2-1岩石骨架性质详解
第一篇 第二章 岩石的物理特性
第二章岩石的物理特性第一节储层岩石的骨架性质对于砂岩类型的储层岩石，其骨架是由性质不同、形状各异、大小不等的砂粒经胶结而成。
颗粒的大小、形状、排列方式、胶结物的成分、数量、性质以及胶结方式必将影响到储层的性质。
而岩石的粒度和比面恰是反映岩石骨架构成的最主要指标，也是划分储层、评价储层的重要物性参数。
本节主要讨论岩石的粒度和比面问题。
一、岩石的粒度组成1.粒度组成的概念及其测定方法粒度组成是指构成砂岩的各种大小不同颗粒的含量，通常以百分数来表示。
、因此，测定粒度组成的问题就归结为如何测定不同粒级颗粒占全岩颗粒的百分数问题。
目前，粒度的测定方法较多，例如，对大颗粒（如砾石），可在野外直接测定；对于较致密的细粒岩石，可制成岩石薄片用显微镜观测和图像分析仪测定其粒度组成；更常采用的是将砂岩捣碎成单个的砂粒，再用筛析法和沉降法来测定储油气砂岩的粒度。
（1）筛析法这是一种常规的分析方法，已为各油田普遍采用。
筛析法是用成套的筛子对经捣碎的岩石砂粒进行筛析，按不同粒级将它们分开（图1—1）。
筛子的筛孔有两种表示方法：一种是以英制每英寸长度上的孔数表示，称为目或号；另一种则是以毫米直径来表示筛孔孔眼的大小，目前两种都在使用。
此外，成套筛子的孔眼大小有一定的规定，例如，相邻的两级筛孔4647孔眼大小可相差2或42的级差。
（2）沉降法通过最小筛孔（即最细一层筛子，400目，37m μ孔径）筛下的颗粒常为极细的软泥。
粘土颗粒若需再分其粒级的含量时，可采用沉降法。
该法主要是确定岩样中小于72～53m μ的粒级含量。
沉降分析法的原理是根据不同大小的颗粒在液体中具有不同的沉降速度。
其大小可按照斯托克公式计算，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1182Ls gdρργν 故⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=118L s g d ρργν （1—1）式中 d —颗粒直径，cm ；ν—粒径为d 的颗粒在液体中的下沉速度，cm/s ；s ρ—颗粒密度，g/cm 3；L ρ—液体密度，g/cm 3；γ—液体的运动粘度，cm 2/s ；g —重力加速度，981cm/s 2。
岩体力学-2-岩石的物理力学性质-王亚军-2020
1.示底 构造
（1）层理构造
沉积岩在沉积过程中， 由于气候、季节等周期性 变化，必然引起搬运介质 如水的流向、水量的大小 等变化，从而使搬运物质 的数量、成分、颗粒大小、 有机质成分的多少等也发 生变化，甚至出现一定时 间的沉积间断，这样就会 使沉积物在垂直方向由于 成分、颜色、结构及层的 厚度的不同，而形成层状 构造，总称为层理构造。
33
第2章 岩石的物理力学性质
•根据岩石的含水状况，将容重分为天然容重
和饱和容重 w。
、干容重 d
•测定岩石的容重可采用量积法（直接法）、水中法或蜡封 法。具体采取何种方法，应根据岩石的性质和岩样形态来确 定。
•岩石容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育程度及其 含水量。岩石容重的大小，在一定程度上反映出岩石力学性 质的优劣。
变质作用不彻底而保留下来的原岩的构造 变余层理构造、变余气孔构造、变余杏仁构造等. 变余构造是恢复原岩类型的主要依据。
• 变质岩的条带状构造（德钦）
• 变质岩的水平条带状构造（德钦）
• 变质岩的条带状构造（新平县哀牢山变质岩带）
• 肠状构造---肠褶皱（新平县戛洒镇 哀牢山变质带）
• 肠状结构---肠褶皱
• 晶粒的自形程度主要决定于结晶的先后，在岩浆中早期结晶矿物 常为自形晶，晚期结晶矿物常为他形晶。
5.岩浆岩的构造
块状构造 流纹构造 流动构造 气孔构造 杏仁构造
二、沉积岩结构
岩 类
结构名称
形 成条件
碎屑结构 形成于地表，经过搬运滚动的条件，包 括碎屑和胶结物
泥质结构 形成于较少流动的水体中或呈悬浮状态
• 粗粒结构——晶粒直径大于5mm； • 中粒结构——晶粒直径1～5mm；(2～5mm) • 细粒结构——晶粒直径0.1～1mm (<2mm)
第2章岩石力学性质与分级
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：
A V
N A0 D2 H
480 39.2
(4.1)2 H
14252 H
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力而导致岩石破坏的 能力,是材料力学中用以表示材料抵抗上述三种简单应力的常量， 往往是在单轴静载作用下的测定指标。爆破时，岩石受的是瞬时冲 击载荷，所以要强调在三轴作用下的动态强度指标，才能真实地反 映岩石的爆破性，但全围压（三轴）试验难度较大。
表2-2是用雷管模拟爆破和用材料试验机加载试验所得的几种岩石的 动、静载强度。可见，动载强度比静载强度为大。
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素
凿岩性岩石在钻孔中表现出的抵抗钻头等机械作用而破坏的性 质，爆破性则是指岩石在爆破作用下表现出的性质。
岩石自身物理力学性质在凿岩爆破工艺中的综合反映，影响着 整个凿岩爆破效率和效果，通常可以用岩石的单一物理力学指标来 表示。
