含量愈高，磁化率值愈大。铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度，按酸性、中性、基性、超基性的顺序逐渐变大。铁磁性侵入岩的特点是Q值一般小于1。由接触交代作用而形成的岩石,Q值可达1～3，甚至更大。 ②沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的含量决定的。分布最广的沉积岩造岩矿物，如石英、方解石、长石、石膏等，为反磁性或弱 1顺磁性矿物。菱铁矿、钛铁矿、黑云母等矿物之纯净者是顺磁性矿物；含铁磁性矿物杂质者具有强顺磁性。沉积岩的磁化率和天然剩余磁化强度值都比较小。
③变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的。原岩为沉积岩的变质岩，磁性一般比较弱；原岩为岩浆岩的变质岩在变质作用相同时，其磁性一般比原岩为沉积岩的变质岩强。大理岩和结晶灰岩为反磁性变质岩。岩石变质后，磁性也发生变化。蛇纹石化的岩石磁性比原岩强；云英岩化、粘土化、绢云母化和绿泥石化的岩石，磁性比原岩减弱。 岩石磁性的各向异性是岩石的层状结构造成的。磁化率高，变质程度深的岩石，磁各向异性很明显。褶皱区沉积岩的磁各向异性一般要比地台区的大。 岩石的天然剩余磁化强度矢量是在岩石形成过程中，按当时当地的地磁场方向“冻结”下来的。这个矢量的指极性与现代地磁场方向一致的称为正极性。岩石的年代愈古老，它的剩余磁化强度矢量的成分愈复杂。岩石剩余磁性由各种天然磁化过程形成。岩石在磁场中从居里点以上温度冷却时获得的剩余磁性称为热剩余磁性；岩石中的铁磁性物质在磁场中由于磁粘滞性而获得的剩余磁性称粘滞剩余磁性；沉积岩中的微小磁性颗粒在沉积过程中受磁场作用采取定向排列因而获得的剩余磁性称为沉积剩余磁性；沉积物中的铁矿物沉积后，在磁场中经化学变化而获得的剩余磁性称化学剩余磁性；还有等温剩余磁性是常温下磁性物质在磁场中获得的剩余磁性（见岩石磁性）。岩石的剩余磁性是古地磁学赖以建立的基础。 岩石和矿物的磁性与温度、压力有关系。顺磁性矿物的磁化率与温度的关系遵循居里定律。铁磁性矿物的居里温度一般为300～ 2700℃，其磁化率一般随温度升高而增大（可达50％），至居里温度附近则迅速下降。铁磁性矿物的磁化率与温度的关系有两种类型：一为可逆型，即在矿物加热和冷却过程中温度相同时磁化率值相同，如纯磁铁矿、钛铁矿。另一种为不可逆型，即矿物加热和冷却过程中温度相同时磁化率值不同，如对升温不稳定的铁磁性矿物。岩石加热时，磁化率也逐步升高，至200～400℃迅速下降。岩石的磁化率和磁化强度值都随压力的增大而减小。 密度和孔隙度矿物的密度是由构成该矿物各元素的原子量和矿物的分子结构决定的。大多数造岩矿物如长石、石英、辉石等具有 3
岩石力学 知识点整理
岩石力学 第一章 绪论 1、岩石力学是研究岩石或者岩体在受力的情况下变形、屈服、破坏及破坏后的力学效应。 2、岩石的吸水率的定义。 演示吸水率是指岩石在大气压力下吸收水的质量w m 与岩石固体颗粒质量s m 之比的百分数表示，一 般以a w 表示，即w 0s a s s m w 100%m m m m -==? 第二章 岩石的物理力学性质 1、影响岩石的固有属性的因素主要包括试件尺寸、试件形状、三维尺寸比例、加载速度、湿度等。 2、简述量积法测量岩石容重的适用条件和基本原理。 适用条件：凡能制备成规则试样的岩石均可 基本原理：G/A*H H ：均高；A ：平均断面；G ：重量 3、简述劈裂试验测岩石抗压强度的基本原理。 在试件上下支承面与压力机压板之间加一条垫条，将施加的压力变为线性荷载以使试件内部产生垂直于上下荷载作用方向的拉应力在对径压缩时圆盘中心点的压应力值为拉应力值的3倍而岩石的抗拉强度是抗压强度的1/10，岩石在受压破坏前就被抗拉应力破坏 4、简述蜡封法测量岩石容重的适用条件和基本原理。 适用条件：不能用量积法或水中称量法（非规则岩石试样且遇水易崩解，溶解及干缩湿胀的岩石） 基本原理：阿基米德浮力原理 首先选取有代表性的岩样在105~110℃温度下烘干24小时。取出，系上细线，称岩样重量（g s ）,持线将岩样缓缓浸入刚过熔点的蜡液中，浸没后立即提出，检查岩样周围的蜡膜，若有起泡应用针刺破，再用蜡液补平，冷却后称蜡封岩样的重量（g 1），然后将蜡封岩样浸没于纯水中称其重量（g 2），则岩石的干容重（γd ）为： γd =g s /[（g 1-g 2）/γw -（g 1-g s ）/γn] 式中，γn 为蜡的容重（kN/m 3），.γw 为水的容重（kN/m 3） 附注：1. g 1- g 2即是试块受到的浮力，除以水的密度，（g 1- g 2）/γw 即整个试块体积。 2. （g 1- g s ）/γn 为蜡的体积 第三章 岩石的力学性质 1、岩石的抗压强度随着围压的增大而(增大或减小)? 增大而增大。 2、岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。 ①弹性模量：岩石在弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值。 ②变形模量：岩石在弹塑性变形阶段内，正应力和对应的总应变的比值。 ③泊松比：岩石在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值。 3、简述如何利用全应力-应变曲线预测岩石的蠕变破坏。 当岩石应力水平小于 H 点的应力值，岩石试件不会发生蠕变。
《大地构造学》知识点总结.
