地壳中的岩石实验报告
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地壳中的岩石实验报告
1．矿物
矿物一般是自然产出且内部质点（原子、离子）排列有序的均匀固体。其化学成分一定并可用化学式表达。所谓自然产出是指地球中的矿物都是由地质作用形成的。
地壳中存在的自然化合物和少数自然元素，具有相对固定的化学成分和性质。都是固态的（自然汞常温液态除外）无机物。矿物是组成岩石的基础。（地质博物馆中有明确概念：一般而言矿物必须是均匀的固体。矿物必须具有特定的化学成分，一般而言矿物必须具有特定的结晶构造（非晶质矿物除外），矿物必须是无机物，所以煤和石油不属于矿物。参考：南京地质博物馆新馆二楼）。
实验室已经能够制造出某些矿物晶体（但制造出来的不属于矿物），如人工水晶、人工钻石等。
已知的矿物约有4700种左右，在固态矿物中，绝大部分都属于晶质矿物，只有极少数（如水铝英石）属于非晶质矿物。来自地球以外其他天体的天然单质或化合物，称为宇宙矿物。由人工方法所获得的某些与天然矿物相同或类同的单质或化合物，则称为合成矿物如人造宝石。矿物原料和矿物材料是极为重要的一类天然资源。
2．岩石
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。
2.1岩浆岩
也称火成岩。来自地球内部的熔融物质，在不同地质条件下冷凝固结而成的岩石。当熔浆由火山通道喷溢出地表凝固形成的岩石，称喷出岩或称火山岩。常见的火山岩有玄武岩、安山岩和流纹岩等。当熔岩上升未达地表而在地壳一定深度凝结而形成的岩石称侵入岩，按侵入部位不同又分为深成岩和浅成岩。花岗岩、辉长岩、闪长岩是典型的深成岩。花岗斑岩、辉长玢岩和闪长玢岩是常见的浅成岩。根据化学组分又可将火成岩分为超基性岩（Si O 2，小于45%）、基性岩（Si O 2，45%～52%）、中性岩（Si O 2，52%～65%）、酸性岩（Si O2，大于65%）和碱性岩（含有特殊碱性矿物，SiO 2，52%～66%）。火成岩占地壳体积的64.7%。
地球内部的温度和压力都很高，所有组成物质…指矿物质?都呈现熔融状态的流体，名为岩浆岩。火成岩即由於岩浆侵入地壳内部，或流出地表面造成熔岩，在经冷却凝固而造成，如玄武岩及花岗岩等都是。火成岩是所有岩石中最原始的岩石。变质岩原来的火成岩或沉积岩，再经过地壳运动或岩浆侵入作用所发生的高温和高压与热液的影响，可以改变其原来岩石的结构或组织，或使部分矿物消失，而产生他种新的矿物，因而成为另外一种与原岩不同的岩石，称为变质岩，如大理岩变自石灰岩；板岩变自页岩；石英岩变自砂岩等。典型的变质岩存在於前寒武纪或造山带区域，常有区域构造相关之劈理，或矿物的变化。岩石的种类工农业及科学技术的各个部门。煤的化学成分很不稳定不是矿物，是典型的混合物。很多，但并不是每一种岩石都可以使用，这里除了审美的观点之外，更重要的是石头中的化学成分是否会影响水质，从而带来负面影响。
2.2沉积岩
也称水成岩。在地表常温、常压条件下，由风化物质、火山碎屑、有机物及少量宇宙物质经搬运、沉积和成岩作用形成的层状岩石。沉积岩由颗粒物质和胶结物质组成。颗粒物质是指不同形状及大小的岩屑及某些矿物，胶结物质的主要成分为碳酸钙、氧化硅、氧化铁及粘土质等。按成因可分为碎屑岩、粘土岩和化学岩( 包括生物化学岩) 。常见的沉积岩有砂岩、凝灰质砂岩、砾岩、粘土岩、页岩、石灰岩、白云岩、硅质岩、铁质岩、磷质岩等。沉积岩占地壳体积的7. 9%，但在地壳表层分布则甚广，约占陆地面积的75%，而海底几乎全部为沉积物所覆盖。
