2023年岩石物理学复习题

2023年岩石物理学复习题

一、名词解释类

1、岩石与岩石学

岩石：是由一种或几种造岩矿物按一定构造或结构组成的天然固态集合体

岩石学：是地质学的一个分支，是研究岩石的分布、产状、成分、结构构造、分类命名、成

因演化等方面的科学

2、岩石微裂缝

3、岩石物理学

利用物理学的原理与方法，研究岩石物理性质及其产生机制的一门学科，属于物理学的一个

分支

4、偏振

具有优化振动方向的振动

5、Rockphysics与Petrophysics内涵区别

rockphysics与petrophysics仅仅是研究侧重点与工作方式略有差异，不表示二者研究结论具

有本质性差异，Rockphysics侧重实验•室研究，Petrophysics侧重现场原位测试等实际资料

处理与分析

6、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

7、沉积岩

成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石

8、变质岩

在地球内部高温或高压情况下，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

9、极化

正负电荷作用中心不重合

10、岩石结构

矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征

11、岩石构造

各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式

12、应力

单位面积上的作用力

13、应变

物体受力后形状和大小的改变

14、振动

一个物理量P当每隔某一时间总取为定值时，那么该物理量的变化为振动

15、波

空间内一点所产生的状态变化，依次按某一有限速度向周围传播

16、矿物与矿物学

矿物：由地质作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化学成分和内部结构、在一定的物理化

学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物，它们是岩石和矿石的根本组成单位。

矿物学：是一门研究地球及其他天体的物质组成及演化规律的地质根底学科，是研究矿物（包

括准矿物）的成分、结构、形态、性质、成因、产状、用途及其相互间的内在联系，以及矿

物的时空分布规律及其形成和变化的历史的科学

17、衰减

岩石往往不是完全弹性的，这样，当波在岩石中传播时，会有一局部机械能转化为热

能

18、地应力

地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力

二、问答与作图计算类

1、判断玻璃、石盐、石油、沥青、人造金刚石、人造水晶、自然汞、煤、石墨等哪些为矿

物？

矿物：由地质作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化学成分和内部结构、在一定的物理化

学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物，它们是岩石和矿石的根本组成单位。

2、陶瓷、水泥是岩石吗？

岩石：是由一种或几种造岩矿物按一定构造或结构组成的天然固态集合体

3、岩石具有哪些特点？

⑴是地球内力或外力作用甚至天体作用（陨石）的天然产物，人工合成的陶瓷、砖瓦、水泥、

炼钢炉渣不是岩石。

⑵可以由一种矿物组成，如石英岩、灰岩，也可以由多种矿物组成，如花岗岩、辉长岩。

⑶是具有一定形状的固态集合体，天然产出的石油、天然气不属于岩石的范畴。

⑷主要分布在岩石圈中。

火成岩〔岩浆岩〕：由地壳与上地幔的岩浆侵入到地下或喷出地表冷凝形成，如花岗岩、玄

武岩。

沉积岩：由地表风化产物、生物遗体、火山碎屑等经搬运、沉积、成岩形成，如砂岩、灰岩。

变质岩：由岩浆岩、沉积岩等经变质作用形成。

4、沉积岩、火成岩、变质岩分别占地壳岩石的多少百分比？

火成岩占地壳岩石64.7%

变质岩占地壳岩石27.4%

5、火成岩有几种类型，二者核心差异是什么，分别解释之？

喷出岩和侵入岩喷出岩是岩浆喷出地表冷凝形成侵入岩是岩浆侵入到地下冷凝形

成

6、岩石有哪些根本物理性质？

物理性质参数

质量指标容重、密度、比重

孔隙性孔隙率、孔隙比

水理性质含水率、吸水率、饱水率、渗透性

抗风化指标膨胀性、崩解性、软化性、抗冻性

7、岩石物理学研究的上限尺度？

地球的运动，使得整块的岩石发生破裂，其中出现许多断层、解理和劈理等间断面，这些大

小不一的间断面和岩石就构成了岩体，岩体的性质很大程度上都要受间断面的影响，岩体中

间断面的存在，提供了岩石测量的上限尺度

8、岩石物理学研究包含哪三个方向，具体说明？

〔1〕正问题：如果知道〔1〕各构成成分的体积含量，〔2〕各构成成分的弹性模量，〔3〕

各构成成分如何相互组合在一起的细节，求取岩石的等效弹性模量。这是一个由微观□宏

观、由局部□整体的推演过程。

〔2〕反问题：如果知道地层或岩石的等效弹性模量〔观测数据〕，如何求取〔1〕各构成

成分的体积含量，〔2〕各构成成分的弹性模量，〔3〕各构成成分如何相互组合在一起的

细节，这是一个由宏观匚微观、由整体口局部的反演过程。

〔3〕岩矿特性的改造：如果知道地层或岩石的等效弹性模量〔观测数据〕、地质环境，如

何人为改造岩矿特性，从而改变岩体与地层的地质特性，这是岩石物理学重要的应用方向，

具有十分重大的经济价值。

9、作图说明时空多尺度性是岩石物理学研究的最大困难？怎样才能把实验室内小尺度测量

结果外推应用到大尺度的自然界？

唯象分析法首先将无序的、复杂结构的岩石等效〔模型化〕为简单结构的介质〔模

型〕，然后利用宏观物理定律进行分析和计算

10、为什么岩石力学与弹性力学规定的正应力相反？应力的单位？

岩石力学规定压应力为正，拉应力为负，弹性力学相反，原因有两点：一是地球介质

所受压力多为压应力；二是构造地质学等与岩石力学相关的学科已经采用压应力为正

的规定。应力单位N/m?

