岩石物理
岩石物理相的研究及应用
岩石物理相的研究及应用岩石物理是地球物理学的一个重要分支，主要研究岩石的物理性质及其对地球结构、成岩演化和矿产资源的影响。
岩石是地球的基本组成部分，了解其物理相对于研究地球内部结构、地球演化历史以及勘探矿产资源等方面具有重要意义。
以下将介绍岩石物理相的研究内容和应用。
岩石物理相的研究主要包括：岩石的物理性质测定、岩石物理方程和行为模型的建立、岩石的物理变化与地质作用的关系等。
岩石的物理性质包括密度、磁性、电性、声学性质等，通过这些性质的测定可以推测岩石的成分、结构和演化历史。
例如，岩石的密度与成分、孔隙度和压实程度有关，通过测定岩石的密度可以判断其成岩时的压实程度和含水量。
岩石的磁性和电性与岩石中的矿物组成、含水、含油等有关，通过测定岩石的磁性和电性能够了解矿床的分布和矿体的性质。
岩石物理方程和行为模型的建立是岩石物理研究的重要内容，通过建立岩石的物理方程和行为模型，可以深入研究岩石的物理性质和岩石与地质作用之间的关系。
岩石物理行为模型是通过实验和理论推导得到的，可以用于模拟岩石在地壳中的运动和变形过程。
例如，岩石的变形行为模型可以用于研究地震过程中的地壳应变和应力分布，对于地震学研究和地震灾害预测都具有重要意义。
岩石的物理变化与地质作用之间存在着密切的关系，通过研究岩石的物理变化可以了解地质作用的历史和机制。
岩石的物理变化包括岩石的压实、变形和断裂等，这些变化与地质作用之间存在着紧密的关系。
例如，岩石的压实过程会导致岩石的密度增大，研究岩石的压实过程可以了解地壳的压实历史和岩石的演化过程。
岩石的变形和断裂过程可以用来研究地壳的构造演化和地震活动的机制。
岩石物理相的研究在地球科学研究和矿产资源勘探中具有广泛的应用价值。
在地球科学研究领域，岩石物理相可以用来探测地壳内部的结构和岩石性质，对于研究地球演化和地壳构造演化具有重要意义。
岩石物理相还可以用来研究地震活动的机制和地震预测，对于减轻地震灾害具有重要意义。
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
岩石相关物理性能
岩石相关物理性能
1．岩石种类
火成岩：硅酸盐岩浆上升到地壳上部形成，主要：玄武岩，安山岩，辉长岩，闪长岩，花岗岩，呈酸性,由各向同性，破碎后不
易产生针片状颗粒。
沉积岩：沉积物质在低温低压下形成，主要：砾岩，砂岩，粉砂岩，泥岩，页岩，石灰岩，白云石，石膏，呈碱性，由各向异性，
破碎后易产生针片状颗粒。
变质岩：岩石(火成岩)在地下受高温高压或强烈剪切而碎裂或重结晶形成，主要有：角闪岩，石英岩，大理石，板岩，片麻岩等。
由各向异性,破碎后而产生针片状颗粒。
2．岩石的强度
说明：
①很软：泥岩，板岩，滑石，白云石，页岩。
软：砂岩，大理石，方解石，石灰岩，凝灰岩。
中硬：石英岩，氟石，磷灰岩，硬砂岩，花岗岩。
硬：正长时，闪长石，花岗岩，铁矿石。
很硬：玄武岩，安山岩，硬砾石。
②普石系数=(1/100)×抗压强度。
是岩石的坚固性系数。
③莫式硬度，Mols 代表性岩石是：
3．典型物料的密度和堆比重：
4.磨蚀性
4.1 岩石的平均SiO2含量表：
4.2邦德叶片测定值：
4.3干湿磨机钢耗对比：
5.岩石爆破后粒级分布表
6.破碎机排料中大于排料口的过大颗粒含量β%和最大相对粒度Z：
说明：Z：最大排料粒度与排放口之比。
短头圆锥：闭路取小值，开路取大值。
反击式的排放口以第二级为准，主轴转速以V=32m/秒为准。
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。
岩石物理、化学性质及其分类
主要内容
岩石性质及其分类
1.1 岩石的物理性质 1.2 岩
1 岩石的孔隙度η
岩石的物理性质
η为岩石中孔隙总体积V0与岩石的总体积V之比，
用百分率表示。
V0 V 100%