岩体力学第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
第二章 岩块和岩体的地质特征
二、岩块的结构、构造特征
胶结方式：是指胶结物与碎屑颗粒之间的联结 方式，胶结方式主要有： 基底式胶结－在岩石中胶结物的数量多，颗粒 与颗粒之间互不接触，颗粒散布在胶结物之中。 孔隙式胶结－当胶结物不多时，碎屑颗粒相互 接触，胶结物充填在颗粒之间的孔隙中。 接触式胶结－胶结物不多，只在颗粒之间的接 触处才有，颗粒之间的孔隙仍是空洞。
2 断续充填（不连续，厚度小于h）.结构面的力学性质与充 填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。 3 连续充填(连续,厚度大于h)结构面力学性质取决充填物性质。 4 厚层充填（充填物厚度远大于h）结构面的力学性质很差，主
要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。
五 密度
•结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 •1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长 度上交切结构面的条数(条／m)。 •2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相 邻结构面的平均距离。 Kd与d互为倒数关系 •如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角 为α ，结构面的倾角为β 时:
RQD 100e
0.1kd
(0.1k d 1)
岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心
长度之和与钻孔总进尺的百分比。
长度大于 cm的岩心长度之和 10 RQD 100% 钻孔总进尺
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
六 张开度
结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，这就使结构面实际接触 面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。
Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好 的层面及层间错动等。控制工程岩体稳定
2-1岩石骨架性质讲解
水敏
当胀地过高增层程p加中，H，的并值地酸最流层敏终体渗矿使进透物岩入率发石油下生渗气降反透层率后，
盐敏
促的响下使现，降考粘象产的察土。生现在水凝象施化胶加、或确膨沉定胀淀的、或有运释效移 或放应生出力成微时沉粒，淀，岩物使样而地的造层物成渗性的透参地率数层
酸敏
渗下随透降应率的力下现变降象化的。而现转象变。的性质。 它反映了岩石孔隙几何学
引入外形校正系数 C=1.2～1.4,它表示由于颗粒外形不规 章而引起比面增加。
Sv C61100 i n1dgii
第一节 砂岩的骨架性质
二、岩石的胶结物与胶结类型 ● 岩石的胶结物
★泥质胶结物 ★碳酸盐胶结物 ★硫酸盐胶结物 ★硅质胶结物
第一节 砂岩的骨架性质
★泥质胶结物
粘土矿物 (遇水膨胀、分散或絮凝)
尖粒峰度越组高成，的表示方法曲及线评越价陡方，法
粒度组成越
粒度组成越
表示方法均：匀 数字
准确 图形均匀 直观、明了
表2.1.2 S 油田某井S 下2 地层岩石粒度分析数据
编 井段(m)
号 28 2320～2329 34 2320～2329 36 2320～2329 编
井段(m) 号 28 2320～2329 34 2320～2329 36 2320～2329
2.岩石的比面
岩石的比外表积：指单位体积岩石的总外表 积,m2/m3。
或指单位体积岩石内全部孔隙的内外表积。
S A V
外表体积
“岩石体积”
骨架体积
孔隙体积
第一节 砂岩的骨架性质
设：岩石模型边长为L,沿任
一边长排列n个球,模型中共有 n3个球；球直径为D；
单个球外表积为πD2；
岩石本构关系
3.2.5 平面问题的求解
按位移求解时，变换基本方程和边界条件 为位移分量函数，求出位移分量后，代入 几何方程求出变形分量，再代入本构方程 求出应力分量。
v y
xy
v x
u y
2、空间问题的几何方程（柯西方程）
x
u x
y
v y
z
w z
xy
v x
u y
yz
w y
v z
zx
w x
u z
3.2.3 物理方程（弹性本构关系）
混合求解时，变换部分基本方程和边界条 件为只包含部分未知函数，先求出这部分 未知函数以后，再应用适当方程求出其他 的未知函数。
以上这些方法我们已在弹性力学中学习了 这里不再熬述。
3.3 岩石流变理论
岩石的变形不仅表现出弹性和塑性，而且也具有流 变性质，岩石的流变包括蠕变、松弛和弹性后效。
平衡微分方程
几何方程
物理方程或本构方程
结合边界条件
应力场解 位移场解
求解岩石力学问题的基本步骤图解
3.2.1 平衡微分方程 1、平面问题的平衡微分方程：
x
x
yx
y
fx
0
xy
x
y
y
声波测井
