成都理工大学岩石物理学基础实验报告.docx
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成都理工大学岩石物理学基础实验报告
本科生实验报告
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二〇年月二〇年月
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1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；
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3、格式要求：
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2打印排版：
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标准）；页码用小五号字底端居中。
3具体要求：
题目（二号黑体居中）；
摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；
关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体）；
正文部分采用三级标题；
第1章××（小二号黑体居中，段前0.5行）
1.1×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）
1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）
参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T7714－2005）》。
学生实验心得
学生（签名）：
年月日
指导
教师
评语
成绩评定：
指导教师（签名）：
年月日
实验一岩石物理学及岩石物理性质
第1章矿物和岩石的概念
1.1矿物的定义
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。
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。
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。
1.2岩石的定义
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。
它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，具有自己特定的比重、孔隙度、抗压强度等许多物理性质。
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岩石是具有稳定外形的固体，那些没有一定外形的液体如石油、气体如天然气以及松散的沙、泥等，都不是岩石。
。
岩石圈主要有三大类岩石：
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。
）；
沉积岩（沉积岩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。
）；
变质岩（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，火成岩和沉积岩都会发生变质作用。
）。
图1-1成岩旋回过程示意图
上图表明火成岩、变质岩、沉积岩三者之间可以互相转变，从而形成的成岩旋回过程。
1.3岩石与矿物的区别
岩石是地球中地壳和地幔的固体部分，是矿物的有一定结构的天然集合体。
岩石，是固态矿物或矿物的混合物，其中海面下的岩石称为礁、暗礁及暗沙，由一种或多种矿物组成的，具有一定结构构造的集合体，也有少数包含有生物的遗骸或遗迹（即化石）。
岩石有三态：
固态、气态（如天然气）、液态（如石油），但主要是固态物质，是组成地壳的物质之一，是构成地球岩石圈的主要成分。
矿物是指在地质作用中形成的、具有相对固定化学成分的自然单质和化合物。
矿物指由地质作用所形成的天然单质或化合物。
它们具有相对固定的化学组成，呈固态者还具有确定的内部结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。
第2章矿物和岩石的的性质
1.1矿物的性质
