岩石的物理性质

岩石的物理性质（精选8篇）

岩石的物理性质 篇1

在传热分析中，热扩散率a（单位是m^2/s）是热导率λ与比热容c和密度ρ之比。

a=λ/（ρ·c）

其中：热导率λ（单位：W/(m·K)）

比热容（单位：J/(kg·K)）

密度（单位：kg/(m^3)）。

热扩散率又叫导温系数，它表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力。这个综合物性参数对稳态导热没有影响，但是在非稳态导热过程中，它是一个非常重要的参数。

对于普通的岩石来说，~ 10^-6 m^2/s。

在300K，空气的热扩散率是0.000024 m^2/s。

——《地源热泵系统工程技术规范》 虽然一般而言各类岩石的导热系数最大，砂土次之，黏土最小，但是由于岩石孔隙率低导致含水量低，因此岩石用于土壤换热器的换热持久性最差，黏土次之，砂土最好。这是由于土壤和岩石的比热远小于水的比热，一般常见的岩石比热大约是0.84KJ/Kg•K，而水的比热是4.19KJ/Kg•K，干土壤的比热在1.6KJ/Kg•K，单位水体中可以储存的温差能约是干土壤的1.2～2.3倍，岩石的2倍。因此土壤中含水量的高低对土壤源热泵的效果有明显的影响，土壤中水份的迁移还对过渡季节空调系统停止运行后地下土壤温度的自然恢复至关重要，特别是对土壤源热泵系统的持久运行作用很大。土壤比重：土壤密度与4℃时纯水密度之比。一般取2.65；火山石的物理与化学部分指标如下： 物理性能指标：性能指标单位检测结果性能指标单位检测结果火山石（玄武岩）的特性。

岩石的物理性质

土壤热物性变化

三、土壤温度一年内变化手工简单计算

夏季每延米散热60w/m，冬季取热量40w/m，夏冬两季的空调时间分别为120/90天，每天工作12小时。土壤比热为1200 J/(kg·K)，密度为2000kg/m3，埋管间距按照5米计算。１、面积25m2，厚度1米的土壤质量： 2000x25=50000kg

２、夏季放热量为：

X3600x12x120=311040000J

３、夏季过后土壤平均温度升高 311040000/1200/50000=5.184Ｋ ４、冬季取热量为

x3600 x12x90=155520000J

５、冬季土壤平均温度降低： 155520000/1200/50000=2.5922Ｋ

岩石的物理性质 篇2

关键词：力学性质,岩性效应,煤层顶底板,控制机制

煤系地层沉积岩主要由砂岩、泥岩、灰岩等岩石构成。不同岩性的的颗粒大小、矿物的成分以及岩石组成结构等都有所不同, 从而对岩石力学性质有一定的影响。有关岩石力学特性研究早已受到国内外学者的重视且取得了许多研究成果[1,2,3,4,5], 主要是从岩石所处受力条件、赋存环境、含水性等影响因素方面开展研究[6,7,8,9], 并对深部地层岩石力学性质进行了研究[10,11,12], 而对岩石力学性质差异起着决定作用的是岩石本身固有的岩性差异方面却研究的较少[13,14,15]。为此, 本文以淮南矿区含煤岩系不同岩性岩石的基本测试力学参数为依据, 分析了不同岩性的力学性质差异规律, 探讨了影响煤系沉积岩力学性质差异的内在影响因素, 以期对煤矿井下支护和地面瓦斯抽采钻孔破坏的层位与岩性效应研究提供一定理论依据。

1 煤层顶底板力学性质岩性差异

1.1 样品采集与参数测试

实验所用岩石样品采自淮南矿区丁集矿、顾北矿、顾桥矿、潘三矿、潘一矿以及张集矿煤系地层的粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、石英砂岩、以及泥岩等。为便于力学参数的统计对比分析, 根据矿物颗粒大小, 进一步将岩石划分为粗、中、中细、细砂岩, 粉砂、粉细砂和泥质粉砂岩, 砂质泥岩和泥岩。

研究的岩石力学参数中, 岩石变形参数泊松比v和弹性模量G是相互独立的, 可以通过三轴加载实验获取得到。其他的岩石力学参数的机械强度参数, 如抗压强度、内摩擦角和

凝聚力可以通过上述的两个独立参数推导出来。抗拉强度参数数据则需要另外进行抗拉强度试验测得。本文数据来自于两次独立试验和多次数据计算。

1.2 岩石力学性质的岩性效应

试验结果表明 (表1) , 砂岩的抗压强度为27.0~150.525MPa, 平均54.435MPa, 抗拉强度1.02~4.22MPa, 弹性模量8.412~43.93GPa, 泊松比0.119~0.253, 凝聚力5~21MPa, 内摩擦角29~42.0°;粉砂岩的抗压强度为10.05~138.76MPa, 平均38.610MPa, 抗拉强度0.4~3.9MPa, 弹性模量2.663~30.7GPa, 泊松比0.078~0.325, 凝聚力1.5~17MPa, 内摩擦角30~48°;泥岩的抗压强度为9.4~122.412MPa, 平均26.491MPa, 抗拉强度0.16~3.64MPa, 弹性模量2.038~48.21GPa, 泊松比0.12~0.31, 凝聚力1.2~15.5MPa, 内摩擦角25~45°。

不同岩性的岩石力学性质差异较大, 抗压强度和抗拉强度等指标以砂岩为最大, 平均值分别是54.435MPa和2.207MPa, 泥岩最小, 平均值为26.491MPa和0.895MPa。内摩擦角各类岩性变化不明显。但需要指出的是, 不同岩性的同类力学参数存在重复与交叉, 砂岩的单轴抗压强度为27.04~150.525MPa, 粉砂岩为10.05~138.76MPa, 泥岩为9.4~122.412MPa。这些现象表明不同岩性的力学与岩性颗粒大小并非呈简单的线性关系, 岩性颗粒不是影响岩性力学性质差异的唯一因素, 岩石成分、结构、胶结成分, 胶结类型和支撑类型等内在因素和赋存环境、受力条件等外在因素同样对岩石力学性质存在影响。

1.2.1 岩石的机械强度参数对比

岩石抵抗外力破坏的能力称为岩石的机械强度, 包括抗压强度、抗拉强度和抗剪切强度, 不同岩性的力学性质有很大的不同。

从以上的试验成果可以看出 (图1、图2;其中, (1) :粉砂、中砂、细砂岩, (2) :粉、粉细砂、泥质粉砂岩, (3) :砂质泥岩、泥岩;下同) , 岩性颗粒由粗变细, 抗压强度存在变小趋势;特别是在较粗粒砂岩与泥岩比较变化明显;抗拉强度反应同样趋势, 但部分砂泥岩互层抗压强度低于砂质泥岩。岩石的抗拉强度远小于抗压强度, 之所以出现这种现象, 是因为在压缩条件下, 裂缝扩展受阻止的机会比在拉伸条件下要多得多, 决定抗拉强度的因素不只是岩石颗粒间的黏聚力, 还有摩擦力。在拉伸条件下, 试件中裂隙扩展速率比压缩时快, 因为在拉应力场中, 储存能释放速率随裂隙尺寸微量增加而迅速增大, 决定抗拉强度的因素主要是岩石颗粒的黏聚力。凝聚力与内摩擦角是抗剪强度指标, 其随岩性的变化趋势如图3和图4所示。数据表明, 凝聚力的变化比较明显, 随颗粒由[16]大变小凝聚力减小, 砂岩的凝聚力明显大于泥岩, 石英砂岩的凝聚力较大。各种岩性内摩擦角的变化不明显, 反应各类岩性颗粒之间相互摩擦需要克服颗粒表面粗糙不平而引起的滑动摩擦和颗粒之间的嵌入与咬合产生的咬合摩擦程度相差不大, 影响抗剪强度差异的主要是不同岩性的凝聚力不同, 即影响抗剪强度的主要因素为颗粒间距离、粒径大小、胶结程度。

