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岩石物理岩石物理章成广章成广长江大学长江大学地球物理与石油资源学院地球物理与石油资源学院第1页岩石物理学主要性与意义岩石物理学主要性与意义地球由岩石圈、水圈和大气层组成。而岩石是地球由岩石圈、水圈和大气层组成。而岩石是组成地球最基本物质，所以研究地球上很多现组成地球最基本物质，所以研究地球上很多现象和过程（如地球能源、资源、环境和灾害等象和过程（如地球能源、资源、环境和灾害等问题问题-人类生存基础问题）都离不开对岩石物理人类生存基础问题）都离不开对岩石物理性质清楚认识和深刻了解。它们包含岩石力学、性质清楚认识和深刻了解。它们包含岩石力学、声学特征、电性、磁性和放射性等，是地球物声学特征、电性、磁性和放射性等，是地球物理勘探物理基础，主要在资源勘探、重大水利理勘探物理基础，主要在资源勘探、重大水利水电工程、地震预报等领域上应用。水电工程、地震预报等领域上应用。地质工程地质工程地球探测与信息技术地球探测与信息技术、地质勘查、地质勘查 地球物理学地球物理学-固体地球物理学、应用地球物理学、固体地球物理学、应用地球物理学、大地测量学和空间地球物理。大地测量学和空间地球物理。第2页岩石特点岩石特点岩石与普通材料不一样点：岩石与普通材料不一样点：1、高温高压环境、高温高压环境2、多孔介质、多孔介质3、长久作用。弹性（脆性）、长久作用。弹性（脆性）非弹性（韧性非弹性（韧性、塑性）、塑性）黏性，出现了地层变形弯曲、黏性，出现了地层变形弯曲、褶皱、断裂。褶皱、断裂。第3页岩石物理学研究方法岩石物理学研究方法1、试验岩石物理、试验岩石物理2、岩石物理学研究包括多个学科：地质学、岩石物理学研究包括多个学科：地质学、地球物理学、油储地球物理、地球化学；包地球物理学、油储地球物理、地球化学；包括基础学科：力学、声学、流体力学和电磁括基础学科：力学、声学、流体力学和电磁学。所以不一样岩石物理性质要用不一样物学。所以不一样岩石物理性质要用不一样物理方法和伎俩进行研究。理方法和伎俩进行研究。第4页岩石物理学在油储地球物理中应用岩石物理学在油储地球物理中应用第5页1.1.岩石物理学，陈岩石物理学，陈禺页禺页，北京大学出版社北京大学出版社2.2.双相介质中波传输，双相介质中波传输，Amos Nur Amos Nur 等，石油等，石油工业出版社工业出版社3.3.定量测井声学，唐晓明等，石油工业出定量测井声学，唐晓明等，石油工业出版社版社4.4.毛管理论在测井解释中应用，原海涵，毛管理论在测井解释中应用，原海涵，石油工业出版社石油工业出版社5.5.岩石物理基本试验结果、基础理论岩石物理基本试验结果、基础理论参考文件参考文件第6页1.1.矿物、岩石岩性矿物、岩石岩性2.2.测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度3.3.岩石弹性岩石强度岩石弹性岩石强度提提 纲纲岩石物理特征岩石物理特征测井资料应用测井资料应用第7页岩石组成元素岩石组成元素第8页矿物：单质或化合物化学成份、内部结构和结构是有一定规律矿物：单质或化合物化学成份、内部结构和结构是有一定规律特点特点:均匀固体、一定化学成份、特定结构晶体均匀固体、一定化学成份、特定结构晶体例：硅酸盐类：长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、高岭石例：硅酸盐类：长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、高岭石 碳酸盐类：方解石、白云石碳酸盐类：方解石、白云石 硫酸盐类：重晶石、石膏硫酸盐类：重晶石、石膏 氧化物：石英、磁铁矿、赤铁矿氧化物：石英、磁铁矿、赤铁矿 