第二章声波测井声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。
声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础而提出的一种研究钻井地质剖面、评价固井质量等问题的测井方法。
主要内容：声速测井（声波时差测井），声幅测井，全波列测井。
主要应用：判断岩性，估算储集层的孔隙度，检查固井质量。
§2-1 岩石的声学特性声波是机械波，是机械振动在媒质中的传播过程，即通过质点间的相互作用将振动由近及远的传递，所以声波不能在真空中传播。
根据声波的频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为：次声波（频率低于20Hz）；可闻声波（20Hz至20kHz）；超声波（频率大于20kHz）。
各类声波测井用的机械波是声波或超声波。
对于声波测井来说，井下岩石可以认为是弹性介质，在声震动作用下，产生切变形变和压缩形变，因而，可以传播横波，也可以传播纵波。
一、岩石的弹性1、弹性力学的基本假设：（1）物体是连续的，即描述物体弹性性质的力学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数；（2）物体是均匀，即物体由同一类型的均匀材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同；（3）物体是各向同性的，即物体的性质与方向无关；（4）物体是完全线弹性的，在弹性限度内，物体在外力作用下发生弹性形变，取消外力后物体恢复到初始状态。
应力与应变存在线性关系，并服从广义的胡克定律。
满足以上基本假设条件的物体称为理想的弹性体，描述介质弹性性质的参数为常数。
当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。
一个物体是弹性体还是塑性体，除与物体本身的性质有关外，还与作用其上的外力的大小、作用时间的长短以及作用方式等因素有关，一般情况下，外力小且作用时间短，物体表现为弹性体。
声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在地层上的时间也很短，所以对声波速度测井来讲，岩石可以看作弹性体。
因此，可以用弹性波在介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。
岩石性质与矿山压力
培训教案授课教师：_ __________________教研室：___ _培训教研室____周次授课时间授课章节名称课题1 1-1 岩石性质授课专业、班级教学目标知识目标掌握岩石的分类物理性能能力目标掌握岩石的物理性质情感目标及时发现和解决学员们在学习期间存在的困难。
与学员交流、沟通，解答疑难。
教学要点教学重点岩石分类物理性能教学难点物理性能课型理论课新授课教法与学法（教具）课件课后小结与作业小结1、岩石的基本概念2、物理性能。
作业岩石（煤）的物理力学性质有哪些？它们对凿岩和爆破各有什么影响？教学后记教师课后填写教研室主任审批意见授课教师备课时间课题1 1-1 岩石性质教学过程设计时间分配一、清点人数二、安全理念三、课程导入本节内容岩石性质一）基本概念1.岩石：组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、沉积岩、变质岩。
2. 岩块从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介质。
3.岩体地下工程周围较大范围内的自然地质体。
从煤矿采掘工程角度：包括岩石、地下水、瓦斯。
岩体的性质复杂，是我们研究的主要对象。
4.表土：建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土，也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。
5.基岩：表土以下的固结性岩石称为基岩、岩浆岩、沉积岩、变质岩。
二）岩石（煤）的物理性质岩石（煤）是煤矿爆破作业的主要对象，它的物理力学性质对凿岩和爆破有很大的影响，了解这些性质有利于在实际工作中合理地确定爆破参数和选用炸药。
点人数复习安全新课导入基本概念物理性质5分钟5分钟20分钟35分1.坚固性。
它说明岩石抵抗外力作用的总强度。
坚固性大的岩石，钻眼与爆破的难度就大。
2.弹性与脆性。
弹性是指作用在岩石上的外力消除以后，岩石恢复原来形状和体积的能力。
岩石的弹性越大，钻眼与爆破的难度就越大。
脆性是指岩石受到冲击或爆破时碎裂成块的特性。
矿山岩石和岩体的力学属性
三、岩石的基本概念及物理性质
物理性质是岩石重力性与结构性质统一
1、重力性
密度 ρ kg/m3 ρ=Ms/Vs 视密度 ρ/ kg/m3
依含水、孔隙状态不同：
天然ρ/=M/V；
干ρ/d=Ms/V ， 岩石100℃～110℃下干燥24h后的密度； 饱和ρ/sat=(Ms+Mv)/V 岩石吸水饱和状态下的密度； 注：
(4.6 ~ 130)Rt
20 ~ 40
由于岩石的抗拉强度不易试验求得，通过上式可由 Rc 获得 Rt 。
莫尔－库仑强度理论目前在岩石力学领域中应用最广
