巖石物理學(xué)：從經(jīng)典到數(shù)字化
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- 作者：劉潔，成谷，劉金鋒，劉善琪
- 出版時間：2023/11/1
- ISBN：9787030769459
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：P584
- 頁碼：292
- 紙張：
- 版次：31
- 開本：B5
巖石物理學(xué)是地球物理學(xué)及相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，重點闡述巖石中的流體運動及巖石變形、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)。經(jīng)典的巖石物理學(xué)是在難以獲得巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下，基于大量實驗并結(jié)合理論推導(dǎo)建立起來的。近二三十年發(fā)展起來的數(shù)字巖石物理學(xué)，通過新技術(shù)獲得巖石內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，助力巖石各種物理學(xué)特性的深入研究，提供前所未有的巖石物理學(xué)研究新視角。本書在經(jīng)典巖石物理學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，加入數(shù)字巖石物理學(xué)的概念、方法及應(yīng)用，給學(xué)生提供從傳統(tǒng)到前沿的巖石物理學(xué)知識。
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目錄
第1章 巖石及其基本特征 1
1.1 巖石的結(jié)構(gòu)特征與成因 1
1.1.1 巖石的成分 1
1.1.2 巖石的分類及成因 3
1.1.3 成巖過程 6
1.1.4 巖石類型與巖石物理性質(zhì) 6
1.1.5 巖石的微構(gòu)造 7
1.2 巖石的特性 9
1.2.1 多樣性 9
1.2.2 多變環(huán)境 9
1.2.3 時空尺度變化 10
1.3 巖石物理學(xué) 11
1.3.1 巖石物理學(xué)的內(nèi)涵 11
1.3.2 巖石物理學(xué)的研究方法 12
1.3.3 巖石物理學(xué)研究意義 12
思考題 14
參考文獻(xiàn) 14
第2章 巖石數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ) 15
2.1 巖石觀測技術(shù)概述 15
2.2 X射線微觀層析成像技術(shù) 16
2.2.1 基本原理 16
2.2.2 不同設(shè)備 17
2.2.3 從投影圖像到三維結(jié)構(gòu) 19
2.3 三維CT圖像處理 23
2.3.1 三維圖像數(shù)據(jù)特征 23
2.3.2 圖像處理流程 25
2.3.3 巖石三維結(jié)構(gòu)顯示 27
2.4 逾滲理論基本概念 30
2.4.1 逾滲與團(tuán)簇 30
2.4.2 連通性與逾滲閾值 32
2.4.3 基于逾滲理論的CT圖像分析 35
2.5 數(shù)字巖石發(fā)展與應(yīng)用 37
2.5.1 發(fā)展歷程 37
2.5.2 結(jié)構(gòu)的表征 38
2.5.3 巖石結(jié)構(gòu)與物性關(guān)系 41
思考題 41
參考文獻(xiàn) 41
第3章 巖石中孔隙與流體運移 43
3.1 孔隙與孔隙度 43
3.1.1 孔隙結(jié)構(gòu) 43
3.1.2 孔隙結(jié)構(gòu)指標(biāo) 44
3.1.3 孔隙度的測量 46
3.2 達(dá)西定律和滲透率 48
3.2.1 滲流假設(shè)與等效體 48
3.2.2 達(dá)西定律 49
3.2.3 滲透率 50
3.2.4 達(dá)西定律的適用范圍 51