2 密度ρ和容重γ
密度ρ:不包括孔隙在内的岩石密度。(g/cm3)
M V V0
坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗 岩、黄铁矿 一般的砂岩、铁矿 砂质页岩、页岩质砂岩
Ⅴ
中等
坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩
4
Ⅴa
Ⅵ Ⅵa Ⅶ Ⅶa Ⅷ Ⅸ Ⅹ
中等
较软弱 较软弱 软弱 软弱 土质岩石
各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩
软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石 膏、冻土 碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等
3）磨蚀性
岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。
4）凿岩性
岩石被凿碎的难易程度：用每米炮眼所消耗
的钎头数，纯凿速，比能三指标表示
5）爆破性 表示岩石被爆碎的难易程度：用单位原岩的
炸药消耗量和所需炮眼长度表示。
第三节
1 普氏分级法
岩石的分级
1）基本观点 是岩石的坚固性所综合上述各特性趋于一 致，即硬度、强度、凿岩性、爆破性是一致的。 2）分级方法 用坚固性系数f来大致概括，作为分级的根 据。f=R/10,或 共分10级。
图1-2 冲击载荷与时间的关系
②岩石变形不均匀，质点运动速度不一致
即岩石中各质点不是以一致速度运动，岩石不是均匀地 变形，这是与静载作用根本区别所在。如图1-3。 运动与变形首先开始
于受冲击的端面，端面处
质点受到扰动后，产生变 形和应力，由于质点间的
岩石的物理性质与性质分析
岩石的物理性质与性质分析岩石是地球表面最常见的地质材料之一，其物理性质和性质分析对于地质学研究以及工程建设都起到至关重要的作用。
本文将对岩石的物理性质进行介绍，并探讨如何对岩石的性质进行分析。
一、岩石的物理性质1. 密度密度是岩石的重要物理性质之一，通常用质量与体积的比值表示。
岩石的密度不仅与岩石的成分有关，还与其孔隙度和结构形态等因素密切相关。
不同类型的岩石其密度差异较大，例如火山岩的密度一般较低，而花岗岩和玄武岩的密度相对较高。
2. 弹性模量弹性模量是衡量岩石抗弹性变形能力的重要指标，通常用应力与应变的比值表示。
弹性模量可分为体积弹性模量、剪切模量和弯曲模量等。
不同类型的岩石其弹性模量也不同，例如砂岩的弹性模量相对较低，而页岩和石灰岩的弹性模量相对较高。
3. 磁性岩石的磁性是指岩石在外磁场作用下表现出的磁特性。
大部分岩石都具有不同程度的磁性，但具体的磁性表现与岩石的成分、结构以及成岩过程等因素有关。
通过对岩石的磁性分析，可以了解地质历史和构造变形。
4. 热性质岩石的热性质包括导热性、热膨胀系数和热导率等。
岩石的导热性取决于其成分、密度和孔隙度等因素，而热膨胀系数则决定了岩石在温度变化下的体积变化。
热导率是指岩石传导热量的能力，与岩石的矿物含量和孔隙度等因素有关。
二、岩石性质分析方法1. 物理试验常用的岩石性质分析方法之一是物理试验，包括密度测定、弹性模量测定和磁性测定等。
密度测定可通过称重和容器体积测量来完成，而弹性模量的测定通常使用弹性波速度的测量方法。
磁性测定则需要使用磁化强度计等仪器完成。
2. 岩心实验岩心是由地下取得的连续岩石样本，在岩石性质分析中起到非常重要的作用。
通过对岩心的观察和实验室分析，可以了解岩石的颜色、质地、孔隙度、矿物组成等特征，从而推测岩石的物理性质。
3. 地球物理勘探地球物理勘探是一种通过地球物理方法研究地壳结构和性质的方法。
它包括地震勘探、电磁测深、重力测量和磁力测量等。