《大地构造学》知识点总结 第一章绪论 一、大地构造学的研究对象、内容、方法、意义 研究对象：大地构造学，是研究地球过程的综合学科。 研究内容：①区域或全球尺度的地壳与岩石圈构造变形特征及圈层相互作用，如：大洋-大陆相互作用、地球内部圈层相互作用、造山带与盆地的形成过程等；②构造变形与岩浆作用-沉积作用-变质作用的相互关系；③地壳与岩石圈的形成与演化过程；④地球表面海-陆的形成与演变方式及过程；⑤地球深部作用过程及其机制。 研究方法：大地构造学研究方法需要综合利用地质学其他学科以及地球物理探测、地球化学的研究手段与研究成果。 研究意义：大地构造学研究可以为认识和分析构造地质学的研究背景和形成机制提供宏观的上成因解释。 二、固体地球构造的主要研究方法 主要包括固体构造几何学与构造运动学的研究。 固体地球的构造几何学：主要研究地球的组成成分及结构。方法有：①研究暴露在地表的中、下层地壳乃至地幔顶部剖面，通过地质、地物、地化综合研究，揭示地壳深部物质组成、结构构造、物理性质、岩石矿物及元素的物化行为、温压条件、地热增温率、有关元素及矿物成分的聚散规律；②研究火山喷发携带到地表的深源包裹体，揭示深部物质与构造特征；③人工超深钻探直接取样（目前为止涉及最深深度12km）；④地震探测：分为天然地震探测和人工地震探测，利用地震波的折射与反射可揭示地球深部构造特征。 固体地球构造运动学：主要研究地质历史时期的大地构造运动学与现今固体地球表面的构造运动。地质历史时期的大地构造运动学可以利用古地理学（岩相、生物、构造）、古气候分区、地球物理学与古地磁学进行研究；现今固体地球表面的构造运动可以利用空间对地的观测与分析技术。 三、大地构造学研究意义 理论意义：可以为认识和分析构造地质学的研究背景和形成机制提供宏观的上成因解释； 实际应用意义：①大型成矿集中区（矿集区）等成矿构造背景、资源规划；②大规模破坏性地震产生于形成的地质构造背景与稳定性评价；③绝大对数大型、灾难性地震都发生在活动板块边缘带（区）上，或与板块相互作用有关的次级活动构造单元边界区域。 第二章固体地球主要构造特征 一、地球表面基本面貌：海陆分布、高程分布及其意义 海陆分布特征：陆地面积占29.22%；海水覆盖面积70.78%； 高程分布特征：陆地主要分布在海平面以上数百米高程范围，大洋的主体分布在海平面以下5km的高程上；
常用的岩土和岩石物理力学参数
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： （7.2）当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K值(利用压缩试验或者P波速度试验估计)，然后再用K和ν来计算G值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值） （Goodman,1980）表7.1 干密度 (kg/m3) E(GPa) νK(GPa) G(GPa) 砂岩19.3 0.38 26.8 7.0 粉质砂岩26.3 0.22 15.6 10.8 石灰石2090 28.5 0.29 22.6 11.1 页岩 2210- 2570 11.1 0.29 8.8 4.3 大理石2700 55.8 0.25 37.2 22.3 花岗岩73.8 0.22 43.9 30.2 土的弹性特性值（实验室值） （Das,1980）表7.2 干密度(kg/m3) 弹性模量E(MPa) 泊松比ν 松散均质砂土1470 10-26 0.2-0.4 密质均质砂土1840 34-69 0.3-0.45 松散含角砾淤泥质砂土1630 密实含角砾淤泥质砂土1940 0.2-0.4 硬质粘土1730 6-14 0.2-0.5 软质粘土1170-1490 2-3 0.15-0.25 黄土1380 软质有机土610-820 冻土2150 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5中弹性常量：E1, E3,ν12,ν13和G13；正交各向异性弹性模型有9个
弹性模量E1,E2,E3,ν12,ν13,ν23,G12,G13和G23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验 室）表7.3 Ex(GPa) Ey(GPa) νyx νzx Gxy(GPa) 砂岩43.0 40.0 0.28 0.17 17.0 砂岩15.7 9.6 0.28 0.21 5.2 石灰石39.8 36.0 0.18 0.25 14.5 页岩66.8 49.5 0.17 0.21 25.3 大理石68.6 50.2 0.06 0.22 26.6 花岗岩10.7 5.2 0.20 0.41 1.2 流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量Kf，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M。