沉积岩有两个突出特征：一是具有层次，称为层理构造。层与层的界面叫层面，通常下面的岩层比上面的岩层年龄古老。二是许多沉积岩中有“石质化”的古代生物的遗体或生存、活动的痕迹——化石，它是判定地质年龄和研究古地理环境的珍贵资料，被称作是纪录地球历史的“书页”和“文字”。
2.3变质岩
原有岩石经变质作用而形成的岩石。根据变质作用类型的不同，可将变质岩分为5类：动力变质岩、接触变质岩、区域变质岩、混合岩和交代变质岩。常见的变质岩有糜棱岩、碎裂岩、角岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、片粒岩、榴辉岩、混合岩等。变质岩占地壳体积的27.4%。
火成岩、沉积岩、变质岩三者可以互相转化。火成岩经沉积作用成为沉积岩，经变质作用成为变质岩。变质岩也可再次成为新的沉积岩，沉积岩经变质作用成为变质岩，沉积岩、变质岩可被熔化，再次成为火成岩。
岩石具有特定的比重、孔隙度、抗压强度和抗拉强度等物理性质，是建筑、钻探、掘进等工程需要考虑的因素，也是各种矿产资源赋存的载体，不同种类的岩石含有不同的矿产。以火成岩为例，基性超基性岩与亲铁元素，如铬、镍、铂族元素、钛、钒、铁等有关；酸性岩与亲石原素如钨、锡、钼、铍、锂、铌、钽、铀有关；金刚石仅产于金伯利岩和钾镁煌斑岩中；铬铁矿多产于纯橄榄岩中；中国华南燕山早期花岗岩中盛产钨锡矿床；燕山晚期花岗岩中常形成独立的锡矿及铌、钽、铍矿床。石油和煤只生于沉积岩中。前寒武纪变质岩石中的铁矿具有世界性。许多岩石本身也是重要的工业原料，如北京的汉白玉（一种白色大理岩）是闻名中外建筑装饰材料，南京的雨花石、福建的寿山石、浙江的青田石是良好的工艺美术石材，即使那些不被人注意的河沙和卵石也是非常有用的建筑材料。许多岩石还是重要的中药用原料，如麦饭石（一种中酸性脉岩）就是十分流行的药用岩石。岩石还是构成旅游资源的重要因素，世界上的名山、大川、奇峰异洞都与岩石有关。我们祖先从石器时代起就开始利用岩石，在科学技术高度发展的今天，人们的衣、食、住、行、游、医……无一能离开岩石。研究岩石、利用岩石、藏石、玩石、爱石已不再是科学家的专利，而逐渐变成广大群众生活的组成部分。
3．岩石物理学
岩石物理学是一门自然科学，专门研究岩石的各种物理性质和其产生机制；隶属于地球物理学。岩石物理学既是物理学的一个独立分支，又是地球物理学的一个重要组成部分。它是联系地球物理学，岩石学，水文地质学，工程地质学，岩土力学等学科的纽带和桥梁。岩石物理学是一门综合性的边缘学科。
3.1岩石物理性质指岩石的力学、热学、电学、声学、放射学等特性参数和物理量。矿物的物理性质包括：颜色、条痕、光泽、透明度、硬度、解理、断口、脆性和延展性、弹性和挠性、相对密度、磁性、发光性、电性、其它性质。在力学特征中包括渗流特性和机械特性。
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。褶皱区沉积岩的磁各向异性一般要比地台区的大。