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。
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。
岩石物理试验技术和模拟分析
岩石物理试验技术和模拟分析岩石是地球上最常见的物质之一，研究岩石的物理特性对于地质学、工程学、矿物学等学科非常重要。
因此，岩石物理试验技术和模拟分析成为了研究岩石物理性质的重要手段之一。
一、岩石物理试验技术岩石物理试验技术是研究岩石物理性质的基础。
常用的岩石物理试验技术包括：弹性波速度试验、岩石抗压强度试验、岩石剪切强度试验等。
1.弹性波速度试验弹性波速度试验是研究岩石弹性力学性质的重要手段。
在这种试验中，通过对岩石样本施加调节的压力，测量岩石样本在不同压力下的弹性模量和泊松比，然后再利用这些数据计算出岩石样本的弹性波速度。
弹性波速度是研究岩石物理特性的重要参数之一，可以用于预测岩石破裂和岩层的变形等方面。
2.岩石抗压强度试验岩石抗压强度试验是研究岩石力学性质的基础。
在这种试验中，通过在一个岩石样本的两端施加相反的压力，测量岩石样本的最大承载能力，从而得出该岩石样本的抗压强度。
抗压强度是描述岩石承载能力的重要参数。
这种试验常用于评估岩石的性质和岩石围岩的稳定性。
3.岩石剪切强度试验岩石剪切强度试验是研究岩石变形和切割性质的重要手段。
在这种试验中，将一个岩石样本放在一个支架上，并在顶部施加一个力，使岩石被剪切。
测量岩石样本在不同的施力下的剪切应力和应变，从而得出该岩石样本的剪切强度。
剪切强度可以用来评估岩石围岩的稳定性和挖掘隧道的能力。
二、岩石模拟分析岩石模拟分析是对岩石力学性质的研究和工程实践的重要支撑。
常用的岩石模拟分析技术包括：数值模拟和物理模拟。
1.数值模拟数值模拟是一种通过计算机模拟岩石力学行为的方法。
数值模拟的过程是将岩石样本的物理性质输入到计算机程序中，随后通过程序对这些数据进行操作，最终得出岩石模型的数值结果。
数值模拟可以用于研究岩石的变形和破裂机制，预测岩石的稳定性和强度、预测岩层变形的发展趋势等。
2.物理模拟物理模拟是一种通过实验室等物理手段模拟岩石力学行为的方法。
在物理模拟中，通过制作岩石样本，并通过实验室等设备对其进行施力和变形，模拟出岩石在不同条件下的物理行为。
岩石物理学勘探
岩石物理学勘探随着技术的发展和人类对于地球深处的研究的不断深入，岩石物理学的勘探也逐渐成为探索地下资源的一种重要手段。
本文将从岩石物理学的概念入手，探讨其在勘探方面的应用及未来发展趋势。
一、岩石物理学的概念岩石物理学是一门研究岩石物理特性的学科，主要研究岩石的物理性质（如密度、弹性、磁性、电性等）与化学性质之间的关系。
岩石物理学通过建立岩石模型，分析岩石的物理特性，从而解决探测地下资源、地下工程、地震等方面的问题。
二、岩石物理学在勘探中的应用1.石油勘探岩石物理学在石油勘探领域中有着广泛的应用。
它可以通过分析岩石的物理参数，比如密度、声速、磁性等，建立岩石模型，从而探测油气藏的位置、形态、大小等。
而采用岩石物理学方法分析地震资料的方法广泛应用于石油勘探中，尤其在海洋油气勘探中尤为重要。
其在勘探中的应用使得石油勘探更加准确、快速、高效。
2.矿产勘探岩石物理学在矿产勘探中也有广泛应用，可以通过对地下岩石进行物理测量，如磁性、电性等物理参数的测定，以建立三维岩石物理模型，从而实现矿产资源的快速查找与定位。
岩石物理学方法可以通过地震、地电、电磁等勘探手段，获取地下岩石物性数据，从而快速找到大型金矿、铜矿、铁矿等大型矿床。
3.地下工程岩石物理学在地下工程方面也有着重要的应用。
比如，在建设地下隧道、地下医院等工程时，需要对岩石进行安全评估，利用岩石物理学建立岩石模型，分析岩石的物理参数，评估是否存在安全隐患。