纯净水在室温情况下的Kf值是2 Gpa。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的Kf，不用折减。这是由于对于大的Kf流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC3D中用到的流动时间步长, tf与孔隙度n，渗透系数k以及Kf有如下关系： （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数来决定改变Kf的结果。 （7.4）其中 其中，——FLAC3D使用的渗透系数 ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） ——水的单位重量
岩石应力应变的各个阶段
岩石的变形特性 岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之二) 一、内容提要：本讲主要讲述岩石的变形特性、强度理论 二、重点、难点：岩石的应力-应变曲线分析及岩石的各种强度理论。 三、讲解内容： 四、岩石的变形特性 与岩石的强度特性一样，岩石的变形特性也是岩石的重要力学特性。只有对岩石的变形特性的变化规律有了足够的了解，才能应用某些数学表达式描述岩石的变形特性，进而运用这些表达式计算岩石在外荷载作用下所产生的变形特性，并评价其稳定性。在实际的工程中，经常遇到岩石在单轴和三轴压缩状态下的变形问题。 (一)岩石在单向压缩应力作用下的变形特性 1. 岩石在普通试验机中进行单向压缩试验时的变形特性 岩石的变形特性通常可从试验时所记录下来的应力-应变曲线中获得。岩石的应力-应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律。以下先介绍具有代表性的典型的应力-应变曲线。 1)典型的岩石应力-应变曲线分析 图15-1-17例示了典型的应力-应变曲线。根据应力-应变曲线的变化，可将其分成OA，AB，BC 三个阶段。三个阶段各自显示了不同的变形特性。 (1)OA阶段，通常被称为压密阶段。其特征是应力-应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增加而减少。形成这一特性的主要原因是存在于岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。 (2)AB阶段，也就是弹性阶段。从图15-1-17可知，这一阶段的应力-应变曲线基本呈直线。若在这一阶段卸荷的话，其应变可以恢复，由此可称为弹性阶段。这一阶段常用两个弹性常数来描述其变形特性。即弹性模量E和泊松比。所谓弹性模量，是指应力—应变曲线中呈直线阶段的应力与应变之比值(或者是该曲线在直线段的斜率)被称作平均模量。就模量的概念而言，岩石的模量还有初始模量、切线模量、割线模量等。在岩石力学中比较常用的是平均弹性模量E和割线模量E50，E50是指岩石峰值应力一半的应力、应变之比值，其实质代表了岩石的变形模量。所谓泊 松比，是指在弹性阶段中，岩石的横向应变与纵向应变比之值。这是描述岩石侧向变形特性 的一个参数。最近几年来，经过大量的试验发现，在AB阶段，由于岩石受荷后不断地出现裂纹扩展，将产生一些不可逆的变形。因此从某种意义上来说，它并不属于真正的弹性特性，只能是
岩石物理学
岩石物理学 这段这这我主要这了岩石物理～这以下方面这行了这,学学几个学 这致阿这奇公式的重要岩石物理这这学 阿这奇公式的这用件条 岩石这的近代究方法学研 Cole-Cole模型 岩石的这激这化效这极 Gassmann方程 这致阿这奇公式的重要岩石物理这这学 这阻率这井这明于20世这20年代.从它在1927年9月这生的那天起一直到1942年这这止,这于如何利用这阻率这井这料这算地这油含量的究工作一直也有停止这气研没.但是由于有到岩石这阻率和其含油这没找气 和度之这的定量这系,这阻率这井这料只被用这这油这来,划分岩性和这行地这这比,而不能用于定量解这和这这这价.这这情直到况Archie的公式这表以后才有了根本性的改这. 这了充分地了解阿这奇公式有这的一些这这与,首先回这一下在阿这奇公式这表之前(前阿这奇这代)这于岩石这阻率的究这以及在研状1942年以前所做这的一些这这性的岩石这这这学. 前阿这奇这代的岩石这这性究这研状 岩石是一这自然生成的混合物,其含有一定的孔隙内.在自然这下状,岩石的孔隙中充这着具有这解液性这的地这水或这化度低的淡水很.在油这集这气内,岩石孔隙中的充物一般由地这水、石油及填 天然按天然形成的比例混合而成气.