1.2.2 岩石的变形参数的对比

在一定的应力范围内, 物体受外力作用产生全部变形, 而除去外力后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质称为弹性。岩石的弹性模量 (E) 和泊松比 (μ) 是描述岩石弹性变形、衡量岩石抵抗变形能力和程度的主要参数。通过对已有的岩石样品实验数据 (图5) 表明:不同岩性的弹性模量变化范围很大, 随颗粒由大变小而降低, 变化趋势与抗压强度、抗拉强度和凝聚力变化趋势一致;砂岩的弹性模量大于泥岩, 其中砂质泥岩和泥质粉砂岩的弹性模量也较小。不同岩性泊松比变化范围较小, 与前述岩石力学参数变化趋势相反, 随颗粒减小呈阶梯状增大趋势, 但变化范围较小 (图6) 。

2 岩性对岩石力学性质的控制机制

影响岩石力学性质的因素除与受力条件和赋存环境等外在因素有关外, 岩石的沉积环境和沉积特征 (物质成分和结构构造) 等内在因素起决定性的作用[17]。岩性对岩石力学性质的控制实质是岩石的成分和结构对岩石力学性质的控制, 主要与岩石矿物成分 (主要为石英与粘土矿物相对含量) 、颗粒大小、形态与结构、胶结特性等因素有关。随石英含量增高, 岩石强度变大;随颗粒减小, 强度增高;抗压强度随孔隙率增加而减少[18,19]。抗压强度、抗拉强度、凝聚力、弹性模与泊松比随碎屑颗粒变化呈现两次明显的阶梯跃变, 分别在碎屑颗粒由大到小分别至细砂岩向粉砂岩过渡、泥质粉砂岩向砂质泥岩过渡阶段迅速减小, 表现为“粒径软化”特性[20]。岩性力学性质的规律性变化, 实质受颗粒碎屑成分与结构控制。对于砂岩来说, 颗粒组分主要为石英, 而长石、岩屑等含量较小, 而石英是一种高强度刚性矿物;同时碎屑颗粒的减少意味着杂基物质含量的增加, 颗粒成分不再构成岩石的骨干, 颗粒接触逐渐向凸凹接触、线接触和点接触过渡, 支撑结构由颗粒支撑向杂基支撑结构转变, 胶结类型由镶嵌式胶结、接触式胶结、孔隙式胶结向基底式胶结过渡, 使得颗粒间承受接触力并在其内部相互传递的能力减弱。随着粒度进一步变细, 粘土矿物含量与云母含量增多, 颗粒之间基本由杂基支撑, 变形主要表现为粘性、塑性和粘弹塑性, 则岩石的力学强度和刚度降低。

3 结论

(1) 以细砂岩至粉砂岩、泥质粉砂岩至砂质泥岩为大致过渡界限, 煤层顶底板不同岩性的力学参数存在阶梯状突变, 抗压强度、抗拉强度、凝聚力与弹性模量随颗粒减小而减小, 泊松比随颗粒变小而增大, 内摩擦角随颗粒大小变化的趋势不明显。

红色岩石的传奇 篇3

吊足了人们胃口，《赤壁》在一大群华语影视红星的簇拥包围下闪亮登陆国内各大影院，带着矛盾和抵触的情绪一直没有走进电影院，主要是生怕再上了《夜宴》的当。不过巧合的是这两部影片都出于同一个编剧之手。好在有朋友在西安，趁我出差的机会一定要请我看，却之不恭之下走进电影院，出来感觉——还行。

没有我想象的糟糕，该说的故事都说了，战争场面也很宏大。人物总的表现还可以。而那些被媒体爆炒的搞笑台词并没有占据太大的篇幅。当然如果说到理想，这确实不是我这类中国人心目中的完美《赤壁》。受苏东坡《念奴娇赤壁怀古》的影响，对“江山如画，一时多少豪杰”的倾倒让我们保存着一种病态和顽固的执着。

一部电影如果承载的东西太多，往往有捉襟见肘之弊。吴宇森毕竟是老辣的导演，在整个叙述过程中牢牢把握着节奏。可以说做到了舒缓有致，整个影片看下来至少不让你感觉太累。其中对周瑜形象的塑造非常完整，并且有了质的飞跃。直接让扮演者梁朝伟收益颇丰，成为无可争议的第一角色。金城武的诸葛亮带有日本漫画的色彩，说话做事透着一股妖气。完全是东方朔的三国翻版，从这一点比起唐国强的电视剧版显得很另类。也辜负了杜甫“出师未捷身先死，长使英雄泪满襟”的美誉。关羽和张飞形似神不似，特别是写书法，教《诗经》十分别扭，可能因为编剧和导演要向世界展示东方文化吧，所以出现了两个有趣而无奈的场面。尤其是马战表现不充分，“在百万军中取上将首级”的英雄气概还有待加强。赵云是抹亮色，胡军扮演的赵子龙虎气十足，相信大家看了以后还能够认同，白面小生是绝对不能够在肉搏战中取得绝对优势的。张丰毅的曹操中规中矩，一个大配角。和鲍国安比起来，不说也罢。至于两个女演员，赵薇和林志玲很努力，也很幽默。还有那个日本人扮演的甘宁，普通话太差，有点大舌头。犯了和陈凯歌导演一样的毛病。

这些其实还不是最担心的，最担心的是这么多人外国人看得懂吗？要不是吴宇森，这样的影片肯定只能在国内放映。外国人看见这么多生人恐怕早就傻了。但愿下部周瑜能更加突出一些，诸葛亮也是，别那么不着调。

其实好莱坞的英雄叙事也是有规律可循的，看看《角斗士》就会发现，把一个人的故事讲好了就能感动一大批人。另外就是编剧，千万别老觉得自己写出来的就是最好，还拉上导演来为自己辩护。好与不好是观众说了算。最后说下翻译，红色的岩石是不是太直白了。中国人的智慧都哪里去了？我记得有人曾经翻译过可口可乐，请请人家，那是真大腕。

片 名：《赤壁》

导 演：吴宇森

总制片：韩三平

主 演：梁朝伟、金城武、林志玲、张丰毅、

张震、尤勇、胡军、赵薇、佟大为、

寇世勋、孙淳、小宋佳

编 剧：邹静之、刘震云、芦苇

岩石的物理性质 篇4

关键词：特低渗透油藏,非均质性,岩石物理相,剩余油分布

对东部鄂尔多斯盆地特低渗透油藏储层来讲,由于其所受沉积、成岩和构造等诸多因素的影响,导致该类油藏的储集性能和渗流结构存在较大的差异,储层具有较强的非均质性,剩余油分布异常复杂[1]。以往在研究剩余油分布的过程中各类参数及影响因素的建立往往只用较为统一的模型,计算误差较大,很难准确表征特低渗透非均质性储层的剩余油分布规律。近年来,国内外学者基于岩石物理相分类建立了相应的测井解释模型,提高了特低渗透储层参数计算的精度和效果[2—9],但这些研究主要是利用岩石物理相来进行储层参数建模,对于将岩石物理相利用到研究宏观剩余油的过程之中的研究尚未见到。因此,有必要利用各类测井、岩心、分析化验及生产动态等资料,将储集层分为几种不同类别的储层岩石物理相; 而同一种岩石物理相具有相同的沉积、成岩作用和条件以及相似的岩性、物性、孔隙类型结构、测井响应及渗流特征; 而对于不同类型的岩石物理相之间则体现了岩石物理性质及渗流特征的差异性。以岩石物理相为油藏精细描述的关键和基本单位,可以简化对储集层非均质性的表征,为研究区剩余油分布规律的研究提供了可靠的地质依据。