同时，可基于基础物性模型分析和优化岩石工程结构，保证地下工程的施工安全性。
三、岩石物理学的未来发展趋势随着勘探技术和技术手段的不断发展，岩石物理学的应用也在不断地发展和完善。
未来，岩石物理学将在以下几个方面发挥更加重要的作用：1.开展更加全面、深入的研究未来岩石物理学需要从更全面、更深入的角度研究岩石物理参数的物理意义和性质规律，创新开发更加适合岩石物理学特点的勘探方法和技术，实现对自然界岩石物性变化和演化规律的深入理解和全面探究。
岩石的物理性质
作业
岩石的物理性质
密度：是指岩（矿）石的致密程度，通常以单位体积物质的质量来表示，单位是：g/cm3或kg/m3。
决定岩石密度的主要因素有：岩石中各种矿物成分及其含量，岩石的孔隙度及孔隙中的充填物，岩石所受的压力。
通常情况下，只有其中某一种或二种因素起主导作用。
磁性：由于岩石由矿物组成，所以岩石的磁性强弱与矿物的磁性有直接关系。
而矿物磁性特征为抗磁性矿物的磁化率都很小，在磁力勘探中通常视为无磁性的；顺磁性矿物的磁化率要比抗磁性矿物大得多，约两个数量级。
电阻率：电流通过每边长度为1m的立方体均匀物质时所遇到的电阻值。
岩石的电阻率越小，它的导电性越好，岩石的电阻率越大，其导电性越差。
岩（矿）石的电阻率变化除了与其矿物成分、含量、矿物颗粒结构、构造有关外，很大程度上取决于它们的孔隙度或裂隙度及其中所含水分的多少。
速度：地震波速度既与岩石的弹性性质相关，又是反映岩石物理性质的重要参数。
影响因素为孔隙度及孔隙填充物性质，密度，埋藏深度，构造历史和地质年代，温度。
岩石的物理性质与性质分析
岩石的物理性质与性质分析岩石是地壳中主要的固体物质，由矿物粒子和胶结物质组成。
岩石的物理性质是指岩石在外部作用下所表现出的性质，包括密度、硬度、磁性、导电性等。
岩石的性质分析是对岩石物理性质的具体研究，通过对岩石的性质分析，可以更好地了解岩石的组成和结构，为勘探、开采和利用岩石资源提供参考。
1. 密度分析岩石的密度是指单位体积岩石的质量，通常以g/cm³或kg/m³为单位。
密度是岩石的一个重要物理性质，可以通过密度的测定来判断岩石的成分和结构。
常见的岩石密度范围在2.4-3.0g/cm³之间，不同种类的岩石其密度也会有所差异。
例如，花岗岩的密度较高，大理石的密度较低，通过密度分析可以区分不同种类的岩石。
2. 硬度分析岩石的硬度是指岩石抵抗外力破坏的能力，通常以莫氏硬度来表示。
莫氏硬度是一个用来标定矿物硬度的量值，取值范围从1到10，硬度越大表示矿物的抗压能力越强。
常见的岩石硬度在2-7之间，硬度较高的岩石如石英、玄武岩等在建筑和工程领域中有重要的应用。
通过硬度分析可以进行岩石分类和评价。
3. 磁性分析岩石的磁性是指岩石在外磁场作用下表现出的性质，包括磁化强度、剩磁、磁化率等。
岩石的磁性与岩石的矿物成分密切相关，一些含铁矿物的岩石具有较强的磁性。
通过磁性分析可以对岩石中的矿物组成和结构进行识别和研究，为地质勘探和矿产资源调查提供基础数据。
4. 导电性分析岩石的导电性是指岩石导电能力的强弱，不同类型的岩石具有不同的导电性。
一些含水的岩石、矿石等具有较好的导电性，通过导电性分析可以进行矿石探测和地下水勘探。
导电性分析还可以用于岩石的工程评价和建筑设计，对岩石的稳定性和耐久性进行评估。
综上所述，岩石的物理性质与性质分析对于岩石资源的开发利用具有重要的意义。
通过对岩石的密度、硬度、磁性和导电性等方面的分析，可以更加深入地了解岩石的成分和结构，为岩石资源的综合利用提供科学依据。
岩石的物理性质
Vs d
5
工程意义：
是岩石物理性质的 一个重要指标。
对岩块和岩体的水 理、热学性质及力学 性质影响很大。
空隙率愈大→岩石
中的孔隙和裂隙愈多
→岩石的力学性质越
差(岩石的强度愈小、
塑性变形越大），渗
透性愈大，抗风化能
力愈差等。
6
三、吸水性
