总序

序

第一篇 岩石物理基础

第1章

1.1 地球上的岩石和矿物

1.2 岩石的分类

1.3 岩石的特点

1.4 研究岩石物理学的意义

第2章 岩石的变形

2.1 应力

2.2 应变

2.4 岩石的蠕变

2.5 岩石实验

第3章 岩石中波的传播和衰减

3.1 岩石中的波

3.2 岩石中波速的测量结果

3.3 岩石中波的衰减

3.4 理论解释

第4章 岩石的弹性

4.1 二相体的弹性

4.2 流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响

4.3 流体静压力下岩石中孔洞对弹性的影响

4.4 弹性波在二相体岩石中的传播

第5章 孔隙流体的作用

5.1 流体静压力下饱和岩石的弹性表现

5.2 弹性波在饱和岩石中的传播

5.3 线性多孔弹性力学 (Linear Poroelasticity)

第6章 岩石的断裂

6.1 差应力作用下岩石的特性

6.2 脆性断裂（Brittle Fracture）

6.3 岩石断裂力学

6.4 流体对断裂的影响

第7章 岩石的摩擦

7.1 摩擦

7.2 岩石的摩擦

7.3 摩擦滑动和岩石变形的稳定性问题

7.4 黏滑（Stick-slip）和稳定滑动

第8章 岩石的强度

8.1 完整岩石的强度

8.2 含裂隙、节理和断层的岩体强度

8.3 地壳中的（偏）应力状态

8.4 由岩体强度推断地壳应力状态的极限范围

第9章 岩石的输运特性2

9.1 达西（Darcy）定律和岩石的渗透率

9.2 渗透率的测量

9.3 岩石的渗透率：岩石组分、孔隙度、压力和温度的影响

9.4 流体输运模型

第10章 岩石的其他特性

10.1 岩石的磁性

10.2 岩石的热学性质

10.3 岩石的电学性质

第二篇 实验岩石物理学

第11章 岩石物理学实验设备

11.1 围压容器

11.2 压机

11.3 岩石样品

11.4 其他类型实验

第12章 岩石的变形和静态弹性常数测量

12.1 变形测量

12.2 应力测量

12.3 应力应变曲线和岩石弹性常数的计算

12.4 岩石其他参数的测量

第13章 声学方法

13.1 岩石和矿物中弹性波速度的测量

13.2 波在岩石中衰减的测量

13.3 声发射

第1 4章 光学方法

14.1 光弹实验

14.2 激光在岩石力学实验中的应用

14.3 岩石微观结构的显微观测

第三篇 计算岩石物理学

第15章 绪论

15.1 计算岩石物理学的发展

15.2 计算岩石物理学的必要性

15.3 计算岩石物理学中所用的方法

15.4 计算岩石物理学的几个应用

15.5 计算岩石物理学的前景

15.6 利用地震方法检测裂隙的理论基础及其限制

15.7 本篇主要内容

第16章 地震波在裂隙介质中的传播: 等效介质理论

16.1 介绍

16.2 Hudson裂纹介质模型

16.3 裂隙面位移不连续Ukl的表达式

16.4 含裂隙介质模

16.5 裂隙岩石的各向异性

16.6 Chapman多尺度模型

16.7 有效弹性常数的刚度及柔度表达式

16.8 本章小结

第17章 有限差分法

17.1 有限差分原理简介

17.2 旋转交错网格

17.3 伪谱法

17.4 变网格(Variable-grid)有限差分法

17.5 本章小结

附录17 A裂隙介质的有效柔度

附录17 B裂隙尖端的效果

第18章 有限元法

18.1 有限元法简介

18.2 裂隙介质中弹性波的有限元数值模拟

18.3 致密和交错裂隙岩石的有效弹性

18.4 本章小结