1 储层岩石物理相分类及其评价

研究井区主要开发层系长6 油层组处于延长-延安三角洲平原及前缘,属以河流、水下河流沉积为主的河控型湖泊三角洲; 进积作用虽较强烈,但河口砂坝基本不发育,是一套以水下分流河道砂体为主要砂体的且在湖泊三角洲平原及前缘沉积体系上发育起来的优质含油气储集层。其主力油层长611形成的沉积微相类型主要有水下分流河道、分流河道侧翼和分流间湾,其中最有利的水下分流河道微相骨架砂体形成了研究区主要的油气富集带。

由于岩石物理相的划分受沉积相、储集层岩石物理特征、成岩作用、岩石的孔隙结构、储集层渗流特征等各个方面因素的共同控制,且考虑到各油田的储集层地质特征差异很大,故选取准确的划分方法和表征其研究区地质因素的参数就显得尤为重要。结合研究区部分取心井的测井、地质、岩心薄片等资料来进行资料的整理和综合分析,在把研究区不同岩石物理相形成的地质特征及分布规律进行统计和分析的基础之上,将其划分为三种不同类别的岩石物理相[10,11]。

一类岩石物理相储层岩性以细粒及中-细粒长石砂岩为主,主要发育在水下分流河道和河道叠置型河口坝等主体沉积微相带上,其储集层单渗砂层能量厚度较大,在其成岩过程中表现出弱胶结、强溶蚀的特征。该类岩石物理相储层孔隙度大于9% ,渗透率大于1. 2 × 10- 3μm2,含油饱和度一般大于45% 。通过铸体薄片显示可以得到面孔率一般大于6% ,其内部孔隙分布均匀,连通性好,且利用这些铸体薄片与扫描电镜显示该类储层发生了广泛且强烈的溶蚀作用。排驱压力小于0. 5 MPa,中值压力一般小于1. 5 MPa,中值半径大于0. 7 μm,最大孔喉半径大于3. 5 μm,孔喉半径均值大于1. 2 μm,分选系数较大,孔隙吼道为中孔-中喉组合。多种信息显示该类储层处于有利的沉积、成岩储集相带中。

二类岩石物理相储层岩性以细粒长石砂岩为主,含少量粉-细粒长石砂岩,主要发育在水下分流河道、侧翼和前缘河口坝或单渗砂层能量厚度较小的边缘过渡相带上。微相带上,其储集层单渗砂层能量厚度一般,在其成岩过程中表现出中胶结、中溶蚀的特征。该类岩石物理相储层孔隙度一般为8% ~ 9% ,渗透率0. 7 ~ 1. 2 × 10- 3μm2,含油饱和度38% ~ 45% 。砂岩铸体薄片显示面孔率较低,为2% ~ 6% ,孔隙连通性一般。利用铸体薄片与扫描电镜显示该类砂岩溶蚀作用的强度较一类岩石物理相有所降低。排驱压力0. 5 ~ 1. 5 MPa,中值压力1. 5 ~ 3. 5 MPa,中值半径0. 2 ~ 0. 7 μm,最大孔喉半径1. 5 ~ 3. 5 μm,孔喉半径均值0. 4 ~ 1. 2 μm,分选系数0. 4 ~ 1. 2,孔隙吼道为细孔-细喉组合,该类储层所处的沉积、成岩储集相带较一类也相对较差,储层非均质性增强且孔隙结构参数变化范围较大,储渗条件有所变差。

三类岩石物理相储层岩性以粉-细粒长石砂岩及长石粉砂岩为主,主要发育在三角洲前缘席状砂或局部河道边缘等相带上。其储集层单渗砂层能量厚度较小,在其成岩过程中表现出高胶结、弱溶蚀的特征。孔隙类型为微孔型,孔隙喉道窄,孔喉分选差,具有很差的物性及孔隙结构特征。该类岩石物理相储层孔隙度小于8% ,渗透率小于0. 7 × 10- 3μm2,含油饱和度小于38% 。砂岩铸体薄片显示面孔率很低,小于2% ,孔隙连通性极差。利用铸体薄片与扫描电镜显示该类岩石物理相储层溶蚀作用的强度很弱。排驱压力大于1. 5 MPa,中值压力一般大于3. 5 MPa,中值半径小于0. 2 μm,最大孔喉半径小于1. 5 μm,孔喉半径均值小于0. 4 μm,分选系数小,孔隙吼道为微孔—微喉组合,可见储集层孔隙吼道细小且处于无效吼道范围内,该类储层处于很差的沉积、成岩储集相带中。

通过对岩石物理相进行评价分类可以集中地反映出油气藏不同类别岩石物理相的特征,同时也能反映其形成的地质特点[12,13]。而在同一种岩石物理相的内部可以说基本具有相同的沉积、成岩作用和条件及相似的岩性、物性、孔隙类型结构及测井响应。因此,利用灰色理论来进行研究区岩石物理相的分类和研究,对研究区不同类别岩石物理相测井响应进行统计,综合利用准确率和分辨率来收集特低渗透储层岩石物理相得各类信息,并根据研究区具体地质特征进行系数统计分析、调整和匹配,以此建立起该区特低渗透储层岩石物理相评价划分标准及权系数[14]( 表1) 。

为评价表中三类岩石物理相的类别,采用上述7 种参数和流动层带指标,利用灰色理论综合确定多种测井信息,在目的层段划分出一类较好型、二类一般型和三类较差型岩石物理相。

2 分类岩石物理相地质储量计算

基于岩石物理相分类的储量计算可以将油层岩性、物性及含油性等计算参数相近的油层开采控制在同一个计算单元内。单独圈定每一类岩石物理相的含油面积,计算出各类岩石物理相的地质储量,并利用单井储量丰度再将各类地质储量劈分到单井,得到分类岩石物理相单井控制地质储量,从而结合分类岩石物理相有效地阐明研究区特低渗非均质油藏的开发潜力,为后期确定该区单井控制剩余油的富集量及富集规模、指明调整挖潜方向提供了准确有效的地质基础。

储量丰度为地质储量与区块含油面积的比值为

式( 1) 中,h为有效厚度,m; φ 为有效孔隙度,f; Soi为含油饱和度,f; ρo为地面脱气原油密度,g /cm3;Boi为地层原油体积系数,无量纲。

由此可见,因同一种岩石物理相具有相同的沉积、成岩作用和条件,及相似的岩性、物性、孔隙类型结构、测井响应及渗流特征,若将每小层各类岩石物理相的总储量按储量丰度劈分到单井,得出各小层单井控制储量,可有效避免因单井含油面积圈定不准确造成单井计算储量的误差。

同时考虑到原油体积系数和地面原油密度基本为一常数,故用储量丰度来劈分,实际上是用储能系数来劈分。在石油天然气工业当中,储能系数反应了储集层含油或气的富集程度,进一步表明以此来劈分储量的方法是合理可行的。

