2023年巖石物理學(xué)復(fù)習(xí)題

2023年巖石物理學(xué)復(fù)習(xí)題

一、名詞解釋類(lèi)

1、巖石與巖石學(xué)

巖石：是由一種或幾種造巖礦物按一定構(gòu)造或結(jié)構(gòu)組成的天然固態(tài)集合體

巖石學(xué)：是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支，是研究巖石的分布、產(chǎn)狀、成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、分類(lèi)命名、成

因演化等方面的科學(xué)

2、巖石微裂縫

3、巖石物理學(xué)

利用物理學(xué)的原理與方法，研究巖石物理性質(zhì)及其產(chǎn)生機(jī)制的一門(mén)學(xué)科，屬于物理學(xué)的一個(gè)

分支

4、偏振

具有優(yōu)化振動(dòng)方向的振動(dòng)

5、Rockphysics與Petrophysics內(nèi)涵區(qū)別

rockphysics與petrophysics僅僅是研究側(cè)重點(diǎn)與工作方式略有差異，不表示二者研究結(jié)論具

有本質(zhì)性差異，Rockphysics側(cè)重實(shí)驗(yàn)?室研究，Petrophysics側(cè)重現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試等實(shí)際資料

處理與分析

6、火成巖

一般指巖漿在地下或噴出地表冷凝后形成的巖石，又稱巖漿巖，是組成地殼的主要巖

石

7、沉積巖

成層堆積的松散沉積物固結(jié)而成的巖石

8、變質(zhì)巖

在地球內(nèi)部高溫或高壓情況下，先已存在的巖石發(fā)生各種物理、化學(xué)變化，使其中的

礦物重結(jié)晶或發(fā)生交互作用，進(jìn)而形成新的礦物組合

9、極化

正負(fù)電荷作用中心不重合

10、巖石結(jié)構(gòu)

礦物顆粒的形狀、大小和聯(lián)結(jié)方式所決定的結(jié)構(gòu)特征

11、巖石構(gòu)造

各種不同結(jié)構(gòu)的礦物集合體的各種分布和排列方式

12、應(yīng)力

單位面積上的作用力

13、應(yīng)變

物體受力后形狀和大小的改變

14、振動(dòng)

一個(gè)物理量P當(dāng)每隔某一時(shí)間總?cè)槎ㄖ禃r(shí)，那么該物理量的變化為振動(dòng)

15、波

空間內(nèi)一點(diǎn)所產(chǎn)生的狀態(tài)變化，依次按某一有限速度向周?chē)鷤鞑?/p>

16、礦物與礦物學(xué)

礦物：由地質(zhì)作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在一定的物理化

學(xué)條件下相對(duì)穩(wěn)定的天然結(jié)晶態(tài)的單質(zhì)或化合物，它們是巖石和礦石的根本組成單位。

礦物學(xué)：是一門(mén)研究地球及其他天體的物質(zhì)組成及演化規(guī)律的地質(zhì)根底學(xué)科，是研究礦物（包

括準(zhǔn)礦物）的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性質(zhì)、成因、產(chǎn)狀、用途及其相互間的內(nèi)在聯(lián)系，以及礦

物的時(shí)空分布規(guī)律及其形成和變化的歷史的科學(xué)

17、衰減

巖石往往不是完全彈性的，這樣，當(dāng)波在巖石中傳播時(shí)，會(huì)有一局部機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱

能

18、地應(yīng)力

地應(yīng)力是存在于地殼中的未受工程擾動(dòng)的天然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力

二、問(wèn)答與作圖計(jì)算類(lèi)

1、判斷玻璃、石鹽、石油、瀝青、人造金剛石、人造水晶、自然汞、煤、石墨等哪些為礦

物？

礦物：由地質(zhì)作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在一定的物理化

學(xué)條件下相對(duì)穩(wěn)定的天然結(jié)晶態(tài)的單質(zhì)或化合物，它們是巖石和礦石的根本組成單位。

2、陶瓷、水泥是巖石嗎？

巖石：是由一種或幾種造巖礦物按一定構(gòu)造或結(jié)構(gòu)組成的天然固態(tài)集合體

3、巖石具有哪些特點(diǎn)？

⑴是地球內(nèi)力或外力作用甚至天體作用（隕石）的天然產(chǎn)物，人工合成的陶瓷、磚瓦、水泥、

煉鋼爐渣不是巖石。

⑵可以由一種礦物組成，如石英巖、灰?guī)r，也可以由多種礦物組成，如花崗巖、輝長(zhǎng)巖。

⑶是具有一定形狀的固態(tài)集合體，天然產(chǎn)出的石油、天然氣不屬于巖石的范疇。

⑷主要分布在巖石圈中。

火成巖〔巖漿巖〕：由地殼與上地幔的巖漿侵入到地下或噴出地表冷凝形成，如花崗巖、玄

武巖。

沉積巖：由地表風(fēng)化產(chǎn)物、生物遺體、火山碎屑等經(jīng)搬運(yùn)、沉積、成巖形成，如砂巖、灰?guī)r。

變質(zhì)巖：由巖漿巖、沉積巖等經(jīng)變質(zhì)作用形成。

4、沉積巖、火成巖、變質(zhì)巖分別占地殼巖石的多少百分比？

火成巖占地殼巖石64.7%

變質(zhì)巖占地殼巖石27.4%

5、火成巖有幾種類(lèi)型，二者核心差異是什么，分別解釋之？

噴出巖和侵入巖噴出巖是巖漿噴出地表冷凝形成侵入巖是巖漿侵入到地下冷凝形

成

6、巖石有哪些根本物理性質(zhì)？

物理性質(zhì)參數(shù)