11、声发射的根本原理

岩石在受外载荷作用（高差应力下），岩石中原来存在的或新产生的裂纹周围应力集中，应变

能较高，当外力增加到一定大小时，在有裂纹的缺陷地区产生微观缺服和变形，裂纹扩

展，从而使得应力弛豫，储藏的一局部能量将以弹性波〔声波〕的形式释放出来。由于局部

声发射信号频率包含人耳听觉频段20-20KHZ,故称该现象为声发射

12、作图说明声发射信号的频谱分布及不同专业所使用的频谱范围。

13、作图说明研究岩石力学性质的二类不同的声学方法。

14、应力定义中的二个重要概念？

第一，应力是单位面积上的作用力：第二，应力不仅与岩石内部受力情况有关，而且

与切面方向n选择有关。

15、地震学与地震勘探的假定前提是什么，写出具体数值？

16、“偏振”与"极化”反映物理量的什么特征？

“偏振”与"极化"皆反映某个物理量具有优势方向的特征。

17、“偏振”强调质点的什么特性？

“偏振”强调质点的振动特性

18、“极化”强调质点的什么特性？

“极化”强调质点的波动特性。

%“偏振”的概念来自光学，不严格的定义：具有优化振动方向的振动称为偏振。例

如对自然光来说，一个普通光源所发出的光（白光或单色光）是数目极多的彼此无

关的分子、原子辐射的电磁波之总和。这些大量分子、原子所发出的光波，不仅初

相位彼此无关，它们的振动方向也是杂乱无章的。宏观来看，入射光中包含了所有

方向的振动。也就是说，实际光源所发出的光振动必然是在垂直于光传播方向的平

面内取各种可能的方向，没有一个方向比其它方向更占优势；并且各方向光振动的

振幅的平均值完全相等。具有这种特点的光叫自然光。显然自然光的光振动具有对

称而又均匀分布的特性。不具有自然光这种特性的光叫做偏振光，也就是具有优势

振动方向的光。例如电磁波。

%"极化”这个词来自电磁介质研究。从物质微观结构的电气性能特性，可以将电介

质分为极性电介质与非极性电介质二大类。在没有外电场作用时，其正电荷的作用

中心和负电荷的作用中心互相重合的分子，称为非极性分子。由非极性分子构成的

电介质称为非极性电介质。在没有外电场作用时，其正、负电荷的作用中心就已经

不相重合而形成一个电耦极子的分子，称为极性分子。由极性分子构成的电介质称

为极性电介质。所有碳氢化合物都是非极性物质。聚乙烯、石蜡、地蜡、矿物绝缘

油等都是非极性物质。碳氢化合物中的氢原子为卤族元素或某些基因（NH2,N02,

0H）取代后，就成为极性化合物。有机材料如聚氯乙烯、酚醛树脂等为极性介质。原

系中性的介质被引入电场后，要经受极化。极化后，在介质内部产生沿电场方向的

电偶极矩，同时在介质外表有（本质上属于束缚电荷）极化电荷出现。非极性介质