它能较全面地反映岩石的强度特性，如抗拉强度远小于抗压 强度，能很好地解释岩石在三轴受拉时会破坏（因强度包络 线在受拉区闭合）和三轴等压压缩时不会破坏（包络线在受 压区不闭合）的现象。它不仅适用于塑性材料，还适用于脆 性材料的破坏，所以广泛用来解释岩石的破坏现象。其中不 足之处在于：只适用于剪切和塑性流动两种破坏形式，不适 用于拉断破坏；其次莫尔－库仑强度理论只考虑了最大主应 力 1 和最小主应力 3，与中间主应力 2 无关，而一些试验 已经证明了 2 对岩石破坏有影响。
(σ1-σ3)/2 σ3
σ1 试件
（1） 由上图： 2 90
45
2
（2） sin MN
DO MO
MN 1 3 ； DO C ctg ； MO 1 3
2
2
sin ( 1 3 ) 2
1 3
C ctg 1 3 1 3 2C ctg
2
1 3 1 sin 3 sin 2C sin ctg
一般实验机很难获得上述全过程
工程地质2-1
岩石孔隙率的大小，主要取决于岩石的结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、
构造运动及变质作用的影响。由于岩石中孔隙、裂隙发育程度变化很大，其孔隙率的
变化也很大。
二、岩石的水理性质
是指岩石与水作用时所表现的性质
1、吸水性: （1）岩石的吸水率
Gw 1 100% Gs
的水 理性 软 质 溶 化 解 性 性 式中：ω 1 ——岩石吸水率，%。
无正压应力下，剪断时的
最大剪应力值，它是测定 岩石粘聚力的一种方法。
抗剪断强度：岩石剪断面 上有一定的压应力作用时， 被剪断时的最大剪应力值。
抗切强度 岩石名称 抗压强度 7-25 10-30 石灰岩 板岩 30-250 100-200
抗剪强度 抗切强度 10-50 15-30 5-25 7-20
页岩
岩石的溶解性：是指岩石溶解于水的性质。常见的可溶性岩石有石灰岩、白云岩、石膏、岩盐
等。岩石的溶解性，主要取决于岩石的化学成分，但和水的性质有密切关系，如富含CO2的水
，则具有较大的溶解能力。 岩石的软化性：是指岩石在水的作用下，强度和稳定性降低的性质。岩石的软化性主要取决于岩 石的矿物成分和结构构造特征。岩石中粘土矿物含量高、孔隙率大、吸水率高、则易于与水作用 而软化，使其强度和稳定性大大降低甚至丧失。 岩石的软化性指标为软化因数，它等于岩石在饱水状态下的极限抗压强度与岩石风干状态下极 限抗压强度的比值。未受风化影响的岩石，软化因数接近于1，是弱软化或不软化的岩石，其抗水
、抗风化和抗冻性强；软化因数小于0.75的岩石，为强软化的岩石，工程性质较差。
岩石名称 花岗岩 闪长岩 闪长玢岩 辉绿岩 砾岩 砂岩 软化因数 0.72~0.97 0.60~0.80 0.78~0.81 0.33~0.90 0.50~0.96 0.93 岩石名称 泥质砂岩、粉砂岩 泥岩 页岩 石灰岩 硅质板岩 泥质板岩 软化因数 0.21~0.75 0.40~0.60 0.24~0.74 0.70~0.94 0.75~0.79 0.39~0.52
北京交通大学高等岩石力学2岩石的强度理论与弹塑性本构模型
主要内容： 岩石的非线性弹性本构 岩石的弹塑性本构 岩石的弹塑性耦合现象 岩石的强度理论
2.1 岩石的非线性弹性本构
弹性是指物体在外力作用下产生的变形，在外力 卸除后，变形可以完全恢复的特性，具有这种特性 的物体称为弹性体。
按着Cauchy方法定义：弹性体内各点的应力状 态和应变状态存在着一一对应关系。
d ij
1 t
Et
d ij
t
Et
d kk ij
或
d ij
K
t
2 3
Gt
d
kk
ij
2Gtd ij
在岩土工程计算中使用比较多是Duncan-Zhang模型
1
3
a
1 b1
1 3
(1 3)u
Ei
1
(1 3 ) 1
1 0
deij
deiej
deipj
1 2G
dSij
dSij
③ 基于Pramdtl-Reuss流动法则的增量本构
d ij
1 2
E
d
m ij
1 2G
dSij
dSij
塑性应变增量用塑性势函数表示
d
p ij
deipj
d
g
ij
若屈服函数为f，则 f=g 时为相关流动法则； f≠g 为非相关流动法则
若岩石的破坏符合M-C准则，则
(1 3 ) f
2c cos 2 3 sin 1 sin
岩石物理力学性质-知识归纳整理
1 岩石的物理力学性质岩石是由固体相、液体相和蔼体相组成的多相体系。
理论以为，岩石中固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用决定了岩石的性质。
在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标。
岩石物理性质：岩石由于其固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用所表现出来的性质。
主要包括基本物理性质和水理性质。
岩石在受到外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质。
岩石的力学性质主要有变形性质和强度性质，在静荷载和动荷载作用时，岩石的力学性质是有所不同的，表如今性质指标的差异上。
岩石的物理力学性质通常经过岩石物理力学性质测试才干确定。
1.1 岩石的基本物理性质指标 反映岩石组分及结构特征的物理量称为岩石的物理性质指标，这里主要是指一些基本属性：密度、比重、孔隙性、水理性等。
反映了岩石的组分和三相之间的比例关系。