3.2.5 滲透率的測量 52
3.3 孔隙度-滲透率關(guān)系 54
3.3.1 實驗結(jié)果與擬合 54
3.3.2 等效管道模型 55
3.3.3 Kozeny-Carman關(guān)系 57
3.3.4 Pittman經(jīng)驗公式 58
3.4 滲透率影響因素 58
3.4.1 巖性差異 58
3.4.2 壓力 59
3.4.3 溫度 60
3.4.4 逾滲模型 61
3.5 多相流概念 62
3.5.1 飽和度與相對滲透率 62
3.5.2 潤濕性 64
3.6 基于數(shù)字巖石的孔隙流體研究 66
3.6.1 基本方法 66
3.6.2 應(yīng)用實例 68
3.7 孔隙流體的影響 73
思考題 73
參考文獻(xiàn) 74
第4章 巖石變形特征與本構(gòu) 76
4.1 應(yīng)變 76
4.1.1 基本概念 76
4.1.2 應(yīng)變的基本分類及定義 77
4.1.3 從位移矢量到應(yīng)變張量 78
4.1.4 三維應(yīng)變分析 81
4.1.5 應(yīng)變率 83
4.1.6 自然界中的應(yīng)變與應(yīng)變率 84
4.2 應(yīng)力 85
4.2.1 力的定義 85
4.2.2 一點的應(yīng)力狀態(tài) 86
4.2.3 應(yīng)力張量 86
4.2.4 應(yīng)力單位與符號 89
4.2.5 主應(yīng)力與應(yīng)力不變量 89
4.2.6 偏應(yīng)力 91
4.2.7 應(yīng)力莫爾圓 91
4.3 巖石本構(gòu)的基本概念 93
4.3.1 本構(gòu)概念 93
4.3.2 巖石變形特征 94
4.4 一般彈性本構(gòu) 95
4.4.1 廣義胡克定律 96
4.4.2 主要彈性參數(shù) 97
4.4.3 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的簡化 99
4.4.4 彈性本構(gòu)在地球科學(xué)中的應(yīng)用 100
4.5 塑性與屈服 102
4.5.1 典型單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線 102
4.5.2 單軸塑性本構(gòu) 103
4.5.3 塑性本構(gòu)在地球科學(xué)中的應(yīng)用 104
4.6 黏性與流變 104
4.6.1 黏性定義與特征 105
4.6.2 巖石的黏性 106
4.6.3 非完全黏性本構(gòu) 107
4.6.4 黏性本構(gòu)在地球科學(xué)中的應(yīng)用 109
4.7 空間平均模型 109
4.7.1 沃伊特平均和羅伊斯平均 110
4.7.2 其他平均 112
4.8 孔隙彈性 113
4.8.1 孔隙介質(zhì)壓縮性 113
4.8.2 含水孔隙介質(zhì)壓縮性 118
4.8.3 有效應(yīng)力定律 120
4.9 基于數(shù)字巖石的本構(gòu)分析 121
4.9.1 基本方法 121
4.9.2 應(yīng)用實例 124
思考題 127
參考文獻(xiàn) 128
第5章 巖石的破裂和摩擦 130
5.1 破裂類型及過程 130
5.1.1 巖石破壞的類型 130
5.1.2 巖石破裂過程及觀測 132
5.2 巖石破裂的力學(xué)分析 139
5.2.1 庫侖準(zhǔn)則 139
5.2.2 其他破裂準(zhǔn)則 142
5.2.3 圓孔應(yīng)力集中及應(yīng)用 143
5.2.4 斷裂力學(xué)概念 146
5.2.5 損傷力學(xué)概念 148
5.3 巖石強度及影響因素 150
5.3.1 巖石強度與實驗測試 150
5.3.2 巖石強度的影響因素 153
5.4 巖石的摩擦滑動 156
5.4.1 摩擦理論基礎(chǔ) 156
5.4.2 拜爾里定律 159
5.4.3 巖石摩擦實驗 161
5.4.4 影響巖石摩擦的因素 163
5.4.5 失穩(wěn)準(zhǔn)則與粘滑 165
5.5 地應(yīng)力與巖石受力狀態(tài) 169