岩石的天然剩余磁化强度矢量是在岩石形成过程中，按当时当地的地磁场方向“冻结”下来的。这个矢量的指极性与现代地磁场方向一致的称为正极性。岩石的年代愈古老，它的剩余磁化强度矢量的成分愈复杂。岩石剩余磁性由各种天然磁化过程形成。岩石在磁场中从居里点以上温度冷却时获得的剩余磁性称为热剩余磁性；岩石中的铁磁性物质在磁场中由于磁粘滞性而获得的剩余磁性称粘滞剩余磁性；沉积岩中的微小磁性颗粒在沉积过程中受磁场作用采取定向排列因而获得的剩余磁性称为沉积剩余磁性；沉积物中的铁矿物沉积后，在磁场中经化学变化而获得的剩余磁性称化学剩余磁性；还有等温剩余磁性是常温下磁性物质在磁场中获得的剩余磁性（见岩石磁性）。岩石的剩余磁性是古地磁学赖以建立的基础。
岩石和矿物的磁性与温度、压力有关系。顺磁性矿物的磁化率与温度的关系遵循居里定律。铁磁性矿物的居里温度一般为300～700℃，其磁化率一般随温度升高而增大（可达50%），至居里温度附近则迅速下降。铁磁性矿物的磁化率与温度的关系有两种类型：一为可逆型，即在矿物加热和冷却过程中温度相同时磁化率值相同，如纯磁铁矿、钛铁矿。另一种为不可逆型，即矿物加热和冷却过程中温度相同时磁化率值不同，如对升温不稳定的铁磁性矿物。岩石加热时，磁化率也逐步升高，至200～400℃迅速下降。岩石的磁化率和磁化强度值都随压力的增大而减小。
3.2地震岩石物理学
地震岩石物理研究主要是试图建立地球物理勘探所获得的物理量与地下岩石参数的定量对应关系，并快速理解储层流体变化所引起的地震响应变化，增强和减小解释的风险。地震岩石物理研究是连接地震和油藏工程的纽带，也是地震资料预测油气的物理基础。
国外地震岩石物理研究的重点在于理论模型的建立和应用，着眼于研究成果的系统化和精细化。几个主要研究机构的研究情况如下：
（1）休斯顿大学岩石物理实验室（RockPhysicsLaboratory）休斯顿大学岩石物理实验室长期从事岩石和流体特性的测试和特征研究，致力于从地震资料中提取储层特征和流体特性。现阶段研究的重点在4个方面：
①前沿勘探技术研究，包括高温高压条件下的超深油藏勘探开发等；
②储层检测技术研究，如时移地震响应特征的标定；
③非常规油藏的开发，如致密地层天然气、重油和油页岩油藏；
④深水沉积物含烃饱和度的地震评价。在20xx—20xx年的SEG 年会上，该机构共发表文章22篇，内容涉及岩石物理研究的诸多方面，包括不同流体状态的AVO属性研究、重油储层特征研究、时移地震技术研究、速度频散研究、深水储层岩石速度研究、碳酸盐岩的孔隙结构研究等。
（2）斯坦福大学岩石物理及井中地球物理项目组（Roc k Phys ics&Bor ehol e G e ophys i cs Proj ect）
斯坦福大学的一个重要的研究方向就是地球物理勘探领域的岩石物理研究。其现阶段研究的重点包括：①多孔岩石介质的力学特性；②实验室条件下，岩石、颗粒矿物和储层流体的速度、衰减、渗透性测试分析；③多孔流体饱和介质地震波的传播、衰减和频散研究等。
（3）美国岩心公司（Cor eLab）
美国岩心公司致力于油藏最优化和采收率最大化，其关键的技术理念是：任何油藏优化措施都要基于对油藏复杂情况的详细了解———岩石特性、天然气、原油、水以及控制岩石内液体和气体流动的机理。其3个业务单元（油藏描述、油气增产、油藏管理）都与岩石物理研究密切相关：
①油藏描述，利用岩心和流体测试数据对测井和地震数据进行评价和标定，并通过对各相岩石特性的评价，最大程度提高油气日产量及油田开采寿命中的总产量；