为了测定这些指标，一股都采用岩样在室内作试验，，必要时也可以在天然露头上或探洞(井)中举行现场试骀。
在选用岩样时应思量到它们对所研究地质单元的代表性并尽可能地保持其天然结构。
最好采用同一岩样逐次地测定岩石的各种物理性质指标。
下面分述各种物理性质指标。
1.1.1 岩石的密度和重度(容重)1、定义密度：单位体积岩石(包括岩石内空隙体积在内)所具有的质量。
重度(容重)：单位体积岩石所受的重力。
2、计算式密度：V M =ρ(g/cm 3，t/m 3)容重度：V MgV W ==ρ(kN/m 3)密度与重度的关系：γ=ρg。
上述各式中，M —岩石质量；W —岩石分量；V —岩石体积(包括空隙在内)；g 为重力加速度，g=9.8m/s 2，工程上普通取10m/s 2。
密度与容重的种类：天然密度ρ、干密度ρd 、饱和密度ρsat 。
天然密度与干密度的关系：ρ=ρd (1+0.01ω)(ω为含水率，以百分数计)。
3、影响因素 影响岩石密度大小的因素：矿物成分、孔隙及微裂隙发育程度、含水量。
第一章(4)岩石骨架性质
用途
计算粒度的特征参数(评价指标)； 定量地评价岩石粒度组成的均匀程度。
粒度评价指标
岩石的不均匀系数α： （ Heterogeneity coefficient ）
累计分布曲线上某两个质量百分数所对应的颗粒直径之比值。
＝d 60
•α值大于1；
d10
•α值越接近于1,则表明粒度组成 越均匀； •一般储层岩石的不均匀系数 在1～20之间； •不均匀系数小于2的岩石,可 视为均质岩石。
性质及其胶结方式都将影响到岩石的孔渗特性。
第一节 砂岩的骨架性质
第一节 砂岩的骨架性质
第一节 砂岩的骨架性质
第一节 砂岩的骨架性质
砂岩的骨架性质
一、砂岩的粒度组成
1、砂岩粒度组成的概念及测定方法 砂岩的粒度组成(Granulometric compsition) ：
指构成砂岩的各种大小不同的颗粒的相对含量, 以质量百分数表示。
S>4.5
分选差
二、岩石的比面:(Specific area )
岩石的比表面积：指单位体积岩石的总表面积,m2/m3。
或指单位体积岩石内所有孔隙的内表面积。
A 当所有岩石骨架颗粒间是点接触时 ,即为所有颗粒的总表面积。 S V
式中S—— A—— V—— 岩石的比面,m2/m3； 岩石颗粒的总表面积,m2； 岩石的体积,m3。 外表体积 “岩石体积” 骨架体积
筛析法
基本做法：
Screen analysis
将岩石洗油、烘干、称质量、解析、 过套筛、分筛称质量、计算。
套筛的筛孔
以毫米直接表示筛孔孔眼大小 以每英寸长度上的孔数表示
2 为或4 2
目或号
相邻的两级筛孔孔眼的级差
第二章 岩石的物理性质
wsa
Ww2 100% Ws
2.2 基本性质指标
岩石的水理性质： 饱水系数
岩石的吸水率（ a ）与饱和吸水率（ sa ）之比，称为饱水系数。
K
a sa
它反映了岩石中开口孔隙的发育程度。一般说来，饱 水系数愈大，岩石中的开口孔隙相对愈多。
饱水系数大，说明常压下吸水后余留的孔隙就愈少， 岩石愈容易被冻胀破坏，因而其抗冻性差。
Vvc nc 100% V
总孔隙率与开口和封闭孔隙率的关系
n no nc
(读2-3)
2.2 基本性质指标
岩石的水理性质： 岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有吸水 性、抗冻性、软化性、渗透性、膨胀性及崩解性等。
岩石的吸水性
岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。常 用吸水率，饱和吸水率(饱水率)与饱水系数等指标表示。
导电性：岩石介质传导电流的能力，常用电导率或电阻率表示。
学科内应用较少
导电性复杂易变：矿物成分，结构，孔隙溶液的多少、化学组成、浓度等 电阻率岩浆岩高，变质岩次之，沉积岩变化范围大、垂直层理较高
2.4
概述
岩石的渗透性
在水力坡降作用下，水在岩体 孔隙和裂隙中的流动，即渗流； 该过程称为渗透。 而岩石的渗透性就是指在水压 力作用下，岩石的孔隙和裂隙 透过水的能力。
影响因素：取决于矿物成分及含量，可作常数看。 水的影响重要 含水状态岩石的比热可用干试样的比热等指标来进行换算，公式如下：
CS
m C mwt Cwt m mwt
2.3
岩石的热学和电学性质
导热性：岩石传导热量的能力
导热系数(热导率)λ：温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积岩石所传 导的热量(cal/(cm2· s· ℃)) 多数造岩矿物λ介于0.40~0.80~4.00~7.00之间(2.10, 0.63, 0.021)，岩石λ与岩石 密度有关(沉积岩骨架密度15~20%，一倍)，注意各向异性岩石λ的差异(顺高 10~30%)。
油层物理2-1 第一节 储层岩石的骨架性质
粒度组成测定
❖ 直接测量法 ▪ ——极大颗粒岩样（辅助）
❖ 光学、电学、薄片及图象分析法（特殊岩样） ▪ —— 数量少、颗粒小、固结岩样
❖ 方法选择：依据颗粒大小和岩石致密程度。
14
2.粒度组成的表示方法
❖ (1)数字列表法
颗粒 直径
颗粒 重量
粒度 组成
粒度累 积组成
di Wi Wi/W ΣWi/W
❖ 适用于粒径较细（<37um或>400目），直径在 50～100um时有足够的精度，但用得少。
12
粒度组成平均粒径