硫化物：黄铁矿硫化物：黄铁矿岩石：在各种地质条件作用下，由一个或各种矿物有规律地组成集合体岩石：在各种地质条件作用下，由一个或各种矿物有规律地组成集合体特点：化学成份、内部结构和物理性质复杂而不固定，但含有特定比重、特点：化学成份、内部结构和物理性质复杂而不固定，但含有特定比重、孔隙度、抗压强度等许多物理性质孔隙度、抗压强度等许多物理性质岩石特征与组成矿物性质百分比相关，也与矿物在岩石中几何形状、分布情况、岩石特征与组成矿物性质百分比相关，也与矿物在岩石中几何形状、分布情况、胶结情况以及矿物颗粒间孔隙度及孔隙流体相关，与进行测量尺度相关胶结情况以及矿物颗粒间孔隙度及孔隙流体相关，与进行测量尺度相关矿物、岩石特点矿物、岩石特点第9页矿物种类、矿物百分比、空间分布、颗粒大小和孔隙度大小等分类矿物种类、矿物百分比、空间分布、颗粒大小和孔隙度大小等分类成岩过程分类：火成过程、沉积过程、变质过程成岩过程分类：火成过程、沉积过程、变质过程-火成岩（岩浆岩）、火成岩（岩浆岩）、沉积岩、变质石沉积岩、变质石火成岩：指岩浆在地下或喷出地表冷凝后形成岩浆岩，是组成岩石地壳主要火成岩：指岩浆在地下或喷出地表冷凝后形成岩浆岩，是组成岩石地壳主要 岩石（侵入岩、喷出岩，细粒火成岩、粗粒火成岩）岩石（侵入岩、喷出岩，细粒火成岩、粗粒火成岩）有：酸性（有：酸性（SiOSiO2 2 3578%3578%）,基性组分（铁镁钙）基性组分（铁镁钙）,碱性组分（钠钾）碱性组分（钠钾）按按SiOSiO2 2含量：酸性（含量：酸性（65%)65%)花岗岩、流纹岩花岗岩、流纹岩 中性（中性（5265%5265%）闪长石、安山岩闪长石、安山岩 基性（基性（52%)52%)辉长石、玄武岩辉长石、玄武岩 岩石分类岩石分类第10页 变变质质岩岩：已已形形成成岩岩浆浆岩岩和和沉沉积积岩岩，因因为为地地壳壳运运动动或或岩岩浆浆侵侵入入使使岩岩石石以以固固体体状状态态发生成份、结构和结构改变形成新岩石发生成份、结构和结构改变形成新岩石 有：接触变质作用，区域变质作用及动力变质作用有：接触变质作用，区域变质作用及动力变质作用 例：片麻岩例：片麻岩石英、长石及不一样数量黑云母及角闪石石英、长石及不一样数量黑云母及角闪石 石英岩石英岩高温高压下石英砂岩重结晶高温高压下石英砂岩重结晶 大理石大理石石灰岩重结晶石灰岩重结晶 岩岩浆浆岩岩、变变质质岩岩普普通通均均致致密密、坚坚硬硬（除除玄玄武武岩岩外外），没没有有储储集集空空间间，在在高高温温高高压下压下形成形成，不具备生油条件，不具备生油条件岩石分类岩石分类第11页沉沉积积岩岩：是是成成层层堆堆积积涣涣散散沉沉积积物物固固结结而而成成岩岩石石，是是母母岩岩破破坏坏后后（碎碎屑屑物物质质、溶溶解解物物及及不不溶溶残残余余物物）经经物物理理、化化学学作作用用，在在低低凹凹部部位位沉沉积积，经经压压实实、胶胶结结再再次次硬硬化化形形成成含含有有层状结构特征岩石层状结构特征岩石特点分类特点分类：碎屑岩（砂岩：碎屑岩（砂岩13.2%),13.2%),化学岩及生物化学岩化学岩及生物化学岩(石灰岩石灰岩7.7%),7.7%),粘土岩粘土岩(77.2%)(77.2%)砂岩砂岩(石英、长石、钾长石、岩屑等石英、长石、钾长石、岩屑等)：颗粒、胶结物、充填物、孔隙：颗粒、胶结物、充填物、孔隙主要储集层主要储集层 胶结物：泥质、钙质、铁质、硅质，颗粒：砾岩胶结物：泥质、钙质、铁质、硅质，颗粒：砾岩粉砂粉砂-泥岩，孔隙度：泥岩，孔隙度：530%530%粘土岩粘土岩（高岭石、蒙脱石、水百云母（高岭石、蒙脱石、水百云母-伊利石等）：致密、粒度细、厚度大、延伸远伊利石等）：致密、粒度细、厚度大、延伸远 1.1.最主要生油岩之一最主要生油岩之一,2.,2.对有机物向石油转化起着主要作用对有机物向石油转化起着主要作用,3.,3.良好盖层良好盖层碳碳酸酸盐盐岩岩（方方解解石石、白白云云石石）：颗颗粒粒、灰灰泥泥、胶胶结结物物、晶晶粒粒、生生物物格格架架。生生物物碎碎屑屑灰灰岩岩中中化化石石丰丰富富，有有机机物物富富集集，生生物物碎碎屑屑格格架架孔孔隙隙发发育育，可可作作为为良良好好生生、储储油油层层。