1.1.1颜色
矿物的颜色多种多样。
呈色的原因，一类是白色光通过矿物时，内部发生电子跃迁过程而引起对不同色光的选择性吸收所致;另一类则是物理光学过程所致。
矿物在白色无釉的瓷板上划擦时所留下的粉末痕迹。
条痕色可消除假色，减弱他色，通常用于矿物鉴定。
1.1.2光泽
指矿物表面反射可见光的能力。
根据平滑表面反光的由强而弱分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽。
此外，若矿物的反光面不平滑或呈集合体时，还可出现油脂光泽﹑树脂光泽﹑蜡状光泽﹑土状光泽及丝绢光泽和珍珠光泽等特殊光泽类型。
1.1.3透明度
指矿物透过可见光的程度。
影响矿物透明度的外在因素（如厚度﹑含有包裹体﹑表面不平滑等）很多。
一般具玻璃光泽的矿物均为透明矿物，显金属或半金属光泽的为不透明矿物，具金刚光泽的则为透明或半透明矿物。
1.1.4硬度
矿物抵抗外力作用（如刻划﹑压入﹑研磨））的机械强度。
矿物学中最常用的是摩氏硬度，它是通过与具有标准硬度的矿物相互刻划比较而得出的。
1.1.5比重
指矿物指纯净、均匀的单矿物在空气中的重量与同体积水在4℃时重量之比。
矿物的比重取决于组成元素的原子量和晶体结构的紧密程度矿物比重可分为三级:
轻级比重小于2.5。
（如石墨（2.5）、自然硫（2.05-2.08）、食盐（2.1-2.5）、石膏（2.3）等。
）
中级比重由2.5到4。
（大多数矿物的比重属于此级。
如石英（2.65）、斜长石（2.61-2.76）、金刚石（3.5）等。
）
重级比重大于4。
（如重晶石（4.3-4.7）、磁铁矿（4.6-5.2）、白钨矿（5.8-6.2）、方铅矿（7.4-7.6）、自然金（14.6-18.3）等。
1.2岩石的性质
岩石主要可划分为三大类：
火成岩、变质岩、沉积岩，可对三类岩石进行密度和孔隙度、（速度）传播速度、导电性、热学性质、磁性、放射性等比较分析。
1.2.1密度与孔隙度
岩石的密度是指岩石基本集合相（固相、液相和气相）的单位体积（所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积）质量。
岩石密度与岩石组成矿物及岩石的结构有关。
一般情况下，火成岩>变质岩>沉积岩。
岩石的孔隙度是指岩石孔隙所占体积与其岩石体积的比值。
孔隙度又可分为：
绝对孔隙度（总孔隙体积与岩石标本体积之比）、有效孔隙度（参与渗流的连通孔隙的孔隙度）、流动孔隙度（排除了连通但无法让流体通过的孔隙）。
岩石的孔隙度受岩性及埋深等因素的影响，其主要因素是碎屑颗粒的矿物成分、排列方式、分选程度、胶结物类型和数量及成岩后的压实作用。
一般情况下，火成岩<变质岩<沉积岩。
1.2.2传播速度（地震波速）
地震波速就是地震波在岩石中传播的速度，通常与岩石类型、围限压力、岩石结构以及其他地质因素有关。
地震波一般划分为P波、S波，P波总是首先从震源来到，因为它们沿同一路径传播时比S波速度快（在水中S波的传播速度为0）。
在火成岩中波速与其矿物成分有关，一般随着岩石的酸性程度增加而降低；变质岩除了与其矿物成分有关外，还受岩石的结构和构造的影响；沉积岩的波速在很大范围内变化，在胶结物良好的物质中波速通常远大于松散物质。
1.2.3导电性
岩石对稳定电流场和交变电场的传导能力强弱性质，取决于岩石电阻率的大小。
在天然情况下岩石的电阻率主要取决岩石的成分与结构、含水量与矿化度、温度、压力、岩性等。
对于火成岩与变质岩，由于这两类岩石均为结晶岩，内部结构致密且组成矿物几乎全部为绝缘体，所以其导电性主要取决于岩石的含水量；对于沉积岩（特点为离子导电），其含水量主要由层间地下水决定，所以地下水的矿化度、动态和水文化学特点对其有很大影响。
1.2.4热学
岩石在受热时其内能和体积所发生的变化及岩石对热能的传导能力。
岩石的热力学特点主要取决于岩石的结构构造和其中所含的造岩矿物及胶结物的热学性质。
对于火成岩、变质岩、孔隙度接近于零的沉积岩，其导热性与矿物成分、内部构造、温度和压力有关；对于孔隙性又带有裂隙的沉积岩，其导热性与孔隙度和孔隙填充物的热学性质有很大关系。
1.2.5磁性
岩石的磁性与其内部所含化学元素的原子结构有关，还受岩石的矿物成分和结晶化学的影响。
但是岩石的磁性并非只由单个的矿物决定，而且还依赖于他们的产出方式，起决定性作用的是矿物的粒度。
火成岩的磁性具有三个特点：