在这流通这岩石这,岩石孔隙水中的子要在这流的作用下这生这离运.这这这明,岩石孔隙水(地这水)中的子离主要是这子离(Na+)和这子离(Cl-),所以,这这子在这流作用下穿这岩石孔隙系这的这易程度这定了岩石两离决 的这阻率.孔隙度这高且其孔隙系这具有良好这通性的岩石具有这低的这阻率.孔隙度这低且其孔隙通道的几何形这这和这通性不好的岩石的这阻率这高状.如果岩石中的孔隙通道被不这这的这物所堵塞,这这这子不能在离孔隙通道中移这,因此提高了岩石的这阻率.在含有这化合物的地这中碳,由于这这化合物一般是不这这的,所以它离运这的存在这这上是堵塞了子移的通道,使岩石的这阻率这大.另外,含泥这岩石的这阻率这受土这物的含黏量和这型的影响. 前阿这奇这代的岩石这这性究这这研 当研响这这阿这奇的究工作有重要影的这这有下列4个: Kogan这这 1935年,前这这巴这阿塞这柏疆(Azerbayzhan)石油究所的研I Kogan采用这慢替代法做了一这于松散个砂粒堆这物这这性的这这.他把巴这从(Baku)油田采到的砂粒在一垂直管子里管子里充这了这水装个并将.然后,将个管子的底部放入到一石油这杯中.最后,向这杯中加入这这空气.利用这这空的这力气,使得这杯里的石油慢慢地这入到这砂子的管子里去装,将并来管子里的这水这走用石油代替.Kogan的含水这和度据是利用重数量这量得到的,而这阻率据是利用这臂数(惠斯登(Wheatstone))这这采集的. 在整这这这程中个,Kogan一共这这了这不同的砂粒两,模这砂岩的孔隙度这20%到45%.相这的这量这果这出了明这的这律性.Kogan的这这据被成功地用于这这前这这巴这地的油田的这采和枯竭程度数区.
水文地质学知识点整理
地下水的概念P1：地下水是赋存于地表以下岩石（土）空隙中各种形态的水的总称。既有液态的水液，也有气态的水汽，也包括固态的水冰，还有介于它们之间其他形态的水。 地下水的功能属性P2：地下水的资源属性，地下水是生态因子，地下水是环境（灾害）因子，地下水是一种重要的地质营力，地下水是地球深部的信息载体。 水文地质学的研究方法P4：野外调查，野外试验，室内试验，遥感，地球物理勘察，信息技术的应用。 第一章水循环与地下水赋存 1、了解地球内部圈层构P7 地球圈层构造划分表 地球外部圈层：由五个大致成层分布的自然子系统组成，按照性质可以分成3类。即3个无机子系统———大气圈、水圈、岩石圈。1个类有机子系统———土壤圈。1个有机子系统———生物圈。 2、地球水圈可以划分为地质水圈和水文水圈。P9 3、地球上的水循环P10：地球各个圈层中的水相互联系、相互转化的过程统称为大气水的水循环，又叫做自然界的水循环。按其循环途径的长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为地质循环和水文循环两类。 4、岩石（土）介质中水的存在形式P17页
5、赋存介质的水理性质P19-20：指与水的储容和运移有关的赋存介质的性质，主要包括空隙的大小、多少、连通程度及其分布的均匀程度，这些性质的差异，会使其储容、滞留、释放以及透过水的能力不同。表征介质水理性质的指标有容水度，给水度，持水度。 容水度：指介质能够容纳一定水量的性质。 给水性：指饱水介质在重力作用下，能够自由给出一定水量的性质持水性：指重力释水后，介质能够保持一定水量的性能。 二、地下水的基本类型及其特征 1、包气带和饱水带：P21 2、越流P22：把两个含水层透过该弱透水层发生垂直水量交换的现象称为地下水的越流。 按照地下水的埋藏条件，可以把地下水分为潜水、承压水、与上层滞水。其中潜水和承压水在一定条件下是可以相互转化的。P23 3、潜水的概念P26：潜水是地表一下埋藏在饱水带中第一个稳定隔水层智商的具有自由水面的重力水。
岩石物理方程解释
Reuss 模型：此模型为Reuss 在应力均匀恒定的情况下，相当于各个岩石模块的并联组 合，容易得出∑==N i i i R M M 11 φ. 模型如右所示： 推导过程：因为有i dV dV =∑，由dV V P M = ，则可得 到()i i R i P V PV M M ?=∑又因为假设岩石内应力各向相同，则容易得出∑==N i i i R M M 11φ，即可 得出岩石体积模量的最小值。 Voigt 模型：此模型为Voigt 在岩石中各矿物的应变均匀情况下，相当于岩石模块的串联组合，容易得出V i i M M φ=∑. 模型图如右所示： 推导过程：因为有i i P P φ= ∑，同理dV P M V =，即有i V i i dV dV M M V V φ=∑，又因为假设岩石中各矿物的应变均匀相同即i i dV dV φ=，即可得∑=i i V M M φ，即可得出岩石体积模量的最大值。 Wyllie 模型：此模型为Wyllie 在沉积岩中发现孔隙度和速度之间的简单单调关系，即完全理想情况，岩石各向同性即可得出岩石速度f f i Mi W νφνφ ν+= ∑，则可得出岩石 的平均速度，然后根据体积模量和速度的关系即可得出岩石的集体模量W M . 模型图如右： Hill 模型：Hill 模型为Hill 提出用上下边界求平均值的方法来对岩石有效弹性模量进行切合实际的评价即可得出 2 R V H M M M += .