碳碳酸酸盐盐岩岩在在地地壳壳中中易易产产生生裂裂缝缝，使使储储集集性性变变好好，白白云云岩岩灰灰岩岩泥泥灰灰岩岩裂裂缝缝发发育育程程度度依依次减弱。次减弱。岩石分类岩石分类第12页 中砂质粗粒岩屑长石砂岩（接触式胶结）不等粒砂岩，510细粒岩屑石英砂岩（薄膜-孔隙式胶结）粒间扩大孔，510 第13页 粒间孔全貌，孔隙中无充填物 粒间孔隙被高岭石堵塞 颗粒表面生长次生石英 长石颗粒微溶蚀 第14页碎屑颗粒粒度分级碎屑颗粒粒度分级极细极细第15页砂岩成份分类砂岩成份分类第16页碳酸盐岩成份分类碳酸盐岩成份分类第17页岩石分类岩石分类第18页成岩旋回成岩旋回岩浆岩浆变质岩变质岩火成岩火成岩沉积物沉积物沉积岩沉积岩熔化冷却、固 化（结晶）风化、搬运沉积胶结、压实（岩石化）高温、高压（变质）高温、高压风化、搬运和沉积风化、搬运沉积第19页岩石物理性质岩石物理性质岩石物理性质主要决定原因：岩石物理性质主要决定原因：1、岩石组成、包含组成岩石矿物成份，岩石内部、岩石组成、包含组成岩石矿物成份，岩石内部孔隙度，岩石饱和状态和孔隙流体性质等。孔隙度，岩石饱和状态和孔隙流体性质等。2、岩石内部结构、包含矿物颗粒大小、形状及胶、岩石内部结构、包含矿物颗粒大小、形状及胶结情况，岩石内部裂隙和其它不连续界面等。结情况，岩石内部裂隙和其它不连续界面等。3、岩石所处热力学环境，包含温度、压力和地应、岩石所处热力学环境，包含温度、压力和地应力场等。力场等。第20页岩石一些物理性质岩石一些物理性质岩石类型岩石类型密度密度（g/cm3）孔隙度孔隙度（%）抗压强度抗压强度（Mpa）抗拉强度抗拉强度（Mpa）火成岩火成岩花岗岩花岗岩闪长石闪长石玄武岩玄武岩2.6 2.72.7 2.92.7 2.810.51200 300230 270150 2004 7沉积岩沉积岩砂砂 岩岩页页 岩岩石灰岩石灰岩2.1 2.51.9 2.42.2 2.75 307 252 2035 10035 7015 1401 2变质岩变质岩大理石大理石石英岩石英岩板板 岩岩2.5 2.82.5 2.62.6 2.70.5 21 20.5 570 200100 270100 2004 7第21页1.1.矿物、岩石岩性矿物、岩石岩性2.2.测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度3.3.岩石弹性岩石强度岩石弹性岩石强度提提 纲纲第22页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度第23页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度几个常见岩石骨架参数及孔隙流体参数表几个常见岩石骨架参数及孔隙流体参数表10%第24页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度岩盐岩盐天然气校正天然气校正大致方向大致方向砂砂 岩岩石灰岩石灰岩白云岩白云岩硬石膏硬石膏孔隙度孔隙度BAPVma第25页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度岩盐岩盐天然气校正天然气校正大致方向大致方向砂砂 岩岩石灰岩石灰岩白云岩白云岩硬石膏硬石膏孔隙度孔隙度BAPVma第26页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度岩盐岩盐砂砂 岩岩石灰岩石灰岩白云岩白云岩硬石膏硬石膏孔隙度孔隙度第27页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度岩盐岩盐砂砂 岩岩石灰岩石灰岩白云岩白云岩硬石膏硬石膏石膏石膏天然气天然气泥岩泥岩未固结未固结缝洞孔隙缝洞孔隙不利井眼不利井眼第28页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度点号点号 