综上所述,分类岩石物理相储层单井控制地质储量计算公式如式( 2) 。

式( 2) 中,Ni为分类岩石物理相储层单井控制地质储量; Ωi为分类岩石物理相储层单井储量丰度值; N为分类岩石物理相储层总地质储量。

3 分类岩石物理相宏观剩余油分布规律

结合该区采收率,在单井点控制可采储量的基础上,根据油气产出可以描述出分类岩石物理相目的层段其剩余油平面的富集情况[15]。

在上述研究中,已经分别求得长611油层每类岩石物理相的单井控制地质储量,技术采收率及可采储量、产量分层动用状况。根据分类岩石物理相单井点控制地质储量、技术可采储量及各单井点分层累积产量分析,将长611层剩余可采储量数据列于表2。

通过研究该井区油藏的实际特征,综合分析分类岩石物理相地质储量、技术采收率及可采储量、产量分层动用状况得到剩余可采储量。在此基础上编制长611单井控制剩余可采储量分布图来描述各类岩石物理相剩余油分布规律( 图1、表3) 。

表2 分类岩石物理相长611单井剩余可采储量表Table 2 Single-well remaining recoverable reserves of Chang 611of each type of petrophysical facies

从表3 和图1 中可以看出,研究区长611层段分类岩石物理相剩余可采储量主要富集在1284 井、1284-2 井、1284-3 井、1284-4 井、1284-6 井、1284-7井、1284-8 井、1308-6 井、1308-7 井所控制的中南部团块大面积连片范围内,其单井剩余可采储量均在1 000 t以上,富集规模占整个油气区30% ~ 40% 。而一类岩石物理相所控制的剩余可采储量分布富集范围占整个油气区80% ~ 90% ,其富集量及规模均很大。

4 基于岩石物理相的油藏剩余油分布规律研究

4. 1 分类岩石物理相储层采出程度

根据上述单井点分层累积产量,经统计可以得出不同类别岩石物理相储层的采出程度( 表4) 。

从表4 可以看出,一类岩石物理相的可采储量采出程度最大,二类次之,动用较小。三类最小,基本未动用。

4. 2 基于岩石物理相的剩余油分布规律及开发潜力研究

从上述分析也可以看出不同类型岩石物理相的可采储量、采出程度、动用难易程度不同,剩余可采储量分布也各异( 表5、图2) 。

综上表明分类岩石物理相对储层剩余油的分布具有较强的控制作用。一类岩石物理相具有相对优质储层的渗流、储集及含油性质特征,是剩余油富集最主要的岩石物理相类型。其采出程度较高且易动用,但同时也具有最大的剩余可采储量,仍将是以后的主力产层及挖潜的重点照顾对象,为近期可开发油藏; 二类岩石物理相自身发育的规模和范围较大,采出程度较低,其剩余可采储量占油藏总量的比例较低,是今后油层挖潜改造的次要对象,为评价后可开发油藏; 三类岩石物理相采出程度及剩余可采储量比例都非常小,基本未动用,其储层物性和储渗条件总体较差,不宜独立作为挖潜改造对象,可作为远景开发潜力区。

4. 3 现场应用效果

根据上述剩余油研究结果,在研究区YD井区一类岩石物理相储层范围内部署9 口新井,2014 ~2015 年投产6 口,初期日产油4. 8 ~ 7. 2 t / d,平均5. 4 t / d,为周围老井的1. 7 倍,含水率为2. 3% ~22. 2% ,平均10. 4% ,比老井低17% ( 表6) 。

5 结论

( 1) 岩石物理相是多种地质作用的综合反映,研究发现同一种岩石物理相具有相同的沉积、成岩作用和条件,与此同时其内部也具有相似的岩性、物性、孔隙类型结构、测井响应及渗流特征,它控制着多种地质因素、产量递减速度、动用难易程度、油气富集量、规模及范围等从地质到开发的方方面面。

( 2) 针对研究区具有较强的非均质性,利用灰色理论建立岩石物理相定量综合评价指标体系,结果表明以此将储层非均质的问题转为相对均质的问题来解决是行之有效的。

岩石中建造的城市 篇5

千年古迹的发现

佩特拉坐落在小镇瓦迪穆萨(意为摩西谷)附近。此地的摩西泉，据说是当年摩西率以色列人过红海、逃出埃及所经之地。当时在仿佛火焰山的环境里，不少人渴死。人们抱怨绝望之时，摩西得神助以杖击石，打出了泉水，成就了以色列人的迁徙。如今的摩西泉眼在一个白色圆顶的屋内，当地人士笑说里面的泉水清凉可口，喝一口可年轻10岁。

公元前312年，西亚民族纳巴泰人占领该地并把它作为王都。那时的佩特拉地处丝绸之路的西端，是通往红海的必经之路，从中国、印度、波斯运来的丝绸、象牙、安息香等物品都要通过此地。沙漠之中，土匪时常出没，加上水源奇缺，丝绸之路事实上是条非常危险的道路。开始的时候，纳巴泰人也劫掠过往商旅，后来他们利用得天独厚的地理优势，给商旅提供水源和安全保护，从中收取关税，皆大欢喜，佩特拉逐渐成为中东商业中心。擅长经商的纳巴泰人在前往埃及、叙利亚贩运香料、丝绸等商品时，也把佩特拉作为他们经商活动的中转站，进一步促进了佩特拉的发展与繁荣。

公元前2世纪开始，纳巴泰人仿效古希腊城邦制度对佩特拉城进行管理，并发明了自己的文字。人们在岩石间雕凿了很多建筑物，凿成了一座“石头城”，使它成为人类文化宝库中一颗闪闪发亮的明珠，地名“佩特拉”来自希腊语，意为“岩石”。

公元106年，纳巴泰人被罗马皇帝图拉真(98～117年在位)击败，佩特拉成为罗马帝国阿拉比亚行省的一部分，后来因商路改变和地震而逐渐衰落。7世纪伊斯兰教徒入侵后，佩特拉从历史上消失。

佩特拉曾长期湮没在沙漠深山之中，多少世纪以来，这颗明珠一直没有被人发现。那时候，在约旦地区流传着一则带有神话色彩的民间故事。故事的大意是说，在约旦南部广袤的沙漠中间有一条神秘的峡谷，这条峡谷既深又长，但不知在何方。相传在很久很久以前，一批神人在那里修建了一座宏伟的玫瑰城，并在里面藏了无数珍宝，谁能找到它，便可成为大富翁。一批又一批的人们前去探索，但都是乘兴而去，败兴而归。直到1812年，佩特拉才被瑞士探险家布尔克哈特(1784～1817年)重新发现。

法老珍宝殿

1812年，布尔克哈特在漫游伊斯兰各国的途中，来到约旦南部。经历了9个月的探险，除捡拾一些散落在沙漠里的陶器碎片外，一无所获。这天，却见一座巨大的石山挡住了他的去路，绕那石山走不多时，布尔克哈特发现了一个峡谷的入口，此峡谷如今称为“希克”。入口处有3座从岩石上雕出的立方体，像是粗壮的石碑，后来才知道那是墓冢，称为“幽灵墓冢群”。

走过墓冢群后不久，左边又出现了一座高大的陵墓，名叫“棱柱冢”。它从砂岩山壁雕刻出来，共有两层，上层顶部有4根高7米的棱柱(方尖柱)。峡谷两边陡峭的山崖高耸入云，足有百余米高。峡谷最宽处约7米，最窄处仅2米左右。等走到峡谷弯道的出口时，眼前豁然开朗。