定义：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。
KR
cw c
• 岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空
隙较多时，岩石的软化性较强，软化系数较小。
• 软化系数KR＞0.75时，岩石的软化性弱，同时也说明 岩石的抗冻性和抗风化能力强。而KR＜0.75的岩石则 是软化性较强和工程地质性质较差的岩石
10
•工程意义：
岩石的软化系数愈小， 说明岩石吸水饱和后其抗压 强度降低的越多,岩石软化性 愈强。如粘土岩和泥质胶结 的 岩 石 ， 其 KR 一 般 为 0 . 4 ～ 0.6。对水下建筑影响大。
另外，软化系数是评价 岩石力学性质的一个重要物 理性质指标。
11
五、抗冻性
• 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。
• 抗冻系数(Rd)是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强
度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表
示，即
Rd
c2 c1
100%
• 质量损失率(Km)是指冻融试验前后干质量之差(ms1－ ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示，即
的渗透流速，cm/s或m/d
U KJ
渗透流速
水力梯度
•渗透系数大小主要取决于岩石空隙的数量、大小、方向及其
连通性等，水只能通过连同的空隙渗透。因此，裂隙岩体的渗 透系数（透水性）远大于岩块的渗透系数，
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• 其次
岩石物理学是一门高度跨学科的学科分支，这就决 定了在岩石物理学中，对于所研究的岩石的不同物理 性质，必然要用到上述相应的学科中对应的物理方法 和手段。
1.2 石油工业的岩石物理研究
• 油气勘探的目标就是为了寻找在三维复杂结构及地质历 史条件下生成烃类储层。 • 为了探测和表征这些储层，地球科学家使用很有限维数 的数据（地面数据和井下数据）来预测三维储层结构， 岩石性质，流体性质及它们随时间，自然温度条件下的 变化。 • 因此，这种反问题的解决方法不是唯一的。
• 地震勘探方面
1)岩石、流体等性质对弹性波传播的影响； 2)岩石导电率及电磁波在岩石中传播的影响； 3)裂缝对岩石弹性及流体输送的影响。
石油工业面临的问题
• 在储层勘探和开发中，为了减少涉及经济因素上的冒 险，面临的挑战就是如何控制一些不确定因素来圈定 储层。 • 涉及二大问题： 1)多学科：地质、地球化学、地球物理学、工程技术 和岩石物理学 2)储层的尺度：从盆地到储层，到断块，岩芯，矿物 颗粒和孔隙；从地震，井间地震，到测井，
地面观测
• 地质观察、地球物理方法(天然地震，人工地震，各种 重、磁、电等)、地球化学方法 。 • 用于确定有利的地质构造,寻找油气分布等。
井中观测
• 地震井中观测：VSP、井间地震和水平井。 • 测井技术：测井，取芯，各种物理方法测试技术，主 要用于研究地层的物理性质，确定油气位置，划分油 水层。
岩石物理学的研究基础
• 研究基础是各种测试技术：特别是以实验室的测试和 测井技术测试为主。 • 在实验室利用各种物理测试手段，测试岩石的各种物 理量，获得岩石性质与物理参数之间的关系。 • 理论上，提出岩石中各种物理性质之间一般关系(理论 模型)。两个方面： 1) 针对岩石特性在假设条件下提出简化模型； 2) 解释实验观测到的现象和结果。
7、研究方向 、