②油气增产，通过实际油藏压力和温度条件下流体通过岩石的动态流动测试以及基于岩心声波的各向异性研究，预测裂缝扩展方向，进而正演模拟实际驱替过程，建立科学的油田驱替方案，减少地层伤害的程度，最大程度的提高采收率；
③油藏管理，通过对油藏压力、温度、流动状态进行研究，结合区域地质特性和岩石物性，实时了解油藏动态，进行高效管理。该公司拥有一整套岩心测试设备，全方位的'对测试数据进行测试，收集了世界范围内许多机构的岩心测试信息，建立了油藏应用岩石物性综合数据库系统。
国内岩石物理研究则紧紧跟踪了国外的技术发展，着眼于岩石物理理论模型的应用，主要包括以下几方面：
①岩石物理理论模型适应性研究；
②实验室岩心测试技术研究；
③储层特征参数研究；
④岩石物理参数规律统计；
⑤储层特征敏感参数识别；
⑥测井曲线的重构或生成。
在岩石物理研究中，速度是岩石物理研究乃至整个地球物理勘探领域的关键参数，理论模型则是其研究的基础。这两个关键贯穿于岩石物理研究的整个过程。
3.3岩石物理在油气勘探中的应用
页岩气储层岩石物理模型：由于含有机质页岩储层的复杂性，为了满足不同的评价需求，很多学者提出了不同的页岩储层岩石物理模型。以评价页岩储层的总孔隙度和含水饱和度为目的，Al f r ed 等20xx年提出了一种新的有机页岩岩石物理模型。该模型的基本思想是将岩石体积划分为有机质体积和非有机质体积两大体积系统。有机质体积系统主要包括干酪根骨和干酪根孔隙两部分；非有机质体积系统主要包括固体非有机质骨架和非有机质孔隙两部分。该模型的基本假设前提是认为干酪根孔隙中全部充满油气，即Swk＝0；而非干酪根骨架基质孔隙中全部充满水，即Swk＝1，这种假设的好处是避免了利用常规测井资料计算页岩中的含水饱和度，缺点是这种假设不符合实际页岩气地层的真实情况。实际页岩气储层非干酪根骨架基质孔隙中应该是充满了游离气和水的。该模型计算页岩地层总孔隙度的精度强烈地依赖于测井测量的体积密度曲线和测井评价的总有机碳含量值（TOC），若井眼条件较好，能够获得比较好的密度测井曲线，同时测井评价能够提供比较精确的有机碳含量值，则该模型不失为一种好的页岩孔隙度评价方法，但由于该模型的假设条件并不是很符合地层的真实情况，因此还有待进一步改进。以页岩储层原地含气量评价为目的，Glorioso等20xx年提出的页岩岩石物理模型比较合理适用。
他们把页岩分成骨架和流体两部分，骨架部分中考虑了干酪根的体积；在流体部分中，既考虑了干酪根孔隙中存储的游离气和其表面的吸附气，又考虑了非有机质骨架基质孔隙中的游离气。页岩中的水主要是其骨架基质孔隙中的毛细管束缚水和黏土表面吸附的黏土水２部分。基于该岩石物理模型，比较容易建立页岩储层相应的测井评价模型。但页岩的含水饱和度如何通过常规测井资料来确定，目前还是急需解决的难题；对于页岩吸附气含量的准确确定，在深入认识页岩吸附气机理上探索合适的吸附气计算模型也是亟待解决的难题。基于页岩储层岩石物理研究，建立页岩原地含气量的评价方法是测井评价的最终目的。以往对页岩原地含气量（GIP）的计算主要是由实验测量得到页岩孔隙度和含水饱和度进而得到其游离气含量，由吸附气实验计算得到其吸附气含量，两者的和即认为是GIP。但研究认为，吸附气也占据了一定的体积空间，因此在计算总含气量时，应该减掉吸附气所占据的游离气的体积空间，但是这部分体积究竟如何计算，目前还没有很好的解决办法。
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