❖ 筛析测出的粒径代表某粒径范围内所有颗粒的平 均大小，即平均粒径
平均粒径计算：
1 di
1 2
1 d i
1 d i
di
式中： —— 粒级i的颗粒平均粒径； di’、di”—— 与粒级 i 相邻的前后两层筛子的 孔眼直径。
9
粒度组成测定
② 测定原理 ＜筛析法＞
sieve or s用cre振en动a筛na将ly粉sis碎m的e岩th样od
分离：分离成不同粒径（di）范
围的颗粒；
用天平称出各筛中颗粒
称量：重量；
按
计算：颗
粒W的i 百w分wi i 含算10量出% 0 ，各即筛得中
Hale Waihona Puke 岩石粒度组成。10
粒度组成测定
＜沉降法settling method＞
假设由半径为R的球按立方体排列组成一个边 长为4R的多孔介质立方体，则 8个球的表面积：s＝8×π×（2R）2 立方体体积：V＝（4R）3 立方体的比面：S＝s/V＝π／2R 即：S∝1／R
2.粒度组成的表示方法
曲线位置不同，岩石平均粒径不同
岩石的力学性质变形性质
–降低了岩体结构面的粗糙度，并产生新的裂隙； –矿物成分发生变化，原生矿物经受水解、水化、 氧化，变成次生矿物，强度等不断降低； –由于岩石和岩体成分结构和构造的变化，岩石的 物理力学性质也随着变化；
直接试验 试验方法
间接试验
间接试验 直接试验
3.岩石的抗剪强度
定义:岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的
最大剪应力称为岩石的抗剪切强度（Shear
strength）。所能抵抗的最大剪应力常用 表示
非限制性剪切强度试验
试验方法
限制性剪切强度试验
非限制性
限制性
4. 三轴抗压强度
定义：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受 的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度
体积变形阶段 1 > |2+ 3| 体积不变阶段 1 = |2+ 3| 扩容阶段 1 < |2+ 3|
5. 岩石的扩容
①体积变形阶段:
体积应变在弹性阶段内 随应力增加而呈线性变 化（体积减小），在此 阶段内，轴向压缩应变 大于侧向膨胀。称为体 积变形阶段。在此阶段 后期，随应力增加，岩 石的体积变形曲线向左 转弯，开始偏离直线段， 出现扩容。
3.三轴压缩条件下岩石的变形特性
岩石的强度随围压的增大而增加； 破坏前岩石的变形随围压的增大而增加； 随着围压的增加，岩石的塑性增加，由脆性变
为延性， 脆性(<50MPa)
弹塑性(>68.5MPa)
应变硬化(>165MPa)
4.岩石变形指标及其确定
反映岩石变形特性的指标有弹性模量、变 形模量和泊松比(侧向变形系数)。
在岩石的弹性工作范围内，泊松比一般为常数， 但超越弹性范围后，泊松比将随应力的增大而增 大，直到 影响变形模量和波松比的因素：
第二节岩石的力学性质
2-7 2-8
5．应力状态
岩石在两向应力和三向应力状态下，其抗压强度比单向应力状态 下要高出许多倍。从图中可以看出，岩石的强度极限随着围压的增加 而明显增大。例如当围压从零增加到165MPa时，大理岩的抗压强度从 136增加到490MPa，，当围压从零增加到155MPa时，砂岩的强度从69 增至330MPa。
（c）岩石的弹性模量不会超过组成它的矿物的弹 性模量。这是因为弹性模量在很大程度上决定于相互 作用的分子力，而岩石中颗粒接触处的相互作用的力 通常小于矿物颗粒间的相互作用力。
应力σ
2
1
应变ε 1-拉伸 2-压缩
(四)影响岩石弹性、塑性和脆性的因素
影响岩石变形特性的因素主要有岩石的组成成分、受力条件、温度 和湿度等。
岩石
粘土
致密泥岩 页岩 砂岩 石英岩 大理岩 白云岩
岩石的弹性模量和波桑比
E
105公斤/厘米2
μ
岩石
0.03
1.2~2.5 3.3~7.8 1.3~8.5 3.9~9.2 2.1~16.5
0.38~0.45 花岗岩
0.25~0.35 0.10~0.20 0.30~0.35 0.28~0.33
-
玄武岩 石英岩 正长石 闪绿岩 辉绿石 岩盐
2．岩石的结构、构造
矿物颗粒大小对岩石强度有一定的影响。一般说来，细 粒岩石的强度高于粗粒岩石的强度，并且颗粒越细，这种影 响越大。例如，粗粒花岗岩的抗压强度是80 ～ 120MPa，而 细粒花岗岩的抗压强度则高达200～250MPa。
层理使岩石的强度具有明显的各向异性。垂直于层理方 向的抗压强度最大，平行于层理方向的抗压强度最小，与层 理方向呈某种角度时的抗压强度介于二者之间。
2-2-1地质作用
2—2—1 地球表面形态（学案）【研究新考标明确新目标】自主阅读教材、一轮资料，完成知识网络的构建，【构建知识网络形成基本体系】2。
李节课的地位 3。
与其他知识的联系 【重点突破 提升技能】◆一、内力作用◆活动：说明内力作用的表现形式并分析其对地表形态的影响？ ★研究高考 完善考技★1.内力作用的能量主要来自( )A.太阳辐射能B.重力能C.潮汐能D.地球内部的热能 2。
下列现象中，在缓慢进行的是( )A.山崩B.珠穆朗玛峰在升高C.地震D.火山活动小结： ★阅读材料★一、能量来源：来源于地球内部，主要是地球内部的热能； 岩浆活动叫做火山活动或火山作用。
只有喷出地表以后形成火山才直接影响地表的形态。