• 开发 开发(地球物理) 一方面地球物理具有在远离钻孔的条件下确定岩石弹 性性质的能力， • 生产(岩石物理和石油工程) 生产 另一方面探储工程师还要求在远离钻孔条件下辨别岩 石物理特征，为改进对储集层的描绘和定性，人们正 迅速地推动地球物理、石油物理和储集层数据的综台 研究。
怎样对待岩石物理
5、储层技术的发源地 储层技术的发源地
• 岩石物理研究课题的许多成果已经反映到地震 储层技术的发展上。 1) 亮点技术的发展是基于在实验室观测到的事 实。含气饱和岩石相对于盐水饱和岩石具有更 低的速度。 2) 速度各项异性的实验研究，裂缝储层的地震 探测也得到了发展。 3) 基于实验研究的热强化采油监测技术。 4)还有AVO， 4D地震油藏监测
研究对象
• 油气储集体－－沉积岩 • 沉积岩本身的性质，有几十种参数(诸如：矿物成分、 孔隙度、密度、颗粒大小和形状、颗性等）。
石油行业中岩石物理几个特点
1、岩石物理是一门多学科的科学
为了预测岩石参数，必须尽可能的研究岩石属性的不同方面。涉 及到储层特征及采收率监测以下方面： 1)声波性质 2)电学性质 3)水利属性 4)机械属性 5)岩相属性 6)孔隙流体属性 其中主要集中在储层岩石和流体的声波方面的属性。
3、实验室研究的意义 、
• 为了确定岩石物性和物理参数的关系，实验室就进行 了相应的研究。 • 只有通过对岩石样品的实验研究才能提供一些相关的 制约因素和最高质量的数据。 • 基于实验数据，速度和岩石参数之间的物理关系才能 确定。这些关系可能延伸到一个比较大的范围，甚至 无法测定。 • 许多测定的数据，比如，记录，井间数据，VSP地震 数据由于缺少参数控制而显得不十分可靠。 • 所以这些测量方法的标准和解释必须依靠于实验室核 心方法和岩石物理学知识。
主要研究内容可归结为：
• 从实验和理论上研究： 1)岩石本身的各种物理性质； 2)这些性质间的相互关系； 3)它们在地球物理和岩石物理数据中的反映。
例如在地球物理学和油气勘探中的作用。
1.1 岩石物理学的研究意义
• 地球的结构和动力学性质必然与岩石的各种物理性质密 切相关。 • 岩石的不同于其它材料的特性，也就决定了岩石物理学 所具有的独特的研究内容、方法和手段。 • 岩石物理学研究的重点是与地质学、地球物理学、地球 化学、油储地球物理学、地热学和环境科学密切有关的 特性。 • 岩石物理学的研究特点，反映了这门学科的基础性和应 用性。
研究方法二： 研究方法二：反问题
• 已知地质、岩体的物理性质，如何反过来推演岩石和 矿物的性质，这是一个由宏观到微观，由整体到局部 的反演。 • 野外的各种测试研究主要是反问题。
研究方法三： 研究方法三：应用问题
• 正问题和反问题有机结合，区域性局部规律总结成一 般性规律。 • 例如：人为地改变矿物、岩石的特性，来预测可能影 响到岩体和地质特性改变。 • 在岩石物理学中具有的重要的潜在应用价值。
各种测井曲线
实验室的测试技术
• • 测试各种物理量，归纳经验公式，验证模型。 各种新的测试方法研究: 1)岩芯分析 2)声学参数测试 3)电学参数测试
研究方法一： 研究方法一：正问题
• 通过已知矿物、岩石本身的性质和变化，研究其物理 性质在岩体中可能有的变化，这是一个由微观到宏观 的推演过程，通常称为正演。 • 实验室的研究主要为正问题。
岩石物理的桥梁作用
岩石物理的桥梁作用
• 岩石物理学是储层描述中的一个重要工具 ，因为大多 数进行储层描述的技术都是基于岩石的物理性质。 • 岩石可测量的物理性质（诸如地震速度）能够反映地 下岩石和储层的有用信息。 • 岩石物理学具有可解释性，岩石物理是一门用来研究 岩石物理参数和一些相关性质学科，其测量数据可以 被解释。 • 因此，它不仅仅是储层描述的工具，也为所有的地学 家提供了物理基础。
参考书
• 岩石物理学
第一章 引言
• 岩石物理学 (Petrophysics Rock physics) • Petrophysics有表示“石,岩”之义, 表“含石油的”之 义，在石油工程和测井中常用此词。