附录18A 弹性波动方程的积分表达形式

第19章 边界元与边界积分方程方法

19.1 介绍

19.2 间接边界元法基本公式

19.3 离散化与边界元法的实现

19.4 数值应用实例

19.5 模拟裂隙介质的地震响应

19.6 本章小结

附录19A 直接边界元与间接边界元法

附录19B SH波的格林函数

第20章 离散元与离散粒子方法

20.1 离散元方法简介

20.2 波动的衰减

20.3 数值实验

20.4 模拟结果

20.5 本章小结

索引 2100433B

岩石是构成地球最基本的材料，研究地球上的诸多现象和过程，都离不开对岩石物理性质的理解和认识。不仅如此，凡是研究涉及有关地球的能源、资源、环境和灾害等问题时，也都要求对岩石的物理性质有清楚的认识。本书讲述了岩石物理学的基本实验事实和基础理论，包括：岩石的变形、岩石中波的传播和衰减、岩石的弹性、岩石的断裂、岩石的摩擦、岩石的强度、岩石的输运特性、岩石的电性和磁性等。

本书分岩石物理基础、实验岩石物理学和计算岩石物理学三大部分，各部分相对独立，对基本概念和基本知识、实验技术和方法以及数值模拟进行了系统而全面的介绍。书中还附有大量学科发展的历史资料和趣味性的应用实例，以加框线的形式给出，可自行选择性地阅读。本书可供从事地球科学、油气勘探和开发工程、环境和灾害研究等方面的科研人员和教学人员参考，也可作为大学高年级学生和研究生相关专业的教科书。

本书是作者在中国科学技术大学地球与空间科学学院二十多年教学经验的总结，既具有较深的理论基础，又有较宽的岩石物理学知识面.相信本书能给从事岩石物理学研究的师生及科研人员一些启发，可供高等院校、研究所和工程单位等参考.

岩石物理研究是伴随着对岩石物理力学性质认识的逐渐深化而不断得到发展的.岩石物性是地球物理理论的基础，它也是储层综合地球物理技术的基础，在地球物理勘探中得到了广泛的应用.随着物探技术的发展和近年来勘探难度的增大，地球物理学家越来越注重岩石物理学的研究.

岩石是极具复杂性和分散性的地球介质，岩石物理学就是要从实验和理论上研究岩石的物理力学特性，搞清弹性参数与岩石其他物性参数（如孔隙比、饱和度、渗透率、孔隙流体类型及流动性）和状态参数（裂隙、孔洞等岩石的非均匀性、组构和完整性以及应力状态等）之间的关系.搞清这些因素对岩石弹性波和电磁波传播的影响，以及它们在地球物理和岩石物理数据中的响应（这些响应对地球物理、岩石物理及工程资料的综合研究是至关重要的）不仅是地球物理资料的正反演计算和综合解释所必需的，而且对深部构造研究、区域性油气预测、储层预测和油藏描述也是必不可少的.在促进这种研究的过程中，岩石物理学的任务就是通过实验室岩石物理模拟，建立寻找地球物理参数（速度、振幅、衰减、频率等）和岩石物理性质（孔隙度、渗透率、饱和度）之间的关系.这有助于利用地震资料进行储层参数预测和解释，为实际地震响应分析和属性反演提供经验或理论的依据.岩石物理学架起了地震数据和储层性质之间的桥梁，并对一些技术的发展，如试图从地震数据导出储层岩石和流体特征及油藏参数的技术中都起到了基本准则的作用，而且在地震技术（4D地震储层监测、地震岩性识别，以及“亮点”等油气直接检测技术的发展）中发挥了重要的作用.目前，岩石物理学发展很快，从实验分析和理论推导方面都提出了很多适用单一条件或综合考虑各种因素的复杂模型，但对地震解释而言，仍然存在许多悬而未决的问题，即它在地震数据的解释中还未能得到充分的利用.我们相信，随着越来越多的油气田进入成熟期，以及许多方法和技术的提高及发展，地震勘探的解释技术将会在推断储层三维图像快照中成为例行程序.在这样的处理过程中，岩石物理在地震数据的定量解释中将是一个必不可少的部分.