的极化，是由于在电场作用下，正负电荷的作用中心发生相对位移，从而形成诱生

偶极子的结果。极性介质的极化，那么是由于它的每一个分子电偶极矩在外电场的

作用下，受到向电场方向的力矩。

19、依留辛条件？

1du3M-

线性化的应变-位移关系：/=上(生+—)i,j=l,2,3

J2叫dA

上式适用的范围是位移梯度必须小于10＜到10工这就是依留申条件。

20、试讨论应变与位移的关系。

三维形变中:NQ,t)=2%(L,t)dLjdLji,j=l,2,3

,.1,du：du；dudu、

kki.j,k=l,2,3

八2dLjdLjdL；dL)

由张量定义知，上式所反映的量是二阶张量的元素，所以，应变是一个张量，应变张量的

矩阵形式就是位移梯度矩阵。

21、写出位移梯度矩阵表达的位移场矩阵方程；

22、写出三维平衡方程组。

23、物理问题的一般表达式。

24、写出线性条件下，用应变表示的本构方程。

25、写出各向同性介质的刚度矩阵。

26、讨论岩石典型的单向应力(压缩)下的本构关系曲线。

27、相似性问题

(1)相似性有几种？

几何相似或空间相似物理相似时间相似广义相似

(2)解释物理相似性

在进行着物理过程的两个系统中，假设两个系统的几何相似〔包括形状相似、路径相似〕，

且各个对应点或对应段的各个物理量也互成常数比例，那么这种现象成为物理相似。

⑶解释时间相似性

所谓时间相似，就是指在两个几何相似的系统中，其对应点或对应局部沿着相似的路径运动，

而且在成一定比例关系的时间间隔内，所通过的几何路径相同。这里的时间间隔比例，也等

于同一数值。

(4)求相似系数分几个步骤

1.相似现象，抓住描写现象的物理规律，并写出微分方程式：

2.相似条件，建立能够反映这些条件的相似关系式：

3.似关系式代入微分方程式，进行相似变换，可以得出相似指标式；4.将相似关系式再带入

相似指标式，从而获得相似系数

(5)地震勘探、重力勘探、电法勘探、磁法勘探、地热勘探的本质？

地质体与围岩之间的物差异

28、岩石弹性概念问题。

(1)根据弹性常数关系表推导体积模量、杨氏模量

(2)至少举两个例子对泊松比的特例开展讨论

(3)根据主要造岩矿物弹性参数表与几种主要岩石弹性参数表，说明为什么矿物的弹性参

数大于岩石的弹性参数

矿物的弹性常数远远高于岩石的弹性常数。造成这种现象的原因是岩石中存在许多孔隙。

(4)为什么说，岩石的动态弹性模量普遍大于静态弹性模量？

动弹性模量普遍大于静弹性模量：

1.法采用的最大应力大局部在，少数那么更大，变形量常以M计，而动力法的作用应力那

么约为10-4MPa量级，引起的变形量微小。因此静力法必然会测得较大