磁化率由酸性到基性增高、存在剩磁现象、磁化率变化范围很大，火成岩磁性与其类型由很大关系，主要的侵入岩都属于弱磁场的范围，喷出岩的磁性较强；变质岩的磁性与原岩的磁性和变质过程有关，一般可分为铁磁-顺磁性、铁磁性；沉积岩的磁性与其铁磁性副矿物（磁赤铁矿、赤铁矿等）的含量及成分有关，沉积岩由顺磁性与反磁性、磁性一般低于火成岩、碎屑岩的磁性较高，通常含沙多的岩石磁性低，含泥多的磁性高。
1.2.6放射性
地壳内天然放射性元素衰变放出的α、β、γ射线，穿过物质时，将产生游离、荧光等特殊的物理现象。
岩石的放射性元素含量以岩浆岩和变质岩为最高，沉积岩次之。
岩浆岩中，按超基性、基性、中性、酸性的顺序，放射性元素含量逐渐增加。
第3章地震岩石物理学的应用的相关技术
1.1岩石地球物理量版分析技术
图1-2量版分析技术示意图
使用量版计算方法进行测井数据解释，结合岩石相，继而进行叠前反演出阻抗，得到目标层的概率预测，最后完成储层预测；
1.2岩石物理参数统计分析技术
图1-3物理参数统计分析技术示意图
根据地震波形处理获得波速曲线，从而得到弹性参数分布，处理得到储层概率密度分布，进行储层预测；
第4章地震岩石物理学的发展现状和趋势
1.1发展现状
国内的地震岩石物理学研究是从80年代末到90年代初才开展起来的，主要在于基础性实验分析以及为数不多的面向油藏开发的尝试性研究。
近十年来，在国外油藏地球物理技术进步的带动下，国内各油田以解决复杂油气藏精细描述和强化采油地震监测为需求的地震岩石物理学得到了重视与发展。
目前较为前沿的技术有4D地震技术（稠油油藏4D地震监测），利用监测结果改变了注采方式，有较明显的地质效果。
1.2发展趋势
地震岩石物理学研究是地震资料向定量解释发展的必由之路。
随着地震岩石物理学研究逐步阐明地震数据上储层变化的复合因素影响，加上叠前物性参数和弹性参数反演方法的完善，地震数据的定量解释成为现实，而地震资料预测将会用于孔隙度与流体流动等油藏参数的三维动态成像，储层压力、温度、饱和度变化的监测，乃至推断油气藏的含油气类型。
附录1寻找金矿的一般方法
金的密度（19.3）和电导率（
）都很高,除极浅的块金外,用金属探测设备几乎不可能直接获得其响应。
其原因在于金的有价值品位当今只需很低,通常为几克/吨,因为金的价值太昂贵了。
然而,通过与特定的母岩、标志层或构造的某些联系,会找到一些间接的地球物理指示,因为上述母岩等通常是磁性的,电性上具有可极化性、导电性或电阻率特征等等。
矿藏与断层、剪切带的联系是常见的,故用磁法与电法对它们填图是有意义的。
因此,经常使用物探测量方法作为填图工具,其中航磁和地面磁测是最常用的,重力方法相对较少用.卫星遥感可以在它们之前实施。
其它方法有:
激发极化法（IP）;磁激发极化法（MIP）；磁（测）电阻率法（MMR）或电磁方法（EM）。
例如,在澳大利亚使用地面瞬变EM（TEM）方法,在加拿大使用航空EM法（如甚低频法VLF）。
勘探的一般过程是:
①确定金矿成矿的有利地质模型区；⑧识别容矿岩石及其邻近岩石可能的地球物理性质。
可能有用的标志层例子有:
砂矿中的磁性黑砂层；磁性粒玄岩；条带状含铁建造（磁性石英岩）；含磁铁矿、导电和可极化的黄铁矿或其它硫化物（可由IP或MIP检测的页岩；较围岩具有较高电阻率的硅化带等。
还利用岩芯样品的磁化率测定去确定井下的蚀变程度（Laponthei等,1986）。
附录2多面体的体积和表面积
表1-1常见多面体的体积和表面积
附录3典型岩石的物性特点
1.1岩石的密度及比重
岩石的密度是指单位体积岩石的质量。
岩石的比重是指单位体积岩石固体部分的重量与同体积水（4℃）的重量之比，岩石的比重取决于组成岩石的矿物比重及其在岩石中的相对含量。
一般情况下：
火成岩>变质岩>沉积岩。
表1-2常见岩石的比重值
1.2岩石的孔隙性
岩石的孔隙性是指岩石孔隙性和裂隙性的统称。
岩石的孔隙率是指岩石中孔隙体积与岩石总体积之比，以百分率表示。
岩石的孔隙性对岩石的其它性质有重要的影响，如岩石的密度、含水性、透水性、变形性质等。
一般情况下，岩石的孔隙性变化较大，其变化主要与岩石的性质、地质环境的影响有关。
因此，孔隙性的比较必须考虑各种因素。
表1-3常见岩石的孔隙率
1.3岩石的吸水性
岩石的吸水性是指岩石在一定试验条件下的吸水性能。
它取决于岩石的孔隙数量、大小、开闭程度和分布情况。
表征岩石吸水性的指标有吸水率、饱水率和饱水系数。
表1-4几种岩石吸水性指标值
1.4岩石的透水性
岩石能被水透过的性质，称为岩石的透水性，常用渗透系数表示。
它的大小取决于孔隙的数量、大小、方向及连通情况。
一般认为，水在岩石中的流动服从达西定律，因此，可用达西渗透仪在室内测定完整岩石试件的渗透系数。
