02岩石的性质

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
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。
• 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。
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。
成岩旋回(rock cycle)
• 由火成岩、沉积岩和变 质岩的形成过程有着密 切的联系，
• 可以互相转变。
• 对于一个运动的地球， 上述过程是在不停地进 行着的，这就构成了成 岩旋回。
成岩旋回过程
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。
•
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。
• 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。
• 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。
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。 • 了解沉积岩的演化及其物理性质，对本课程也具有重 要意义。
• 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。
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。
变质岩
• 变质岩是由变质作用形成的。
• 地球内部高温或高压条件下，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。 • 变质条件：温度低于硅的熔化温度，岩石始终保持固态。 一般称之为变质过程。相应的这一作用叫做变质作用。
• 火成岩和沉积岩都会发生变质作用。例如石灰岩通过热 力变质作用，发生了矿物的重结晶，使矿物颗粒粒度不 断加大，形成了大理岩。
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。
• 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。
1、成岩过程
地球(特别是地壳和上地幔)中岩石的成岩过程主要有以下 三种： • 火成过程（igneous process）： 地壳深部融化的物质、熔融的岩浆在地下或喷出地表， 发生结晶和固化的过程。 • 沉积过程（sedimentary process）： 地表岩石风化的产物，经过风、流水的搬运，在某些 低洼地方沉积下来的过程。有些易溶解的岩石、矿物 经过流水溶解、搬运和沉积，也属于沉积过程的一种。
• 矿物是天然产出的，通常由无机作用形成的，具有 一定化学成分和特定的原子排列（结构）的均匀固 体。 现代的矿物概念，需有三个条件：
•
1) 矿物必须是天然产出的物体，从而和人工制备的产 物相区别。
2) 矿物必须是均匀的固体。具有确定的或在一定范围 内变化的化学成分和分子结构。 3) 矿物一般是由无机作用形成的。像煤和石油都是有 机作用的产物，且无一定的化学成分，故均非矿物。
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 三个圈层结构。 • 在地球的总质量中，大气圈的质量不到1%，水圈仅占 千分之一左右，固体圈的质量占99％以上。
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。
一、矿物
7)根据岩浆岩的建造归属。
• 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。
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。
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• 变质岩的成分和结构比火成岩和沉积岩要复杂。因为 这不仅取决于变质作用的种类，也与原来岩石的成分 和结构有关。所以变质岩的化学成分和结构变化范围 都比较大。 • 例如，由石灰岩变质形成的大理岩中，几乎不含有
SiO2；而由石英砂岩等变质形成的石英岩中的SiO2 。
高达90％。 • 大陆和海底都有变质岩的存在，它在地壳内分布很广， 约占大陆面积的18％。
• 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。
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。
• 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 成的新岩石。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。
• 岩石圈主要有三大类岩石：火成岩、沉积岩、变质岩。
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)；
矿物分布特征
• 沉积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。
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150160 • 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
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。
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；
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。
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
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 之问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 风化的产物。
• 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。
• 组成矿物的元素 其原子多是按一定的方式在三维空间内周期性重复 排列而形成的具有特定结构的晶体。在外界条件合适 时，晶体可以得到正常的发育，生长为规则的几何多 面体；但很多情况下，没有足够良好的条件形成这样 规则的外貌， • 矿物的均匀性，
则表现在不能用物理的方法把它分成在化学上互不 相同的物质，这正是矿物与岩石的根本差别。
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；
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。