質(zhì)量指標(biāo)容重、密度、比重

孔隙性孔隙率、孔隙比

水理性質(zhì)含水率、吸水率、飽水率、滲透性

抗風(fēng)化指標(biāo)膨脹性、崩解性、軟化性、抗凍性

7、巖石物理學(xué)研究的上限尺度？

地球的運(yùn)動(dòng)，使得整塊的巖石發(fā)生破裂，其中出現(xiàn)許多斷層、解理和劈理等間斷面，這些大

小不一的間斷面和巖石就構(gòu)成了巖體，巖體的性質(zhì)很大程度上都要受間斷面的影響，巖體中

間斷面的存在，提供了巖石測(cè)量的上限尺度

8、巖石物理學(xué)研究包含哪三個(gè)方向，具體說(shuō)明？

〔1〕正問(wèn)題：如果知道〔1〕各構(gòu)成成分的體積含量，〔2〕各構(gòu)成成分的彈性模量，〔3〕

各構(gòu)成成分如何相互組合在一起的細(xì)節(jié)，求取巖石的等效彈性模量。這是一個(gè)由微觀□宏

觀、由局部□整體的推演過(guò)程。

〔2〕反問(wèn)題：如果知道地層或巖石的等效彈性模量〔觀測(cè)數(shù)據(jù)〕，如何求取〔1〕各構(gòu)成

成分的體積含量，〔2〕各構(gòu)成成分的彈性模量，〔3〕各構(gòu)成成分如何相互組合在一起的

細(xì)節(jié)，這是一個(gè)由宏觀匚微觀、由整體口局部的反演過(guò)程。

〔3〕巖礦特性的改造：如果知道地層或巖石的等效彈性模量〔觀測(cè)數(shù)據(jù)〕、地質(zhì)環(huán)境，如

何人為改造巖礦特性，從而改變巖體與地層的地質(zhì)特性，這是巖石物理學(xué)重要的應(yīng)用方向，

具有十分重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

9、作圖說(shuō)明時(shí)空多尺度性是巖石物理學(xué)研究的最大困難？怎樣才能把實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小尺度測(cè)量

結(jié)果外推應(yīng)用到大尺度的自然界？

唯象分析法首先將無(wú)序的、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的巖石等效〔模型化〕為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的介質(zhì)〔模

型〕，然后利用宏觀物理定律進(jìn)行分析和計(jì)算

10、為什么巖石力學(xué)與彈性力學(xué)規(guī)定的正應(yīng)力相反？應(yīng)力的單位？

巖石力學(xué)規(guī)定壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)，彈性力學(xué)相反，原因有兩點(diǎn)：一是地球介質(zhì)

所受壓力多為壓應(yīng)力；二是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等與巖石力學(xué)相關(guān)的學(xué)科已經(jīng)采用壓應(yīng)力為正

的規(guī)定。應(yīng)力單位N/m?

11、聲發(fā)射的根本原理

巖石在受外載荷作用（高差應(yīng)力下），巖石中原來(lái)存在的或新產(chǎn)生的裂紋周?chē)鷳?yīng)力集中，應(yīng)變

能較高，當(dāng)外力增加到一定大小時(shí)，在有裂紋的缺陷地區(qū)產(chǎn)生微觀缺服和變形，裂紋擴(kuò)

展，從而使得應(yīng)力弛豫，儲(chǔ)藏的一局部能量將以彈性波〔聲波〕的形式釋放出來(lái)。由于局部

聲發(fā)射信號(hào)頻率包含人耳聽(tīng)覺(jué)頻段20-20KHZ,故稱該現(xiàn)象為聲發(fā)射

12、作圖說(shuō)明聲發(fā)射信號(hào)的頻譜分布及不同專業(yè)所使用的頻譜范圍。

13、作圖說(shuō)明研究巖石力學(xué)性質(zhì)的二類(lèi)不同的聲學(xué)方法。

14、應(yīng)力定義中的二個(gè)重要概念？

第一，應(yīng)力是單位面積上的作用力：第二，應(yīng)力不僅與巖石內(nèi)部受力情況有關(guān)，而且

與切面方向n選擇有關(guān)。

15、地震學(xué)與地震勘探的假定前提是什么，寫(xiě)出具體數(shù)值？

16、“偏振”與"極化”反映物理量的什么特征？

“偏振”與"極化"皆反映某個(gè)物理量具有優(yōu)勢(shì)方向的特征。

17、“偏振”強(qiáng)調(diào)質(zhì)點(diǎn)的什么特性？

“偏振”強(qiáng)調(diào)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)特性

18、“極化”強(qiáng)調(diào)質(zhì)點(diǎn)的什么特性？

“極化”強(qiáng)調(diào)質(zhì)點(diǎn)的波動(dòng)特性。

%“偏振”的概念來(lái)自光學(xué)，不嚴(yán)格的定義：具有優(yōu)化振動(dòng)方向的振動(dòng)稱為偏振。例

如對(duì)自然光來(lái)說(shuō)，一個(gè)普通光源所發(fā)出的光（白光或單色光）是數(shù)目極多的彼此無(wú)