表1-5某些岩石渗透系数值
实验二岩石物理学中的数值计算方法实验
一、实验目的与要求
初步掌握在岩石物理研究中的一些典型数值计算方法的编程，引导学生把岩石物里学与信息与信号处理、数学、计算机结合起来，为后续岩石物理的计算机模拟打下基础。
1.数字滤波：
先人工构建多频率成分信号，然后进行滤波处理，分析滤波效果及改进措施。
2.标度变换：
学习方法原理基础上，编程实现，并绘制示意图。
3.选作：
付里叶变换
二、实验原理
1．数字滤波
在野外现场，往往存在着较频繁大功率电磁场的干扰（如采用高频、中频发电机组设备、电焊机、电源与变压器等）。
因而，一个关键问题是抗干扰措施。
数字滤波是通过设计的计算机程序进行判别和计算，以减少干扰的影响与出现的机会。
数字滤波方法：
数字滤波是通过设计的计算机程序进行判别和计算，以减少干扰的影响与出现的机会。
数字滤波是一种有针对性的滤波方法，是计算机克服低频干扰及脉冲干扰的有效方法，这些干扰用硬件措施克服很困难。
常用的数字滤波方法有以下2种。
①递推平均滤波取第n次采样值Mn和依次向前递推k次的采样值，然后取平均值，作为第n次采样值
送入计算机。
这种方法主要适用于对实际控制过程中出现的低频振荡进行平滑加工。
k取值越大，滤波效果越好，但滞后较大；k取值小，快而及时，但滤波效果不好。
②加权递推平均滤波递推平均滤波，对所取k项采样值是平均看待的。
为了更重视本次采样值（第n次）以及靠近第n次的采样值。
采用乘加权系数的方法计算出平均值。
（Mn=sini）
各c值不同给予加权。
且
（Ci=2（k-1-i）/k（k-1））
可以看出，有计算
时，Mn所占的比重最大。
2.标度变化
微型计算机测试与控制的各种物理量参数有不同的量纲，例如温度通常用℃，压力采用Pa，流量采用m3/h等。
这些参数经A/D转换后，变成数字量信息输出，这个数字量虽然代表参数值的大小，但是并不一定等于原来带有量纲的参数值，必须将它转换成原来参数的真实值才能进行显示，打印或使用，这种转换称为标度变换或工程量变换。
标度变换要求参数值与A/D转换结果（采样值）之间呈线性关系。
在参数量程起点（输入信号为零），标度变换公式如下：
式中：
A0——参数量程起点值；
AM——参数量程终点值；
Ax——参数测量值；
N0——量程起点对应的A/D转换后的值；
M——量程终点对应的A/D转换值；
Nx——测量值对应的A/D值（采样值），即滤波后的输出值。
其中，A0、AM、N0、M对于一个检测系统来说是常数。
通常，在参数量程起点（输入信号为零）A/D转换值为零（即N0=0），上式简化为：
例如，温度量程一般选取1100～1355℃，用8位A/D转换器，即A0=
1100℃，AM=1355℃，N0=0，M=255，采样值为Nx，标度变换式为：
（℃）
将上式编成程序，将采样值Nx代入，微型计算机便可算出温度的真实值并予以显示和打印出来。
三、流程框图
四、编制程序
1递推平均滤波
#include
#include
#definem100//采样次数
#definen5//递推次数
#definepi3.1415926
voidmain（）
{FILE*fp0;
FILE*fp1;
fp0=fopen（"处理前数据.txt","w"）;
fp1=fopen（"处理后数据.txt","w"）;
inti,j;
doubleX[m];
doubleY[m];
for（i=0;i{X[i]=sin（i*pi/3）+5*sin（i*pi/25）;//初始数据（高低频混合信号）编译程序
printf（"%f\n",X[i]）;
fprintf（fp0,"%f\n",X[i]）;}
for（i=0;i{
if（i{Y[i]=X[i];}
else
{Y[i]=0;
for（j=i-n+1;j<=i;j++）
{
Y[i]+=X[j]/n;//递推平均滤波处理程序
printf（"%f\n",Y[i]）;
}
}
fprintf（fp1,"%f\n",Y[i]）;
}
fclose（fp0）;
fclose（fp1）;
}
2.标度变化
#include
#include
voidmain（）
{floatA0,Am,Ax,N0,M,Nx;
printf（"请输入A0="）;//参数量程起点值
scanf（"%f",&A0）;
printf（"请输入Am="）;//参数量程终点值
scanf（"%f",&Am）;
printf（"请输入M="）;//量程终点对应的A/D转换值