那是一座高约130米、宽约90米的石山。石山正面的岩壁上，竟以令人惊叹的技艺雕凿出一座希腊罗马建筑式的门楼。整座山岩是玫瑰色的，整座门楼也是玫瑰色的，在阳光的照耀下，放射出异彩。

这就是佩特拉古迹中保存最好的一座，名叫“哈兹纳法隆”，意思是“法老珍宝殿”。相传这里是埃及法老藏宝的地方，因此得名。整座珍宝殿采用希腊科林斯柱式设计，并糅合纳巴泰人的风格，从玫瑰红色的石壁中凿出，高43米，宽30米，看起来有10多层楼那么高，气派非凡。珍宝殿高两层，上层为3个分离的实心亭式建筑，两边为斜顶方亭，依山而凿，各有4根圆柱。中间为一圆亭，亭盖上隆起饱满的圆锥形瓮顶，亭周立有6根圆柱。3座石亭的实心亭壁上都雕着女神、天使、武士等塑像。下层为一个三角楣柱廊，踏上4级石台阶，左右各竖起3根直径1.5米、高约20米的圆柱。登上正面8级台阶，走进大门，里面是一间10平米左右的黝暗的石窟，内有3个壁龛。整座建筑，包括柱头、门楣、亭顶、亭壁及两层间的精美雕饰，全都是依山就岩雕凿而成，毫无一丝砌筑之处。如此宏伟壮观的门楼里面却只有一间小小的石窟，原作何用?是宝库?是墓室?是神殿?至今众说纷纭，尚无定论。

玫瑰色山城

布尔克哈特的发现震惊了世界。经过多次探测和对所发现的一些铭文的破译，终于证实在希克峡谷终端后面的一块群山环抱的地方，就是古代纳巴泰王国的都城佩特拉。城市依四周山坡建筑而成，有寺院、宫殿、浴室和住宅等，还有从岩石中开凿出来的水渠。由于城市是从岩石中雕凿出来的，并以岩石带有绚烂的玫瑰色而闻名于世，常常被称为“玫瑰红城市”或“红岩城”。

走出长约1.5千米的希克峡道就是外驿道，这里眼界要开阔不少。放眼望去，两边山崖雕凿了数不清的殿堂、洞穴以及纳巴泰人巨大的皇家墓冢群，其中瓮冢为3层巨窟重叠，具有宫殿风貌，极为壮观。

这是寺院，那是庙宇，这是祭坛，那是……我们仿佛置身于石雕艺术的长廊之中，令人目不暇接。最令人惊异的是山弯处竟有一个半圆形的古罗马剧场，40排石阶能容七八千人之多。这是罗马帝国相继征服了希腊、尼罗河流域和小亚细亚半岛广大地区之后，又把它的势力扩展到这幽静的石城之国的见证。不同的是，别处的古罗马剧场都是石砌的，而这里却沿袭了纳巴泰人的传统，完全是依山雕凿的。由于年代久远，一排排阶梯式看台已经风化，但舞台边的根根立柱却依然完好，这是难得的东西方文化交融的艺术珍品。

女儿宫

女儿宫是佩特拉又一著名古迹，它与一个美丽的传说有关。

佩特拉所在的山谷是一片缺树少草的地方，严重缺水，解决供水问题便成为历代统治者亟需解决的难题。相传有一位国王看到严重缺水给全城居民所带来的困难时，终日闷闷不乐。他冥思苦想，终于想出一计。国王颁布求贤诏书称，如有能引水进城者，不论其职位高低，国王定以公主相许。果然有一大智大勇的贤者揭下诏书，冒着生命危险四处探寻，终于在附近发现了清泉。接着，他又负责设计和指挥在山腰修建引水渠，现在峡谷进口处石壁左边的水槽即是当年的引水处。这项宏伟的工程建成后，清冽的泉水流进了干旱的佩特拉，人心大快，万众欢呼。国王大悦，下令召见这位贤者，当面把公主许配给他。为了纪念这一具有历史意义的利民工程，国王命令工匠们建造了一座宫殿，名为“本特宫”，意为“女儿宫”。据历史学家和考古学家考证，女儿宫建于公元前30年，它的南北两道门各有12根大石柱，衬托着高达23米的石头宫殿，气势十分雄伟。

坚硬的岩石会改变模样吗 篇6

教法一：

师：同学们，岩石都很坚硬，除非我们用锤子敲，否则它们不会轻易破碎。可是在野外，山上的岩石都布满了裂缝，山脚下往往堆着不少的碎石和沙，河道和海滩上的岩石都是圆圆的，很光滑。(教师边说边投影图片。)我们能解释这是怎么回事吗?

生：(沉思后说道)太阳把岩石晒裂的。

生：流水把岩石冲圆的。

(学生对其原因似乎知道一点点，但解释不清楚这到底是怎么回事。当然，这也是为什么要对此进行探究的价值所在。)

师：到底是什么力量使它们发生了变化?我们能否设计实验来探索这个问题?(提供有结构的材料：酒精灯、岩石、装有冷水的烧杯、镊子、矿泉水瓶、豌豆把石膏胀裂的实物、动物挖穴的图片等。)

生：(设计实验。)

(交流实验方法后，教师让学生用提供的材料进行实验。)

生：用镊子夹住岩石放在酒精灯外焰烧，再放入水中后，发现岩石会爆裂。

生：把岩石放入矿泉水瓶里剧烈地摇晃，倒出来后发现棱角不见了，表面也变得光滑了。

生：观察豌豆把石膏胀裂的实物和动物挖穴的图片，联想到了植物的根及动物对岩石的破坏作用。

师：现在我们能解释山上的岩石为什么布满了裂缝，山脚下为什么堆满了碎石吗?

生：山上的岩石布满裂缝，是因为太阳把它晒裂的。(已明白其中的缘由，但不知怎样用词表达清楚。)

生：白天太阳把岩石晒得很热，晚上又会冷却，天长地久，就会出现裂缝。

生：白天受热膨胀，晚上受冷收缩，天长地久就出现了裂缝。

生：流水把岩石往下冲的过程中，岩石相互摩擦，以及岩石和河床的摩擦，岩石就变圆变光滑了。

生：植物的根也会把岩石胀裂，动物也会破坏岩石。

师：请同学们说说，哪些力量可以让岩石破碎?

生：流水、热冷变化、植物的根、动物……

师：能用一句话来述说吗?

生：流水、热冷变化、植物的根和动物能使岩石破碎。

师：(表扬后说)由于受水、大气、气温或动植物的作用，岩石破碎，这种现象叫风化。

师：还有什么不明白的地方吗?

生：大气的作用，我不明白。

生：“水”应该改成“流水”。

生：“气温”也应该改成“温度变化”。

教法二：

师：(相同的课前谈话)

生：(给出的猜测也差不多)

师：对，确实是太阳把岩石给晒碎的。我们来做一个实验(演示酒精灯把岩石加热，然后迅速地放入水里，岩石碎了)。

师：同学们看到了什么?