（3）变质作用：岩石在一定的温度、压力下发生变质，一般发生地壳深处，不直接塑造地表的形态。
◆ 二．内力作用与地貌（地球表面形态）◆一．板块运动与宏观地形活动一：1。
印度洋板块向什么方向运动？亚欧板块向什么方向运动？它们的运动造成了什么结果？使地形发生发什么样的变化？2．阿拉伯半岛属于什么板块？相邻的非洲板块朝什么方向运动？红海是怎样形成的？活动二：观察六大板块图，思考板块边界的类型及主要的地区、地形的成因？★研究高考 完善考技★3．（05年全国文综卷一，湖南卷）下图是某群岛附近海域等深线图。
喀拉喀托火山于1853年8月26日从水深305米的海底猛烈喷发，引发的海啸导致澳大利亚36000多人丧生。
这次火山喷发后，火山露出海面，其后又多次喷发。
现今该火山海拔813米。
⑴填空：喀拉喀托火山顶与图示最低处相对高度是米。
图中A城市名称是，它是（国家）的首都。
⑵写出图示范围内板块界线的类型及板块的名称。
⑶简要说明喀拉喀托火山喷发的原因。
图2是反映岩石圈板块分布情况的地球剖面示意。
读图2回答8—9题。
8．在六大板块中，图中反映出的板块有（）A．3个B．4个C．5个D．6个9．比较K、L、M、N四地洋底地壳的地质年龄（）A．L>N B．L<N C．L>K D．M>N小结：★阅读材料★一．板块及其划分１．划分：岩石圈不是整体一块，而是被一些构造带分割成许多小单元构造带：海沟，海岒，断层，造山带六大板块：基本理论：２．板块构造学说是在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上发展起来的。
岩体力学 岩体结构面性质
散体结构－>软硬结构面混杂，结构面无序排列
岩体结构随工程规模的不同而改变(P96图4-16)。
5 4
3 1 2
图4-16 岩体结构与硐室工程尺寸之间的关系
38/38
1-完整结构；2-板裂结构；3-块裂结构；4-断续结构；5-碎裂结构
结构体岩石力学性质结构面力学性质岩体结构力学效应和环境因素特别是水和地应力的作用一概述二岩体中的结构面及自然特征次生结构面风化卸载应力变化人工爆破泥化夹层21结构面的分类岩浆结构面沉积结构面变质结构面按成因分类原生结构面构造结构面断层节理劈理非贯通型结构面隐微结构面按规模分类贯通型结构面半贯通型结构面显现结构面22结构面的分级2
峰值 残余
剪强度相差较大。
原因： 局部连接部分和啮合部 分岩石的粘结力起了抗剪作 用。
22/38
o
δt
图4-7 局部连接或啮合台阶状 结构面剪切变形曲线
②规则齿状结构面的剪胀现象(P 87 图4-8)
σ
n
δ t τ
δ
图4-8 规则齿状结构面的剪切
n
23/38
③齿状结构面的简化力学模型P88图4-9a。
柱状(图4-14a~c)、板状(图4-14d~f)、锥形(图4-14g~j)等类
别。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
35/38
图4-14 结构体形状典型类型
3．结构体形状与岩石类型有关。
玄武岩/花岗岩柱状或块状结构，
厚层砂岩/灰岩块状结构，
薄层及中厚层砂页岩互层岩体板状结构。
20/38
③结构面的剪切变形不可恢复 常伴随有微凸体的弹性变形、劈裂、磨粒的产生与迁
油层物理2-1-第一节-储层岩石的骨架性质
S S p (1 )Ss
★比面可定量描述岩石骨架颗粒的分散程度。 比面越大,分散程度越大。
26
26
二、岩石的比面
（3）比面的实质
比面是描述岩石骨架（颗粒）分散程度的指标。与粒径相比, 比面更直观地反映出了岩石颗粒的分散程度。
反映单位外表体积岩石中饱和的流体与岩石骨架接触面积的 大小。比面越大，吸附阻力越大。
d1 W1 W1/W W1/W
d2 W2 W2/W (W1+ W2)/W
••• ••• ••• •••
dn Wn Wn/W 1(ΣWi/W)
15
15
2.粒度组成的表示方法
❖ (2)作图法 ▪ 粒度组成分布曲线 ▪ 粒度组成累积分布曲线 ——求粒度参数
曲线峰越尖,岩石颗粒越均匀 16 曲线越陡,岩石颗粒越均匀16
S 3600 K
34
34
储层岩石的骨架性质
（2）据岩石粒度组成估算
▪ 估算思路
35
35
储层岩石的骨架性质
▪ 估算公式推导
① 假设单位体积岩石中,有n 颗直径为d 的同等大小的理想圆球; 每个圆球的:
表面积： si＝πd 2 ， 体积：Vi＝πd 3／6
② 设该球形颗粒组合的孔隙度为，则单位体积岩石中的颗粒
⑤ 则单位体积岩石的比面:
S Si 61 100i n1G dii
⑥ 鉴于实际岩石颗粒不可能为圆球形,在上公式中引入颗粒形状校 正系数C，则由岩石粒度组成估算岩石比面的计算公式为:
▪ 光学、电学、薄片及图象分析法
—— 数量少、颗粒小、固结岩样等特殊岩样
方法选择:
依据颗粒大小和岩石致密程度。
9
9
粒度组成测定
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
95 5
第一节 砂岩的骨架性质
福克、沃德参数分选等级对比关系
分选等级
分选极好 分选好 分选较好 分选中等 分选差 分选很差 分选极差
标准偏差(φ 单位)
<0.35 0.35～0.50 0.50～0.71 0.71～1.00 1.00～2.00 2.00～4.00 >4.00
第二章 油藏岩石的物理性质
孔隙 岩石 裂缝
为油气提供
溶洞
储集空间 渗流通道