第1章 绪论

1．1 岩石物理学的定义

1．2 研究方法及分类

1．3 岩石物理学的发展

第2章 岩石

2．1 地球上的矿物和岩石

2．1．1 矿物

2．1．2 岩石

2．2 岩石的分类及特点

2．2．1 三大类岩石

2．2．2 岩石的特点

2．2．3 岩石的研究尺度

2．3 测井技术评价岩性

2．3．1 判别岩石类型

2．3．2 计算地层矿物含量

2．3．3 判别颗粒粒度

习题

第3章 岩石的变形

3．1 应力

3．1．1 基本概念

3．1．2 主应力与莫尔圆

3．1．3 地应力

3．1．4 测井资料在地应力中的应用

3．2 应 变

3．2．1 位移与应变

3．2．2 岩石的应变

3．3 岩石的本构关系

3．3．1 基本概念

3．3．2 岩石典型本构关系

3．4 岩石的蠕变

3．5 岩石应力应变测量实验

3．5．1 样品制备

3．5．2 三轴压缩实验

习题

第4章 岩石中波的传播和衰减

4．1 岩石中的波

4．1．1 纵波与横波

4．1．2 波的反射与折射

4．1．3 声波检测技术

4．2 波速的影响因素

4．2．1 波速与密度和矿物成分的关系

4．2．2 波速与孔隙流体及饱和度关系

4．2．3 波速与温度、压力的关系

4．3 岩石中波的衰减

4．3．1 表征声衰减的特征参数

4．3．2 衰减与频率的关系

4．3．3 衰减与矿物成分及孔隙度的关系

4．3．4 衰减与温度、压力的关系

习题

第5章 岩石的弹性

5．1 二相体的弹性

5．1．1 岩石模型及孔隙类型

5．1．2 弹性参数

5．1．3 岩石及矿物的弹性参数

5．2 弹性参数的影响因素

5．2．1 孔隙形态对弹性参数的影响

5．2．2 孔隙流体对弹性参数的影响

5．2．3 环境（压力、温度）对弹性参数的影响

5．3 岩石弹性在油气勘探中的应用

5．3．1 岩性识别

5．3．2 地层的孔隙类型判别

5．3．3 地层流体类型评价

习题

第6章 岩石的断裂

6．1 差应力下的岩石特性

6．1．1 岩石的膨胀

6．1．2 岩石破裂微构造

6．1．3 声发射及其他性质

6．2 脆性断裂

6．2．1 破裂类型和破裂准则

6．2．2 库仑破裂准则

6．2．3 莫尔破裂准则

6．2．4 应力状态指数

6．3 岩石断裂力学

6．3．1 断裂力学

6．3．2 裂纹分析模型

6．4 流体对断裂的影响

6．4．1 孔隙压力

6．4．2 水压致裂

6．4．3 压裂的检测及井壁稳定问题

习题

第7章 岩石的强度

7．1 完整的岩石强度

7．1．1 岩石强度实验

7．1．2 强度与围压的关系

7．1．3 强度与温度的关系

7．1．4 强度与岩石样品的关系

7．2 含裂隙、节理和断层的岩体强度

7．2．1 拜尔利(Byerlee)摩擦滑动条件

7．2．2 拜尔利定律和库仑破裂准则的比较

7．2．3 断层与应力状态的关系

7．3 地壳应力状态的极限范围

7．3．1 地壳的应力状态

7．3．2 实地应力测量

7．3．3 推断地壳应力状态的极限范围

7．4 岩土锚固

7．4．1 岩土锚固的基本原理

7．4．2 岩土锚固工程及锚杆分类

7．4．3 岩土锚固工程检测

习题

第8章 岩石的输运特性

8．1 达西定律

8．1．1 达西定律

8．1．2 岩石的渗透率

8．1．3 达西定律的适用条件

8．2 渗透率测量实验及影响因素

8．2．1 渗透率实验测量

8．2．2 渗透率影响因素

8．3 现场渗透率确定

8．3．1 依据孔隙度-渗透率关系求取

8．3．2 利用阵列声波计算渗透率

8．3．3 利用核磁共振测井计算渗透率

习题

参考文献 2100433B

岩石物理学是一门专业基础课，要求其不仅对后续专业核心课学习起到铺垫的作用，更需紧跟当前行业发展，让学生牢固掌握岩石物理特别是岩石力学的一般规律和研究方法。《岩石物理学原理与应用/石油高等教育“十三五”规划教材》立足地震勘探、测井、工程物探等行业发展需求，着重阐述岩石声波传播、弹性以及岩石破裂在该领域的一般方法与应用。