生：岩石碎了。

师：对，太阳就像酒精灯的火焰。给岩石加热，晚上岩石受冷后，一热一冷，时间长了就破碎了。

师：现在我们看看流水是怎样把岩石磨得又圆又光滑的(示范做矿泉瓶摇岩石实验)，接下去请同学们用带来的材料也试一试。

生：(用带来的材料也试了一下，结果岩石真的被磨圆、光滑了，学生显得很高兴。)

师：(出示图片讲解植物的根和动物也能破坏岩石，并在此基础上给出科学风化概念)由于受水、大气、气温或动植物的作用，岩石破碎，这种现象叫风化。

教学思考

两位教师所进行的是科学五(上)“坚硬的岩石会改变模样吗”的同一教学内容。因为教学理念相异，所以教学效果也迥然不同。当然，这给了我们一个很好的思考机会。

思考一：两种教法的教学价值一样吗?

所谓教学价值是指一个教学活动结束后，能在多大程度上促进学生思维、能力、方法、习惯、知识等方面的发展。因此，要分析这两种不同教法的教学价值。可以从学生的思维、能力、知识这样三个角度人手。

从促进学生科学思维的发展分析。

俗话说，有问题才有思考，有思考才有思维能力的发展。教法一中，教师不但设置了探究的问题，而且巧妙地让问题贯穿整个探究活动，让学生始终处于欲罢不能的境地，即到底是什么力量使岩石发生了变化?也就是说，整个探究活动紧紧围绕这个核心问题展开，包括假设、实验、观察、讨论，直至形成风化概念。即使学生用自己的实验和思考建构起风化概念，教师也没有就此打住，而是设法对此进行拓展，以深化学生对风化的认识，即“关于风化，你还有什么问题?”正如教师所预料的。学生通过一节课、几个实验、几张图片所建构的概念和教材上给出的科学概念还是有所不同的，或者说还有着认识上、理解上的差距。这不，学生就此提出了好几个困惑之处，也就是这样几个让学生疑惑的地方。把问题向课外拓展开去，应该说，这是非常理想的科学教学。

教法二，虽然教师也设置了相同的问题，但不该让教师自己把问题给解开了，后面的实验、观察和讨论成了一种摆设，做也罢，不做也罢，对于学生来说，没有什么思考的价值。最多是学生动手做过后，多了一点快乐，多了一点激动，学生一笑就了之。这就是两者的区别，即教学活动对促进学生思维的发展是不同的。

从促进学生实验能力的发展分析。

学生有没有动手做过实验，学生是模仿着跟老师进行实验还是自己摸索着进行实验，学生是自己摸索着进行实验还是有目的地摸索着进行实验，这对学生实验能力的发展是不一样的。教法一中，教师不但让学生动手做，而且没有多加提示让学生摸索着做，更为重要的是学生摸索着的科学探究，不是漫无目的的盲动探究，而是带着问题的灵动探索。当然，这会化去教师更多的精力，如有结构材料的准备，有效探究活动的组织。但孩子们就是在摆弄教师准备的有结构材料中，实验能力得到了相应的发展；当然，这会花去更多的教学时间，让学生自己摆弄材料，进行实验，势必有一个摸索的过程，但和学生的实验能力由此可以得到极大的发展相比，这是不是“费”有所值的呢?不可否认，教师二确实省去了很多的精力和时间，但也不可否认，实验活动对学生实验能力的发展是有限的。

当然，一两节课是不可能看出个所以然的，只有时间久了，个中效益才会显现出来。俗话说，只有在实验中，才能促进实验能力的发展。

从帮助学生科学概念的建构分析。

不可否认，两节课结束后，学生都获得了“风化”概念，如果笔试一下，说不定没有什么区别。但教法一和教法二相比，显然教法一中，学生的思维含金量高、参与度广、自主成分大。教法一，学生对“风化”概念的建构是在一种“探”和“究”的过程中建构起来的；而教法二，学生获得的“风化”概念基本上是教师给予的，先是教师告诉学生冷热作用、流水、动植物能让岩石产生变化，然后再“演”给学生看看，目的是证明教师不是在欺骗学生，以建立教师的所谓科学权威。可以这么说，教法一中学生是演员，教法二中学生是观众，因为角色不同，所以体验不

同，因为体验不同，所以学生对概念的认知程度也不同。

学校的教育价值是什么?有人说，学校的教育价值就是学生离开学校后，过了若干年还没有遗忘的那部分东西。教法二中，教师留给学生的恰恰是若干年后会遗忘的东西，遗憾啊!到那时学生可真的是一无所有。教法一，除帮学生建构起“风化”概念外，还培养了学生的思维能力。动手实验能力，以及仔细观察、认真负责等良好的科学学习品质，真正体现了教育的价值所在。

思考二：两位教师的设计理念是什么?

俗话说，有什么样的教学思想就有什么样的教学行为。基于不同的设计理念就会出现不同的教学方法，反过来，不同的教学方法折射出不同的教学理念。

基于“用教材教”和“教教材”的不同设计理念。

新课标指出，“教教材”的教学，常常把目标单一地定位于教知识；“用教材教”则是在更大程度上把知识的教学伴随在培养能力、态度的过程中。对照此理念，很明显，教法一为“用教材教”，而教学二是在“教教材”；教法二关注的是科学知识的获得，而教法一关注的是三维目标的和谐发展、共同提升。

新课标还进一步指出，科学课的目标设计要有“用教教材”的意识，只有这样，才能把科学探究、情感态度与价值观的目标有机地和科学知识结合在一起。无须置疑，这应是小学科学教学设计追求的方向，这应是实现培养学生科学素养的凭借。一个有责任感的小学科学教师，应该有这样的意识和行动。假使小学科学教师有了这样一种意识和行动。那你的科学课堂定会多一点灵动，少去很多的盲动；多一份精彩，少去很多的沉寂。

基于“探究”和“验证”的不同设计理念。

探究是什么?是围绕问题展开的行动，是索求问题答案的过程，它注重的是过程，强调的是能力。验证是什么?是对结论的证明，注重知识的对不对。说得明白一点，探究属于“有没有”的问题，验证属于“是不是”的问题。当然两者追求的教育价值迥然不同，一为重过程，一为重结果，孰优孰劣，无须多言。探究对培养学生的科学素养更为有效，这已得到大家的普遍认可。对照上述观点。显然教法一属探究式教法，希冀通过教学，让学生既获得知识，又提高能力；而教法二当然属验证式教法，甚至还称不上，教师除了希望给学生一点正确的知识外，别无所求，求也无获。

其实，探究和验证也无所谓好坏之分，探究里面可以有验证的成分。验证里面可以有探究的成分。关键是看教师怎么去理解?怎么去把握?怎么去实施?有人就提出，小学科学所开展的活动，应该是具有探究倾向的验证性活动，因为这更切合小学生的认知特点。教法一实是一种偏向探究的活动，从学生的反应来分析。这样做是恰当的，是符合学生需求的。教法二，它几乎是一个纯验证的活动，它对推进学生向前发展没有多大帮助，学生的反应足以说明。

思考三：隐藏教学背后的是什么?