孔隙性
渗透性
第二章 油藏岩石的物理性质
本章主要内容
◆砂岩的骨架性质 ★ 砂岩的粒度组成
★ 岩石的比面 ★ 岩石的胶结物质与胶结类型
◆砂岩的孔隙性质 ★ 岩石的孔隙、孔隙结构与孔隙度
★ 岩石的压缩系数及油藏的综合压缩系数 ★ 储层流体饱和度 ★ 储层岩石的渗透率 ★ 毛细管渗流模型
的颗粒的相对含量,以质量百分数表示。
薄片法 较大直径的砂粒组成
测定方法
筛析法 中小直径的砂粒组成 沉降法 粒径小于40μ m以下颗粒
第一节 砂岩的骨架性质
筛析法
基本做法： 将岩石洗油、烘干、称质量、
解析、过套筛、分筛称质量、 计算。 以毫米直接表示筛孔孔眼大小 以每英寸长度上的孔数表示
套筛的筛孔
目或号
筛子换算表(美国标准局标准)
筛号 (筛孔数 /in) 35 40 45 50 60 70 80 100 120 140 170 200 230 270 325 400 筛孔 尺寸 (mm) 0.50 0.42 0.35 0.30 0.25 0.21 0.177 0.149 0.125 0.105 0.088 0.074 0.062 0.053 0.044 0.037 筛孔数 /cm2 169 225 324 445 576 841 1156 1600 2209 3136 4356 6241 8649 11236 15625 22100
第二章 油藏岩石的物理性质
岩 石
沉积岩 岩浆岩 变质岩
如碎屑岩、碳酸盐岩等 如花岗岩、玄武岩等 如大理岩、片麻岩等
碎屑岩储层 我国大部分油田 波斯湾盆地 华北碳酸盐岩储层
第一节 砂岩的骨架性质
一、砂岩的粒度组成
1. 砂岩粒度组成的概念及测定方法 砂岩的粒度组成：指构成砂岩的各种大小不同
相邻的两级筛孔孔眼的级差为
或 2
4 。 2
第一节 砂岩的骨架性质
表 2.1.1(a)
筛号 (筛孔数 /in) 2.5 3 3.5 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 25 30 筛孔 尺寸 (mm) 8.00 6.72 5.66 4.76 4.00 3.36 2.83 2.38 200 1.68 1.41 1.19 1.00 0.84 0.71 0.59
筛孔数 /cm2 1 1.4 2.0 2.9 4.0 5.3 7.3 9 12.25 16 25 36 40 64 81 121
第一节 砂岩的骨架性质
沉降法 原理：在合适的介质中测定颗粒在外力场作用下
的沉降速度,间接确定颗粒的粒度组成。 斯托克(C.J.Stokes)公式： gd 2 g v 1 18 l
适用 条件 颗粒直径为10～50μ m；
颗粒的质量浓度不应超过1%。
第一节 砂岩的骨架性质
各粒级的平均直径 di ：
1 1 1 1 d d di 2 i 1 i
di —— i级颗粒的平均直径,mm；
di—— i级颗粒直径的上限,mm；
di+1—— i级颗粒直径的下限,mm。
等比粒级分类方法 φ=-log2d
平均值
Mz
16 50 84
3
标准偏差(分选系数)
偏度 峰态
SK
84 16
16 84 250 284 16 95 5 KG 2.4475 25
4 6.6 95 250 5 295 5
(2) 分选系数
特拉斯克(P.D.Trask)公式：
S d 75 d 25
S=1～2.5分选好; S=2.5～4.5分选中等; S>4.5分选差
第一节 砂岩的骨架性质
粒度组成评价指标
(3) 福克(R.M.Folk)、沃德(W.C.Ward)参数(1957年)
福 克. 沃 德 参 数 的 计 算 式
第一节 砂岩的骨架性质
尖峰越高， 曲线越陡， 粒度组成的表示方法及评价方法 粒度组成越 粒度组成越 准确 图形 表示方法： 均匀 数字 均匀 直观、明了
表 2.1.2 S 油田某井 S 下 2 地层岩石粒度分析数据
编 号 28 34 36 编 号 28 34 36 井段(m) 2320～2329 2320～2329 2320～2329 井段(m) 2320～2329 2320～2329 2320～2329 距顶 m 3.80 5.76 7.68 距顶 m 3.80 5.76 7.68 0.125 4.50 11.70 3.40 0.105 5.00 11.10 7.70 颗粒直径(mm)/累计质量百分数(%) 0.088 3.80 8.10 17.30 0.074 4.50 6.90 12.10 0.063 2.20 5.90 10.90 0.053 3.90 5.20 10.20 0.01 8.00 12.00 28.00 <0.01 0.20 15.00 10.00 0.59 0.3 0.5 2.50 0.42 4.20 颗粒直径(mm)/质量百分数(%) 0.35 8.60 0.3 8.30 0.3 0.25 15.50 3.60 0.21 10.60 5.80 0.177 10.50 5.80 0.149 6.50 8.50 0.40
用途
计算粒度的特征参数(评价指标)； 定量地评价岩石粒度组成的均匀程度。
第一节 砂岩的骨架性质
粒度组成评价指标
(1) 岩石的不均匀系数α: 累计分布曲线上某两
个质量百分数所对应的颗粒直径之比值。
＝d 60
d10
α 值大于1； α 值越接近于1,则表明粒度组成越均匀； 一般储层岩石的不均匀系数在1～20之间； 不均匀系数小于2的岩石,可视为均质岩石。