b(g/cm3)SNP(%)t(s/ft)(ma)a(g/cm3)(tma)a(s/ft)1234567891011122.552.872.792.772.812.742.762.552.812.822.712.4711.545.51161262347.510246546556246585069525555672.732.912.912.862.862.912.912.892.892.92.92.842.842.92.92.872.872.912.912.852.852.852.8548.548.5434347.547.5414141414444444441.541.54747494944444040某个井段骨架岩性识别图数据某个井段骨架岩性识别图数据第29页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度砂砂 岩岩石灰岩石灰岩白云岩白云岩硬石膏硬石膏123912第30页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度声波测井：声波测井：M-NM-N交会图交会图中子测井：中子测井：密度测井：密度测井：第31页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度普通岩石普通岩石M与与N值值（英尺（英尺/秒）秒）（英尺（英尺/秒）秒）第32页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度硬石膏硬石膏砂砂岩岩硬石膏硬石膏石膏石膏石膏石膏石灰岩石灰岩白白云云岩岩石灰岩石灰岩砂砂岩岩白白云云岩岩泥岩区泥岩区泥岩区泥岩区天然气天然气次生孔隙度次生孔隙度次生孔隙度次生孔隙度天然气天然气第33页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度体积模型体积模型VmaVsh第34页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度体积模型体积模型 声波孔隙度：声波孔隙度：密度孔隙度：密度孔隙度：中子孔隙度：中子孔隙度：第35页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度塔中塔中4747井石炭系声波与孔隙度关系井石炭系声波与孔隙度关系塔中塔中4747井石炭系密度与孔隙度关系井石炭系密度与孔隙度关系岩心刻度确定孔隙度和骨架值岩心刻度确定孔隙度和骨架值第36页测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度岩心刻度确定粒度中值岩心刻度确定粒度中值塔中塔中4747井区泥质含量与粒度中值关系井区泥质含量与粒度中值关系塔中塔中1111井区泥质含量与粒度中值关系井区泥质含量与粒度中值关系第37页塔中塔中1111井志留系测井处理结果图井志留系测井处理结果图第38页塔中塔中111111井志留系测井处理结果图井志留系测井处理结果图第39页塔中塔中4747井志留系测井处理结果图井志留系测井处理结果图第40页塔中塔中4747井石炭系测井处理结果图井石炭系测井处理结果图第41页岩电参数改变规律及控制原因岩电参数改变规律及控制原因第42页第43页1.1.矿物、岩石岩性矿物、岩石岩性2.2.测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度3.3.