岩石频率的实验研究 篇7

实验中使用到的仪器主要是ZXY-SS型声速测定试验仪、数字示波器。将岩石固定在两个探头之间，再用信号发生器发出不同频率的超声波，观察示波器的图像并记录下最大振幅处的频率，此时的最大频率即为此系统的谐振频率。

一、结果及分析

图1是测试样品为一块岩石时的谐振频率与种类的关系，其中的编号分为：1号为含铁较多的粉砂岩，2号为粉砂岩，3号为泥岩，4号为砾岩，5号为含有较多化合物的砾岩，6号为花岗岩，7号为变质岩。从图中可以看出样品的谐振频率主要分布在37kHz左右，频率最高的样品与频率最低的样品的谐振频率相差0.85 kHz。

图2为两种不同种类岩石组合后测得的频率。从图中看出频率最高的组合和频率最低的组合相差0.66 kHz，这两组组合分别是：花岗岩和变质岩；含有包卷层理的泥岩和变质岩。花岗岩的谐振频率为37.01 kHz，变质岩的谐振频率为37.14kHz，而二者组合以后的谐振频率，即图2中最后一个测试点的频率为37.81 kHz。组合以后不但比组合前的谐振频率要高一些，而且是所有组合中频率最高的。对于最低谐振频率37.15 kHz而言，是含有包卷层理的泥岩和变质岩的频率，此频率位于两种岩石组合前的谐振频率之间。

图3为任意三种岩石按不同排列方式组合后的频率，从图中可以看出频率的数值较为集中，其中最高频率和最低频率相差1.39kHz，组合分别为：砾岩、含有较多化合物的砾岩、花岗岩；含铁较多的粉砂岩、粉砂岩和含有包卷层理的泥岩。砾岩的谐振频率为37.17 kHz, 含有较多化合物的砾岩的谐振频率为36.91 kHz, 花岗岩的谐振频率为37.01 kHz，它们的组合频率为37.89 kHz，比三种岩石组合前的频率大。

图4为四种不同种类的岩石按不同排列方式组合后的频率。从图中可以看出数值波动不是很大，其中，最高频率和最低频率相差0.77kHz，组合分别为含铁较多的粉砂岩、粉砂岩、含有较多化合物的砾岩和花岗岩；含铁较多的粉砂岩、粉砂岩、砾岩和含有较多化合物的砾岩。含铁较多的粉砂岩的谐振频率为36.48 kHz, 粉砂岩的谐振频率为37.33 kHz，含有较多化合物的砾岩的谐振频率为36.91 kHz，花岗岩的谐振频率为37.01 kHz，它们组合后的频率为37.69 kHz，在四种岩石的谐振频率之间。

此外，对于五种不同岩石组合后的频率，最高频率和最低频率相差1.37 kHz，组合分别为：含有包卷层理的泥岩、砾岩、含有较多化合物的砾岩、花岗岩、变质岩；含铁较多的粉砂岩、粉砂岩、含有包卷层理的泥岩、含有较多化合物的砾岩、花岗岩。组合后的频率为3 8.1 4k H z，比组合前的谐振频率要高。

二、结论

通过如上的几种排列的比较，我们不难发现仅一种岩石的谐振频率相差的并不是很多，但是，但这几种岩石排列起来的时候，谐振频率可以相差很多，并且，频率较高的组合大多包含有花岗岩，变质岩和砾岩，频率较低的组合大多包含有粉砂岩，泥岩和号为含有较多化合物的砾岩，我们推测这种状况与岩石本身的密度和硬度有关，固体潮的频率是一个范围频率，在大潮及小潮时，该频率会与某种特定的岩石组合的谐振频率有某种特定的数学关系，当我们了解地下的岩石组成成分和这种特定的数学关系，地震预报或许就会迎刃而解。本实验还存在大量的不足之处，比如岩石的种类还不够完善，数据的采集还不够丰富。希望在今后的实验中能够补足这些缺陷。

参考文献

[1]李勇.太阳系天体位置、固体潮与地震预测.中国科学 (G) 辑.2005, 35 (3) :327～336

冻融循环作用下岩石的损伤研究 篇8

本文将采自中巴公路的三种岩性(花岗岩、砂岩、千枚岩)分为干燥和饱水两大类来进行试验。用来模拟自然条件下不同情况条件下研究冻融循环作用对岩石的物理化学性质的影响。实验总共分为三种情况,工况1置于常温下饱水解冻,工况2置于40℃水温下饱水解冻,工况3置于电风扇下解冻,本次试验共进行100次冻融循环试验。

1 试验制备、所需仪器以及试验步骤

1.1 试样制备

试样的制备是委托成都理工大学国家重点实验室用水钻法钻取标准岩样,岩样的标准都是Φ50×100 mm。

1.2 试验所需仪器

本次试验中主要的仪器有冰箱、电子称、游标卡尺、烘箱、超声波检测仪、X粉晶衍射仪。

(1)岩石的冻融循环试验使用的是海尔医用低温保存冰箱,型号是DW—40W255,温度可以达到-40℃,输入功率410 W。

(2)测量横波波速的仪器武汉岩土力学研究所研究生产的超声波检测仪,型号为FDP204—SW的无损检测仪,量测精确度是±0.01 m/s。

试验中所采用的电子称是上海卓精电子科技有限公司生产的BSM5200.2,精度是±0.01 g,量程是5 200 g。

烘箱的温度控制仪的温度控制范围在0~120℃。

1.3 试验的步骤

将切割好的三种岩样,分别测量岩样直径、高度、质量,利用超声波检测仪测量纵波波速,选择纵波波速相近的岩样。共选取27个岩样,。每种岩样分别分为3组,(工况1、工况2、工况3),记录下岩样的初始质量、纵波波速。干密度、天然含水率(表1)等物理性质,然后放入烘箱(温度为105℃)中48 h直至恒重,测量岩样干燥质量,记录岩样初始含水率。随后将试件在真空状态下强制饱水,每次的加水量分别是岩样的1/4,1/2,3/4,最后全部淹没过岩样,每次间隔加水的时间是2 h,目的是尽可能排除试件中的空气使其充分饱和。浸泡48 h后测量饱水的质量。最后将分类好的岩样进行冻融循环试验,试验的最低温度是-20℃,冰冻的时间是6 h,解冻的时间也是6 h(12 h一个冻融循环周期循环)。每10次循环,用超声波检测仪测量解冻后岩样的纵波波速,分别测量岩样的干燥质量,饱水质量,计算吸水率。

2 实验结果及其分析

2.1 波速变化分析

超声波在不同的介质中会有不同的传播速度,众所周知,声波在空气中的传播速度是340 m/s,而在水中则是1 300 m/s左右,超声波的无损检测可以很大程度上说明试样内部裂隙的发育程度、岩石的致密程度以及岩石内部的损伤程度。记录下每10次循环解冻波速(图1~图3)。

影响波速的主要因素有:裂隙的数目,裂隙的宽度,裂隙的充填物及充填程度,岩体的吸水率,岩体的各项异性,裂隙的展布方向等。所以裂隙的数目,宽度,充填程度是影响波速的主要因素。岩石裂隙发育程度的指标很多,一般采用空隙度、吸水率、饱水率、饱水系数等。空隙又分为开启空隙和封闭空隙。所以本次试验用波速很大程度上能够代表空隙度的大小。

从图1~图3可以看见,花岗岩、千枚岩、砂岩、在前面的几次冻融循环试验中波速都有一个上升的趋势,可以认为水进入岩石的裂隙中,从而排除岩石中的空气,波速增大。花岗岩在2~20次冻融循环过程中波速明显下降。工况3花岗岩在以后的冻融循环过程中趋于稳定、工况1花岗岩在20~60次冻融循环过程中趋于稳定,在60次循环后波速有所上升、工况2花岗岩在循环过程中整体呈现下降趋势。可以认为温度在花岗岩的冻融循环过程中有非常大的影响。工况1千枚岩在40次冻融循环以前,波速上升,此后,波速不断降低、工况2千枚岩波速20~40次循环过程中波速上升,第40~70次波速下降,最后波速略有回升逐渐趋于水平、工况3千枚岩呈现稳步下降的趋势。工况1、2砂岩波速先上升而后急速下降,且工况2下降幅度大于工况1,工况3砂岩波速缓慢下降。可以认为温度是岩石在冻融循环过程中的一个重要因素,相同条件的情况下温度差越大,岩石作为热的不良导体,裂隙越发育。在冻融循环过程中不仅由于在冻胀力的作用下裂隙会进一步张开,而且还伴随着微裂隙的闭合,裂隙的张开和闭合在不同时间段,不同情况下占据着不同的优势,这就是为什么岩石有的时候波速上升,有的时候波速下降。此外,波速的下降还有一个原因是水对岩石颗粒之间的连接力有一个软化作用,尤其是在砂岩中表现的尤为明显。从岩样的波速拟合曲线来看,在冻融循环的整个过程中,岩样的波速都是呈现整体下降的趋势。这意味着在冻融循环实验时,岩样内部的裂隙整体呈现出发育的趋势。