Reuss、Voit和Hill模型所得体积模量对比 Reuss、Voit和Hill模型所得剪切模量对比
孔隙流体为水，泥质和石英各为占一半的岩石体积模量界限值对比 孔隙流体为水，泥质和石英占骨架比7:3和1:1的岩石体积模量界限值对比 Qua:Cla=1:1 Qua:Cla=7:3
岩石物理学复习提纲2017
岩石物理学复习提纲 2017 一、试卷题型 ?基本概念以填充和名词解释形式考查 一、填充题： 例： 1、岩石物理学主要从（）和（）上研究岩石特性与其（） 性质间相互关系。 2、矿物一般是由无机作用形成的，（）和（）都是有机作用的 产物，故均非矿物。 二、名词解释： 例： 1、岩石物理学： 2、离子导电岩石：
一、试卷题型 ?简述题与综合题： 三、简述题，主要考查对岩石物理中一些问题的理解 例： 1、简述岩石物理学研究中存在的问题 2、用定性或定量方式列举三个主要岩石特性因素是怎样影响岩石地震 特性的 3、岩石物理模型中公式的定义，物理量的含义，公式等 一、试卷题型 ?简述题与综合题： 四、综合题，与简述题的差别为，一般在综合题中会加入简单的计算， 同时考查对知识的综合应用。 例： 1、阿尔奇公式的基本形式和物理意义，写出各个参量的含意；已知一 些参数后求岩石的电阻率孔隙度和饱和度； 2、 Gassmann方程中需要哪些参数，与空间平均方式建立岩石物理 模型有什么关系，基质体积模量，孔隙内混合流体的体积模量用什么模型计算，已知体积模量怎样计算速度，反之。
一、试卷题型 ?图示说明题和公式推导或证明 五、图示说明题，用图示的方式说明弹性波在固液介质中的传播规律并用文字回答基本规律； 例1：在一个液－固介质的分界面上，上层液体介质的波阻抗为Z 1＝Vp 1ρ1，下层固体介质的波阻抗为Z 2＝Vp 2ρ2，且V 2＞V 1。当一个波以α角入射到界面时，在界面上会发生什么现象？用射线、箭头和角度方式图示，并回答问题。 一、试卷题型 ?图示说明题和公式推导或证明 例2：图示岩石基本特性与速度的关系(定性关系)。
常见岩石的辨别
学会用肉眼或借助于放大镜来鉴定火成岩，是野外地质旅行的基本功之一。特别在填绘地质图、测制剖面图、研究侵入体及其相互穿插关系，观察侵入体与其围岩的关系，以及各种火成岩与成矿的关系等方面，均具有重要意义。 学会野外鉴定火成岩，大体上应从以下几项步骤入手。 首先观察岩石的颜色、含石英的分量、含铁镁矿物的分量这三项指标，估计遇到的火成岩应归属于哪一个大类。比如淡红色、浅灰色，含石英晶体的颗粒较多，而含铁镁矿物的分量较少的，大体上是属于酸性火成岩。如果岩石呈灰色、灰绿色，铁镁矿物的含量相当明显，而石英晶体的颗粒大为减少，或偶尔可见者，大体应属于中性火成岩。如果岩石的颜色黝黑，并略带橄榄绿，完全看不到石英颗粒，铁镁矿物几乎成为岩石的全部组分，则应属于基性岩类。 基本上分辨出酸性、中性和基性三大类岩石以后，接着就应该鉴定其具体的名称了。这时候，认识岩石中所含的矿物名称是鉴定的关键，因此，熟悉一下最基本的几种造岩矿物很有必要。 石英：晶体多为六方柱体及菱面体的聚形，晶面有横纹。颜色多种多样，纯净者无色透明，称之为水晶。常见者有白色、灰色乃至暗灰色。如含锰质，呈紫色；含有机质，呈烟黄色、烟褐色、墨色。玻璃光泽。断口不平，有如贝壳状。硬度7，超过铁器，故刀口针尖均难以刻画。
正长石：晶体短柱状，常呈粒状或块状。表面可见解理裂缝。颜色多呈肉红色、浅黄色。玻璃光泽。硬度6，与铁器相近。 斜长石：板状、板柱状晶体，多为白色、浅灰色，有时为浅绿色、浅红色。常为不规则的粒状。玻璃光泽。硬度6～6.5。 黑云母：晶体常呈板状、柱状。片状解理发育，极易剥落成薄片，故可用小刀、指甲拨开。具玻璃-珍珠光泽。硬度低，2～3。薄片富有弹性。颜色呈黑、褐色。易风化，成为绿泥石。 白云母：晶体形状与黑云母相同。片状解理亦发育，极易剥成薄片。玻璃-珍珠光泽。硬度2～3，颜色白、浅黄，浅灰、浅绿。不易风化。 普通角闪石：晶体常呈柱状，横断面为假六边形，颜色为黑色。绿色、褐色。玻璃光泽。有时可见金属光泽。其解理裂缝的交角为60°。硬度5.5～6。 普通辉石：晶体呈短柱状。其横剖面为假八面形。颜色多为黑色、墨绿色及褐黑色。玻璃光泽。硬度5～6。解理裂缝的交角呈90°。 橄榄石：它的颜色比较特殊，通常呈橄榄绿、黄绿色，有些则呈黑色。有较强的玻璃光泽。断口呈贝壳状。硬度6～7，因其极
常用的岩土和岩石物理力学参数
(E, ν与) (K, G) 的转换关系如下： K E 3(1 2 ) G E （7.2） 2(1 ) 当 ν值接近 0.5 的时候不能盲目的使用公式 3.5，因为计算的 K 值将会非常的高，偏离 实际值很多。最好是确定好 K 值 (利用压缩试验或者 P 波速度试验估计 )，然后再用 K 和 ν 来计算 G 值。 