• 石油工程专门有一门“油层物理学”Petrophysics课。 • Rock physics 在岩石力学，地震勘探中较常用。 • 两者没有严格的区分。
2、实验方法促使新知识的产生
• 不断地建立新的模型用来模拟多孔岩石属性和参数。 • 理想的多孔介质是怎样来影响物理属性的，与岩石的 预测还差多少。 • 人们做了许多努力（Schwartz,1984）来建立多孔岩石 模型（Barryman,1994），但是成果却十分有限。 • 理论模型在地学科学方面的应用还处在一个有限的水 平上。 • 对新的区域的了解。
地球物理中的测量技术
• 四方面： 四方面：
1、空间观测 2、地面观测： 3、井中观测：电缆测井、 VSP和井间地震、随钻测量、 取芯，用于研究地层的物理性质，确定油气位置，划 分油水层。 4、实验室观测：岩芯分析，岩芯各种物理量测试，模 拟地层测试等。
空间观测
• 航磁，红外遥感，航空放射性测量，卫星拍照等。 • 用于确定大地构造，确定地表形态。
岩石物理学的作用
• 推动地球物理勘探数据处理和解释技术的发展
6、研究方式 、
• 地震特性受到许多因素的复杂影响（诸如压力、温度、 饱和度、流体类型、孔隙度、孔隙类型等等）， • 这些因素常常是内在关联的，当一个因素变化时许多 因素也同时变化。这些变化对地震数据产生正面或负 面的影响。 • 因此，在将岩石物理信息应用于地震解释中时，必不 可少地要进行单一参数变化 单一参数变化（其它固定不变）影响的 单一参数变化 研究。
实验室具体研究方法 实验室
• 首先
采集各种有地质意义的岩石，在实验室中分别研 究各种因素对其物理性质的影响，将大量的实验结果 统计归纳得到经验关系式。 在建立合理而简化的数学物理模型的基础上，将 由实验得到的经验关系外推到实际地球问题中去。 • 注意：若没有合适的模型，把实验室简单地、小尺度 注意： 实验得到的外推到大尺度的自然界，常常会出现错误 的结论。
岩石物理学的特点
• 岩石物理学是一门高度交叉的综合性学科。 • 针对不同研究领域，岩石物理的研究内容不同，如： 能源勘探(如石油工业)，以岩石的弹性为主； 地质灾害(天然地震)，以岩石的力学性质； 环境保护与监测，以流体的流动； • 其中石油工业是主要的研究力量。
特别强调三点
• 第一，岩石材料的特殊，地球内部的特殊环境 • 第二，在岩石的各种性质中，研究的重点是那些与地球 内部构造与运动、能源和资源的勘察与开发、地质灾害 的成因与减灾、环境保护与监测有密切关系的特性。 • 第三，岩石物理学在油储问题研究领域较成功。 岩石物理学在油储问题研究领域较成功。 岩石物理学在油储问题研究领域较成功 • 第四，国内在这方面的研究较为薄弱。 国内在这方面的研究较为薄弱。 国内在这方面的研究较为薄弱
主要服务对象
• 目前，在石油工业的主要服务对象是储层描述和采收 率监测，主要服务有：地震和测井解释、储量估算、 提高采收率。 • 对储层岩石物理特性的完全描述，意味着要确定各个 储层、定义有关解释算法的所需岩石物理参数。 • 对于地学家来说这是一个新的方向。储层描述技术的 发展是石油工业中从勘探到开发的一个实质性的转变 结果。
4、岩石物理学的能力：综合 岩石物理学的能力： 岩石物理学的能力
• 实验数据和从数据中得到的知识必须与大比例尺度的 测量方法相结合起来。 • 在采用正确的方法得到典型性的数据同时，还应寻找 岩石特性与岩石参数之间物理方面的相关性。 • 通过相关性从大量含有噪声数据中确定最终要的参数 • 测量数据的解释就可以走向具有可以理解的不确定性 的正确轨道。在确定测量特性之后认知岩石参数是岩 石物理学的作用。
岩石物理学 Rock Physics
讲课人：魏建新
课程安排
• 上课时间:第1－12周，共48个学时。 課外练习：2次 考试：课内考试，形式？
主要参考书