岩石弹性岩石强度岩石弹性岩石强度提提 纲纲第44页测井资料确定岩石弹性参数测井资料确定岩石弹性参数纵波速度：纵波速度：横波速度：横波速度：体积弹性模量：体积弹性模量：切变模量：切变模量：压缩系数：压缩系数：泊松比：泊松比：第45页测井资料确定岩石弹性参数测井资料确定岩石弹性参数岩岩 石石杨氏模量杨氏模量（104Mpa）切变模量切变模量（104Mpa）泊松比泊松比粘土页岩粘土页岩1.74.5板岩板岩4.872.182.720.115砂岩砂岩0.037.150.20.35正长岩正长岩6.298.631.713.200.180.256石英岩石英岩583.244.420.220.27石灰岩石灰岩2.58.012.312.650.220.35百云岩百云岩7.19.163.233.98硬石膏硬石膏7.27.42.810.295第46页测井资料确定岩石弹性参数测井资料确定岩石弹性参数第47页 YT1井岩心速度在室温和高温下随压力改变关系井岩心速度在室温和高温下随压力改变关系1081（25C）第48页不一样有效应力条件下砂岩孔隙度与纵横波速度比关系测井资料确定岩石弹性参数测井资料确定岩石弹性参数第49页 岩心速度与含气饱和度关系岩心速度与含气饱和度关系纵波纵波纵波纵波横波横波横波横波第50页不一样含气饱和度下纵波速度与压力关系不一样含气饱和度下纵波速度与压力关系第51页测井资料确定岩石弹性参数测井资料确定岩石弹性参数压力、温度与流体对泊松比影响：压力、温度与流体对泊松比影响：1.在干燥岩石内在干燥岩石内,围压在某一给定温度时对纵波有比较围压在某一给定温度时对纵波有比较大影响大影响,而在某一给定围压时而在某一给定围压时,温度对横波有较大延缓影温度对横波有较大延缓影响响.在在“正常正常”地壳内地壳内,温度与压力综合影响势必会使泊温度与压力综合影响势必会使泊松比随深度而增大松比随深度而增大.2.增加低压孔隙流体温度增加低压孔隙流体温度,可使体积弹性模量和纵波速可使体积弹性模量和纵波速度连续减小度连续减小,而切变模量和横波速度却受该岩石结晶基而切变模量和横波速度却受该岩石结晶基质温度影响质温度影响.因为纵波速度低因为纵波速度低,横波速度又靠近不改变横波速度又靠近不改变,从而引发泊松比减小从而引发泊松比减小.3.高压孔隙流体使切变模量与横波速度随温度增高而降高压孔隙流体使切变模量与横波速度随温度增高而降低低,但纵波速度受影响较小但纵波速度受影响较小,从而泊松比增大从而泊松比增大.第52页1.1.矿物、岩石岩性矿物、岩石岩性2.2.测井资料确定岩性和孔隙度测井资料确定岩性和孔隙度3.3.岩石弹性岩石强度岩石弹性岩石强度提提 纲纲第53页岩石经典本构关系岩石经典本构关系0ABCDEQP R硬化硬化弹性弹性软化软化破裂破裂第54页岩石破裂基本类型岩石破裂基本类型最小主应力或围压最小主应力或围压3压缩压缩拉力拉力13破裂时最大主应破裂时最大主应 1三轴压缩三轴压缩单轴拉伸单轴拉伸单轴压缩单轴压缩tc破裂时主应力之间关系破裂时主应力之间关系31t切应力、正应力之间关系切应力、正应力之间关系第55页库仑（库仑（CoulombCoulomb）破裂准则）破裂准则3131ABS0聚合强度，聚合强度，、内摩擦系数、内摩擦角内摩擦系数、内摩擦角C0单轴抗压强度单轴抗压强度=300时，时，C0=S0/0.289第56页库仑（库仑（CoulombCoulomb）破裂准则图示）破裂准则图示31C00稳定状态稳定状态破裂线破裂线稳定状态稳定状态破裂线破裂线ABPS031120=第57页库仑（库仑（CoulombCoulomb）破裂准则）破裂准则()()q00.30.61.01.7017304560904553.56067.5759011.83.35.814内摩擦系数、内摩擦角、破裂方位角及系数内摩擦系数、内摩擦角、破裂方位角及系数q改变改变普通砂岩普通砂岩=0.61.0,=600 67.50,=300450,平均为平均为32.60第58页格里菲斯（格里菲斯（GriffithGriffith）破裂准则）破裂准则在三维应力作用下，有：在三维应力作用下，有：T0单轴抗张强度单轴抗张强度三个应力中有两个为零时，第三个一定等于三个应力中有两个为零时，第三个一定等于单轴抗压强度单轴抗压强度C0，此时有，此时有C0=12T0第59页岩性强度岩性强度聚合强度（砂岩）：聚合强度（砂岩）：抗压强度：抗压强度：聚合强度（碳酸岩）：聚合强度（碳酸岩）：抗切强度：抗切强度：第60页谢谢 谢谢!第61页
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