表 7.1 和 7.2 分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值） （Goodman,1980） 表 7.1 干密度 (kg/m 3) E(GPa) ν K(GPa) G(GPa) 砂岩 19.3 0.38 26.8 7.0 粉质砂岩 26.3 0.22 15.6 10.8 石灰石 2090 28.5 0.29 22.6 11.1 页岩 2210-257 11.1 0.29 8.8 4.3 大理石 2700 55.8 0.25 37.2 22.3 花岗岩 73.8 0.22 43.9 30.2 土的弹性特性值（实验室值） （Das,1980） 表 7.2 松散均质砂土 密质均质砂土 松散含角砾淤泥质砂土 密实含角砾淤泥质砂土 硬质粘土 软质粘土 黄土 软质有机土 冻土 3 弹性模量 E(MPa) 泊松比 ν 干密度 (kg/m ) 1470 10-26 0.2-0.4 1840 34-69 0.3-0.45 1630 1940 0.2-0.4 1730 6-14 0.2-0.5 1170-1490 2-3 0.15-0.25 1380 610-820 2150 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况， 横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量： E E 3 , ν12 , ν 和 G 13 ；正交各向异性弹性模型有 9 个弹性模量 E 1, 13 1,E 2,E 3, ν12 , ν , ν 和 G 23。这些常量的定义见理论篇。 1323 ,G 12,G 13 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。 一些学者已经给出了用 各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表 3.7 给出了各向 异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表 7.3 E x (GPa) E y (GPa) νyx νzx G xy (GPa) 砂岩 43.0 40.0 0.28 0.17 17.0 砂岩 15.7 9.6 0.28 0.21 5.2
岩石物理模型
岩石物理模型综述 岩石是由固体的岩石骨架和流动的孔隙流体组成的多相体，其速度的影响因素呈现复杂性和多样性各因素对速度的影响不是单一的，是相互影响综合作用的结果，这也表明利用地球物理资料进行储层特征预测和流体识别是切实可行的，岩石的弹性表现为多相体的等效弹性，可以概括为4个分量：基质模量，干岩骨架模量，孔隙流体模量，和环境因素（包括压力温度声波频率等），岩石物理理论模型旨在建立这些模量之间相互的理论关系，它在通过一定的假设条件把实际的岩石理想化，通过内在的物理学原理建立通用的关系。有些模型假设岩石中的孔隙和颗粒是层状排列的，有些模型认为岩石是由颗粒和某种单一几何形状的孔隙组成的集合体，其中孔隙可以是球体、椭球体或是球形或椭球形的包含体，还有些模型认为岩石颗粒是相同的弹性球体。鉴于以上不同的实际岩石理想化过程，我们将岩石物理模型分为四类：层状模型、球形孔隙模型、包含体模型和接触模型。 1 层状模型 ①V oigt-reuss-hill(V-R-H)模量模型 在已知组成岩石介质各相的相对含量以及弹性模量的情况下，分别利用同应变状态同应力状态估算岩石介质有效弹性模量的vogit上限reuss下限，利用两者的算术平均计算岩石的有效弹性模量，这种平均并没有任何理论的基础和物理含义，该模型比较适合于计算矿物成分的有效体积模量及可能的最大上下限，不适于求取岩石的总体积模量剪切模量和气饱和岩石的情况。
②Hashin-shtrikman模量模型 在已知岩石矿物和孔隙流体的弹性模量及孔隙度的情况下，Hashin-shtrikman模型能精确地计算出多孔流体饱和岩石模量的取值范围，其上下限的分离程度取决于组成矿物弹性性质的差异（均为固体矿物颗粒时，上下限分离很小；如有流体存在时，则上下限分离较大）。 ③wood模量模型 wood模量模型首先利用reuss下限计算混合物平均体积模量，再利用其与密度的比值估算速度，该模型比较适用于计算孔隙混合流体的有效有效体积模量，或者浅海沉积物的有效体积模量（浅海沉积物基本为悬浮状态）。 ④时间平均平均方程 Wyllie等人的测量显示，假设岩石满足：（１）具有相对均匀的矿物；（２）被液体饱和；（３）在高有效压力下，波在岩石中直线传播的时间是在骨架中的传播时间与在孔隙流体中的传播时间的和，由此得到声波时差公式为 ΔT＝（１－φ）ΔTｍａ＋φΔTｆ 其中，ΔT为声波时差，ΔTｍａ和ΔTｆ分别是孔隙流体和岩石骨架的声波时差值，φ是孔隙度。因此，通常被称为时间平均方程，该方程适用于压实和胶结良好的纯砂岩。对于未胶结、未压实的疏松砂岩，需要用压实校正系数犆ｐ校正；对于泥质砂岩，要进行泥质校正。 2 球形空隙模型
岩石力学复习重点
1岩石力学与工程学科定义。 岩石力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。 2岩石力学与工程的任务、研究对象以及其研究范围。 3岩石力学与工程的研究方法。1)工程地质研究方法2）科学实验方法3）数学力学分析方法4）整体综合分析方法 第一章岩石物理力学性质 1岩石的物理性质（几个重要概念：容重的测量方法P25\吸水率、抗冻性、软化性） 容重的测量方法：A、量积法测定岩石的容重B、水中称重法测定岩石的容重C、蜡封法测定岩石的容重学性质。 吸水率：岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。 抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。 软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性。 