5.5.1 自重應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力 169
5.5.2 地應(yīng)力測量 171
5.5.3 巖石圈強度極限范圍 176
5.6 基于數(shù)字巖石的破裂和摩擦研究 183
5.6.1 基本方法 183
5.6.2 應(yīng)用實例 184
思考題 188
參考文獻(xiàn) 188
第6章 巖石中波的傳播 190
6.1 巖石中的波 190
6.1.1 巖石中體波的類型和特點 190
6.1.2 波在介質(zhì)分界面上的反射、透射和折射 191
6.1.3 有界介質(zhì)中的波及巖石波速測量 193
6.2 巖石中波速特征及影響因素 195
6.2.1 不同巖性巖石的波速 195
6.2.2 波速與密度和礦物成分的關(guān)系 196
6.2.3 波速與孔隙度及飽和度關(guān)系 197
6.2.4 波速與溫度、壓力的關(guān)系 199
6.2.5 波速比 201
6.3 巖石中波的衰減 201
6.3.1 損耗比 202
6.3.2 品質(zhì)因子 202
6.3.3 衰減系數(shù) 203
6.3.4 吸收衰減特性表征參數(shù)之間的關(guān)系 205
6.3.5 影響聲波（地震波）吸收衰減的因素 205
6.4 巖石波速的平均模型 208
6.4.1 巖石中不同成分的波速 209
6.4.2 空間平均模型 209
6.4.3 時間平均模型 209
6.4.4 裂紋模型 210
6.4.5 球堆模型 211
6.4.6 孔隙流體流量模型 211
6.5 基于數(shù)字巖石的地震波特征研究 212
6.5.1 基本方法 212
6.5.2 應(yīng)用實例 214
思考題 215
參考文獻(xiàn) 215
第7章 巖石的其他性質(zhì) 217
7.1 巖石的熱學(xué)性質(zhì) 217
7.1.1 熱傳導(dǎo)方程 217
7.1.2 巖石中的熱源 218
7.1.3 巖石的熱導(dǎo)率、比熱和熱膨脹系數(shù) 219
7.1.4 巖石熱導(dǎo)率和比熱的影響因素 222
7.2 巖石的磁性 226
7.2.1 物質(zhì)的磁性 226
7.2.2 礦物的磁性 229
7.2.3 巖石的磁性 230
7.3 巖石的電學(xué)性質(zhì) 233
7.3.1 巖石電阻率的影響因素 233
7.3.2 礦物巖石電阻率變化范圍 236
7.3.3 沉積巖電阻率的各向異性 237
7.4 基于數(shù)字巖石的電、熱特征研究 239
7.4.1 基本方法 239
7.4.2 應(yīng)用實例 240
思考題 245
參考文獻(xiàn) 246
第8章 巖石物理實驗方法與設(shè)備 248
8.1 巖石孔隙表征 248
8.1.1 壓汞法實驗原理 248
8.1.2 壓汞實驗設(shè)備及步驟 251
8.2 滲透率測量方法 253
8.2.1 穩(wěn)態(tài)法 253
8.2.2 脈沖法（瞬態(tài)法） 255
8.2.3 周期加載法 256
8.2.4 氣體滑脫效應(yīng)及校正 256
8.3 單軸壓縮實驗 257
8.3.1 樣品應(yīng)力-應(yīng)變的測量 257
8.3.2 單軸抗拉強度的測量 258
8.3.3 單軸抗壓強度 259
8.3.4 有側(cè)限單軸壓縮實驗 260
8.4 三軸壓縮實驗 261
8.4.1 常規(guī)三軸實驗 262
8.4.2 真三軸實驗 263
8.5 摩擦實驗 264
8.5.1 常規(guī)直剪實驗 265
8.5.2 圍壓剪切實驗 265
8.5.3 雙剪切實驗 267
8.5.4 環(huán)剪實驗 267
8.6 聲發(fā)射技術(shù) 268
8.6.1 巖石波速與動態(tài)彈性常數(shù)測量 268
8.6.2 被動聲發(fā)射探測 270
8.6.3 聲發(fā)射成像 272
參考文獻(xiàn) 274
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