scanf（"%f",&M）;
printf（"请输入Nx="）;//测量值对应的A/D值（采样值）
scanf（"%f",&Nx）;
printf（"请输入N0="）;//量程起点对应的A/D转换后的值
scanf（"%f",&N0）;
printf（"\n"）;
Ax=A0+（Am-A0）*（Nx-N0）/（M-N0）;//参数测量值
printf（"参数测量值=%f\n",Ax）;
}
五、结果分析与讨论
图2-1递推平均滤波成果图
通过递推平均滤波成果图可知，该方法能够将高频低振幅与低频高振幅的混合信息中的高频低振幅信息滤除。
在进行野外数据处理时，对于脉冲干扰的去除有重大意义。
图2-2标度变换结果图
通过标度变化处理可以将不同物理量的量纲进行转换，将原来带有量纲的参数值，转换成原来参数的真实值才能进行显示。
实验三岩石孔隙结构建模及孔隙度计算
1实验目的与要求
（1）通过对岩石孔隙结构的学习，建立等径球体堆积孔隙模型：
立方堆积孔隙模型和六方堆积孔隙模型；
（2）根据建立的岩石孔隙模型，分别计算对应模型的孔隙度。
2实验原理
岩石的孔隙结构包括孔隙的大小、形状、孔间连通情况、孔隙类型、孔壁粗糙的全部孔隙特征和它的构造方式，其直接影响到岩石的储集特性和渗透率特性，它是研究岩石的孔隙度和渗透率的基础。
等径球形堆积孔隙模型是一种理想的岩石孔隙模型，用于研究孔隙性岩石的物理性质；该模型假设岩石中的矿物颗粒呈圆球状，则将具有给定半径的球体堆积成立方体，就形成了离散的等径球体堆积模型；由于堆积方式的不同分为立方堆积和六方堆积，如图2-1、图2-2、图2-3所示，然后根据几何学中的有关结果，可以分别计算出不同堆积方式的孔隙度。
图3-1等径球体结构模型
图3-2立方堆积方式图3-3六方堆积方式
图3-4简单立方堆积模型
图3-5六方最密堆积模型
六方简单堆积模型与六方最密堆积模型类似，中间没有三各球，上下模型球面相切。
3实验编程实现
#include
#include
#definepi3.1415926
voidmain（）
{inti,j;
floatQs,Qr,Qp;//Qs立方堆积孔隙度,,Qr六方简单堆积孔隙度,Qp六方最密堆积孔隙度
floatR=2.0;
floatV,Vr,V0;//V表示总体积，Vr表示模型体积，V0表示孔隙体积
V=pow（2*R,3）;//正方体模型（八个1/8球顶角内接）
printf（"立方堆积总体积=%f\n",V）;
Vr=8*（1/8.0）*（4/3.0）*pi*（pow（R,3））;
printf（"立方堆积球体积=%f\n",Vr）;
V0=（V-Vr）;
printf（"立方堆积孔隙体积=%f\n",V0）;
Qs=V0/V;
printf（"立方堆积孔隙度=%f\n",Qs）;
printf（"\n"）;
V=（（2+1）*R）*（2*sqrt（3）*R）*（2*R）;//正六棱柱模型（十二个1/6球顶角内接与两个1/2球顶面内接）
printf（"六方简单堆积总体积=%f\n",V）;
Vr=（4/3.0）*pi*pow（R,3）*（2*1/2.0+6*1/3.0）;
printf（"六方简单堆积球体积=%f\n",Vr）;
V0=（V-Vr）;
printf（"六方简单堆积孔隙体积=%f\n",V0）;
Qp=V0/V;
printf（"六方简单堆积孔隙度=%f\n",Qp）;
printf（"\n"）;
V=（（2+1）*R）*（2*sqrt（3）*R）*（（2*（2/3.0）*sqrt（6））*R）;//正六棱柱模型（十二个1/6球顶角内接、两个1/2球顶面内接及三个球体内接）
printf（"六方最密堆积总体积=%f\n",V）;
Vr=（4/3.0）*pi*pow（R,3）*（3+2*1/2.0+6*1/3.0）;
printf（"六方最密堆积球体积=%f\n",Vr）;
V0=（V-Vr）;
printf（"六方最密堆积孔隙体积=%f\n",V0）;
Qp=V0/V;
printf（"六方最密堆积孔隙度=%f\n",Qp）;
}
4实验结论与认识
图3-6堆积模型孔隙度成果图
等径球形堆积孔隙模型是一种理想的岩石孔隙模型，用于研究孔隙性岩石的物理性质；该模型假设岩石中的矿物颗粒呈圆球状，则将具有给定半径的球体堆积成立方体，就形成了离散的等径球体堆积模型；由于堆积方式的不同分为立方堆积和六方堆积，通过计算结
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