2岩石的力 1点荷载强度指标是一种最简单的岩石强度试验，其试验所获得的强度指标可用做岩石分级的一个指标，有时可代替单轴抗压强度。 岩石的抗剪切强度：岩石在在剪切荷载作用下达到破坏所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度。剪切强度试验分为非限制性剪切强度试验和限制性剪切强度试验二类。 2.试件在单轴压缩状态下的主要破坏形式 1)X状共轭斜面剪切破坏，是最常见的破坏形式。 2)单斜面剪切破坏，这种破坏也是剪切破坏。 3)塑性流动变形，线应变≥10％。 4)拉伸破坏，在轴向压应力作用下，在横向将产生拉应力。这是泊松效应的结果。这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所引起的。 3.用能量法解释刚性实验机的工作原理 试件受压，试验机框架受拉，刚性试验机 4.全程应力应变三个用途 1.预测岩爆 2.预测蠕变破坏 3.预测循环加载条件下岩石的破坏 5.全程应力应变曲线及解释
岩石力学重点总结
岩石岩体区别：岩石可以瞧作就是一种材料，岩体就是岩石与各种不连续面的组合体；岩石可以瞧作就是均质的，岩体就是非均质的（在一定的工程范围内）;岩石具有弹、塑、粘弹性，岩体受结构面控制，性质更复杂，强度更低;岩体通常就是指一定工程范围内的地质体，岩石则无此概念。 岩石力学就是一门研究岩石在外界因素■（如荷载、水流、温度变化等）作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。又称岩体力学，就是力学的一个分支。研究目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它就是一门新兴的，与有关学科相互交叉的工程学科，需要应用数学、固体力学、流体力学、地质学、土力学、土木工程学等知识，并与这些学科相互渗透。 研究对象［对象:岩石一对象一岩石材料一地壳中坚硬的部分； 复杂性:地质力学环境的复杂性（地应力、地下水、物理、化学作用等）
研究方法：物理模拟T岩石物理力学性质常规实验，地质力学模型试验； 数学模型T如有限元等数值模拟； 理论分析T用新的力学分支，理论研究岩石力学问题； 由于岩石中存在各种规模的结构面（断裂带、断层、节理、裂隙）7致使岩石的物理力学性质T不连续、不均匀、各向异性T因此，有必要引入刻划不均一程度的参数。 各向异性：指岩石的强度、变形指标（力学性质）随空间方位不同而异的特性。 岩石力学问题的研究首先应从岩石的基本物理力学性质研究入手， 1.岩石的容重：指单位体积岩石的重量。2、比重（Gs）指岩石干重量除以岩石的实体积（不含孔隙体积）的干容重与4无水的容重的比值。3、孔隙率（n%）指岩石内孔隙体积与总体积之比。4、天然含水量:指天然状态下，岩石的含水量与
岩石干重比值的百分比。5、吸水率：指岩石在常温条件下浸水48小时后，岩石内的含水量与岩石干容重的比值。6、饱与含水率：指岩样在强制状态（真空、煮沸或高压）下，岩样最大吸水量与岩石干重量比值。7、饱水分数：指岩石吸水率与饱水率的比值百分率。8抗冻系数。9、软化系数。10、渗透系数K与吕容系数Lu。 岩体的工程分类：岩体质量指标RQD,RQD值的大小,反映了岩体完整程度T岩体分类。 岩石的水理性质：岩石遇水后会引起某些物理、化学与力学性质的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。 1、岩石的吸水性 2、岩石的软化性 3、岩石的膨胀性 4、岩石的崩解性 5、岩石的抗冻性 6、岩石的透水性岩石的碎胀性、 岩石的强度:重要性（工程安全、经济效益）【岩石由固体，水，空气等三相组成。】 复杂性:岩石的强度包括岩块的强度与结构面的强度，以及耦合效益+地质环境因素影响（地应力、地下水等） 岩石的破坏形式：1、脆性破坏：岩石发生破坏时，变形很小，明显声响，一般发生在单轴或低围压坚硬岩石。 2、塑性破坏：破坏时，变形较大，有明显的“剪胀”效应，一般发生在较软弱岩石或高围压坚硬岩石 3、沿软弱结构面（原生）剪切破坏。
岩石力学(沈明荣)考试重点
一章： 1.叙述岩体力学的定义.：岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。 2.何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？（1）岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。（2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。 3.何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？ （1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。 4. 岩体结构的六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。 二章：岩石物理力学性质有哪些？ 岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。影响岩石强度特性的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 什么是岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。 