2.2 质量变化分析

从图4~图6可以看出三种岩类随着冻融循环次数的增加质量变化情况,三种岩性的质量都是随着冻融循环次数的增多渐渐减少,花岗岩的最大质量变化率是0.23%,质量减少0.9 g,千枚岩最大质量变化率是0.26%,质量减少1.37 g,砂岩的最大质量变化率是1.2%,质量减少5.26 g。砂岩,花岗岩,千枚岩的质量都有所降低,但是砂岩减少的最大。可以认为一方面随着冻融循环次数的增减,越来越多的水进入岩石裂隙中,冻胀力不断的增大,一方面是由于水对岩石颗粒间的软化作用。当冻胀力大于颗粒间的连接力时,颗粒不断的从岩石中脱落,质量就不断的减少。试验所用的花岗岩、千枚岩都是比较致密的岩石,岩石中的裂隙比较少,所以产生的冻胀力比较小,砂岩属于软质岩石,裂隙较千枚岩以及花岗岩发育,所以质量减少的最多。

2.3 吸水率变化分析

岩石的吸水性在很大的程度上可以反映岩石孔隙体积的多少,尤其是含黏土矿物比较少的岩石,因此试验也测量了岩石经过冻融循环之后需的吸水率的多少从而判别岩石在冻融循环作用下孔隙的发展情况。

岩石的吸水率变化包含以下几个因素:

(1)微裂隙的闭合与水的迁移,在冻融循环过程中,由于水变成冰会产生约9%的体积变化,宏观裂隙中的水的冻结就会使得周边的微裂隙闭合,而微裂隙中的水分就会排出或者向着宏观裂隙迁移,而根据相关强度理论,只有当拉应力超过材料的抗拉强度时,裂纹就会扩展。当岩石经过冻融循环时,所产生的冻胀力就相当于拉应力。

(2)少许部分的水进入矿物中,或者使得矿物发生相应的物理或者是化学变化。从图7~图9可以看出除去工况三砂岩外,其他的岩样在冻融循环的作用下几乎都是先呈现下降的趋势,而后呈现出上升的趋势,原因就是在冻融初期,冻胀力的大小小于岩石的抗拉强度,当水进入岩体裂隙中时,在裂隙水发生冻胀作用的效果之下,不仅发生有随着冻胀力的增大裂隙逐渐发育甚至贯通,而且还存在着随着冻胀力的作用,周边的微裂隙都呈现处被挤密压实的情况,所以当冻胀力的大小超过抗拉强度时,裂隙就随之发展,当时当冻胀力小于抗拉强度时,由于挤密作用,吸水率就是呈现出减少的现象,所以在冻融初期吸水率先减少,但是随着冻融循环次数的进一步增加,岩石损伤越来越大,当超过岩石的抗拉强度时,裂隙进一步发展,所以吸水率不断上升。但是工况三砂岩呈现出一个相反的趋势,原因可能是,在整个冻融循环期间,既有微裂隙的闭合,也有裂隙的张开,在冻融循环初期,裂隙的张开程度大于裂隙的闭合程度,随着冻融循环次数的增加,裂隙的扩展越来越慢,但是微小裂隙的闭合程度在不断的增加,当闭合增加速度大于扩张的速度是,表现为含水率的下降。

3 X粉晶衍射试验

3.1 试验步骤

首先在选取花岗岩,千枚岩,砂岩试件各三个,然后在试件上分别取三小块类似的敲碎的小石块,然后放到碾磨机上进行碾磨处理,将碾磨好的粉末放置在玻璃片上,放入X射线衍射仪器上,同时开动电脑,记录下试验的衍射图形。

3.2 图形解析

X射线粉晶衍射试验中,组成物质的各种相有其特别的晶体结构,所以有各自的衍射花样特征(衍射线的位置和强度),对于多相物质就是简单的各相物质图形的叠加,因此可以从其图形确定所含有的矿物,衍射强度又分为绝对强度和相对强度,绝对强度是表示能够吸收的能量的大小,没有什么实用意义,相对强度是同一图形强度的比值,如果是两个不同的图形,就不能相互比较。将物相的衍射花样特征(位置和强度)用d(晶面间距)和I(衍射相对强度)数据组表现制成相应的物相衍射数据卡片(PDF卡片)通过试样的d和I与PDF卡片进行对比,就可以知道所含有的物质和矿物。

可以看出在不同状态(工况1天然状态下,2干燥冻融循环,3饱水冻融循环)下试验后所得到的图形的差异。花岗岩所含有的矿物主要成分是石英,长石,黏土(伊利石),从花岗岩的衍射矿物图在箭头左处对黏土矿物晶面的衍射强度有较明显的影响,工况3在箭头1处的衍射强度值发生变化,较工况1、2都有所减缓。证实了在冻融循环作用下,会对物质的矿物晶格或者是晶面产生破坏。在箭头右处,工况1、2之间只有一个波峰,而工况3有两个波峰,经过与PDF卡片之后的对比发现存在钾长石向着斜长石方向的转变,从而证明了前面水进入矿物当中的猜测,水的进入促进了矿物之间的转变,发生了相关的物理化学变化。千枚岩的主要矿物成分是伊利石、绿泥石、石英、少许长石。砂岩的主要成分是石英、长石、以及少量的黏土矿物(绿泥石)而在千枚岩和砂岩中,只是强度有所变化,并没有发现物质转变。影响强度的因素有多重性因子(等晶面的不同)、吸收因子(样品对X光的吸收)、温度因子、样品表面的氧化物、硫化物等都会导致强度的改变。

4 结论

本文在模拟不同工况下对性质相近的不同的三种岩石进行了物理模拟实验分别从波速、质量、吸水率的变化分析冻融循环作用对岩石的损伤,可得到以下结论

(1)随着冻融循环次数的增加,波速都是呈现出先上升后下降的趋势,上升的原因是水进代替了原来的空气,下降是因为,随着冻融循环次数的增加岩石内部不可避免的会产生损伤。

(2)随着冻融循环次数的增加,岩石的质量呈现不断减小的趋势,尤其是在砂岩中表现的最为明显,由于水进入岩石孔隙当中,水弱化了颗粒间的连接力,所以就有颗粒不断的剥落,从而质量不断的减少。

(3)随着循环次数的增加,波速整体呈现出先下降后上升的趋势,在冻融循环时,不仅有着裂隙的扩张,也有着裂隙的闭合,当扩张速度大于闭合速度时,表现为吸水率增加,反之,则减少。

(4)在冻融循环过程的作用下,不仅仅受到物理风化的作用,不同岩石还受到不同程度的化学风化的作用。

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