2.4简述岩石刚性实验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。ABO2O1——峰点后，普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大于岩石的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和E.hoek和E.T.brown提出的经验理论的优缺点？：莫尔强度理论优点是使用方便，物理意义明确；缺点是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论优点是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E.hoek和E.T.brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显复杂。 典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第Ⅰ阶段：称为初始蠕变段或者叫瞬态蠕变阶段。在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲；应变与时间大致呈对数关系，即ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系。第Ⅲ阶段：称为加速蠕变段非
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。 胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物在一起的连结。对于这种连结的岩石，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。从胶结物来看，硅质铁质胶结的岩石强度较高，钙质次之，而泥质胶结强度最低。 回顾----岩石的基本构成 ●岩石中的微结构 岩石中的微结构面（或称缺陷），是指存在于矿物颗粒内部
岩石学知识点总结
岩学知识要点总结 一、名词解释 1. 岩浆：是上地幔或地壳部分熔融的产物，成分以硅酸盐为主，含有挥发分，也可以含有少量固体物质，是高温粘稠的熔融体。是上地幔或地壳部分熔融的产物，成分以硅酸盐为主，含有挥发分，也可以含有少量固体物质，是高温粘稠的熔融体。 2. 岩浆作用：是岩浆的形成、演化及侵入、喷出和冷凝结晶最终形成火成岩的复杂过程。 3. 岩浆岩的结构：是指组成岩的矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、自形程度和矿物之间(包括玻璃)的相互关系。 4. 原生岩浆：由地幔或地壳岩经熔融或部分熔融作用形成的成分未遭受变异的岩浆。 5. 辉长结构：是辉长岩的典型结构，表现为基性斜长和辉的自形程度相近，均呈现半自形-它形粒状。 6. 粗玄结构：又称间粒结构。在不规则排列的长条状斜长微晶间隙中，充填若干个粒状辉和磁铁矿物的细小颗粒。 7. 拉斑玄武结构：填隙物有辉、磁铁矿物及玻璃质 8. 粗面结构：喷出岩的基质中钾长微晶呈平行排列。 9. 反应边结构：早生成的矿物或捕虏晶，与熔浆发生反应，当这种反应 不彻底时，在早生成的矿物外围，形成另一种成分完全不同的新矿物，完全或局部包围着早结晶的矿物。反应边结构：早生成的矿物或捕虏晶，与熔浆发生反应，当这种反应不彻底时，在早生成的矿物外围，形成另一种成分完全不同的新矿物，完全或局部包围着早结晶的矿物。 10. 里特曼指数： 5=(K20+Na2O 2/ (SiO2 -43 (wt%) S <3.者称为钙碱 性岩，5 =3.-9者为碱性岩，5 >翳为过碱性岩。
11. 安山岩：是中酸性火山岩中分布较广泛的一种熔岩，常常形成典型的火山锥或呈岩流、岩穹、岩钟产出。 12. 粗玄岩：结晶程度较好，为全晶质，基质具粗玄结构，具喷出产状。 13. 熔蚀结构：在地下深处生成的斑晶上升到地表或浅处时，由于物化条件发生了较大的变化，例如压力降低使一些固相的熔点降低，岩浆在地表氧化，温度一度升高等，会造成早已结晶的斑晶熔蚀，形成斑晶的熔蚀结构 14. 包橄结构：橄榄辉岩中，常见到大的辉晶体，包含有多被溶蚀的浑圆状的小橄榄颗粒 15. 文象结构：英呈一定的外形（如尖棱形，象形文字形等）有规律地镶嵌在钾长中，这些英在正交偏光下同时消光。肉眼可见的叫文象结构 16. 环带结构：常见于一些固溶体系列的矿物中，以斜长最常见（图3- 4）。 固溶体矿物从中心向边缘具有不同的端元组成而形成环带，镜下显示不同的消光位。可出现An 分子由中心向边缘递减的正环带，也可出现反向变化的反环带及交替变化的韵律环带。 17. 镁铁矿物：矿物中FeO、MgO 的含量较高，包括橄榄类、辉类、 角闪类及xx 类。 18. 蛇绿岩：蛇绿岩是代表由橄榄岩-蛇纹岩、辉长岩、辉绿岩、枕状熔岩/ 细碧岩和伴生沉积物--放射虫硅质岩、远洋粘土和有虫灰岩组成的一套岩组合的术语。一般认它代表了洋中脊处的大洋岩圈组成，并将蛇绿岩的出现作为古板块缝合线位置的标志。 19. 细晶岩：细晶岩是一种浅色的脉岩，它以缺乏暗色矿物，并具细晶结构为特征。 20. 斑状结构：岩中矿物颗粒分为大小截然不同的两群，大的称为斑晶，小的及不结晶的玻璃质称为基质。