關(guān)的分子、原子輻射的電磁波之總和。這些大量分子、原子所發(fā)出的光波，不僅初

相位彼此無(wú)關(guān)，它們的振動(dòng)方向也是雜亂無(wú)章的。宏觀來(lái)看，入射光中包含了所有

方向的振動(dòng)。也就是說(shuō)，實(shí)際光源所發(fā)出的光振動(dòng)必然是在垂直于光傳播方向的平

面內(nèi)取各種可能的方向，沒(méi)有一個(gè)方向比其它方向更占優(yōu)勢(shì)；并且各方向光振動(dòng)的

振幅的平均值完全相等。具有這種特點(diǎn)的光叫自然光。顯然自然光的光振動(dòng)具有對(duì)

稱而又均勻分布的特性。不具有自然光這種特性的光叫做偏振光，也就是具有優(yōu)勢(shì)

振動(dòng)方向的光。例如電磁波。

%"極化”這個(gè)詞來(lái)自電磁介質(zhì)研究。從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的電氣性能特性，可以將電介

質(zhì)分為極性電介質(zhì)與非極性電介質(zhì)二大類(lèi)。在沒(méi)有外電場(chǎng)作用時(shí)，其正電荷的作用

中心和負(fù)電荷的作用中心互相重合的分子，稱為非極性分子。由非極性分子構(gòu)成的

電介質(zhì)稱為非極性電介質(zhì)。在沒(méi)有外電場(chǎng)作用時(shí)，其正、負(fù)電荷的作用中心就已經(jīng)

不相重合而形成一個(gè)電耦極子的分子，稱為極性分子。由極性分子構(gòu)成的電介質(zhì)稱

為極性電介質(zhì)。所有碳?xì)浠衔锒际欠菢O性物質(zhì)。聚乙烯、石蠟、地蠟、礦物絕緣

油等都是非極性物質(zhì)。碳?xì)浠衔镏械臍湓訛辂u族元素或某些基因（NH2,N02,

0H）取代后，就成為極性化合物。有機(jī)材料如聚氯乙烯、酚醛樹(shù)脂等為極性介質(zhì)。原

系中性的介質(zhì)被引入電場(chǎng)后，要經(jīng)受極化。極化后，在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生沿電場(chǎng)方向的

電偶極矩，同時(shí)在介質(zhì)外表有（本質(zhì)上屬于束縛電荷）極化電荷出現(xiàn)。非極性介質(zhì)

的極化，是由于在電場(chǎng)作用下，正負(fù)電荷的作用中心發(fā)生相對(duì)位移，從而形成誘生

偶極子的結(jié)果。極性介質(zhì)的極化，那么是由于它的每一個(gè)分子電偶極矩在外電場(chǎng)的

作用下，受到向電場(chǎng)方向的力矩。

19、依留辛條件？

1du3M-

線性化的應(yīng)變-位移關(guān)系：/=上(生+—)i,j=l,2,3

J2叫dA

上式適用的范圍是位移梯度必須小于10＜到10工這就是依留申條件。

20、試討論應(yīng)變與位移的關(guān)系。

三維形變中:NQ,t)=2%(L,t)dLjdLji,j=l,2,3

,.1,du：du；dudu、

kki.j,k=l,2,3

八2dLjdLjdL；dL)

由張量定義知，上式所反映的量是二階張量的元素，所以，應(yīng)變是一個(gè)張量，應(yīng)變張量的

矩陣形式就是位移梯度矩陣。

21、寫(xiě)出位移梯度矩陣表達(dá)的位移場(chǎng)矩陣方程；

22、寫(xiě)出三維平衡方程組。

23、物理問(wèn)題的一般表達(dá)式。

24、寫(xiě)出線性條件下，用應(yīng)變表示的本構(gòu)方程。

25、寫(xiě)出各向同性介質(zhì)的剛度矩陣。

26、討論巖石典型的單向應(yīng)力(壓縮)下的本構(gòu)關(guān)系曲線。

27、相似性問(wèn)題

(1)相似性有幾種？

幾何相似或空間相似物理相似時(shí)間相似廣義相似

(2)解釋物理相似性

在進(jìn)行著物理過(guò)程的兩個(gè)系統(tǒng)中，假設(shè)兩個(gè)系統(tǒng)的幾何相似〔包括形狀相似、路徑相似〕，

且各個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)或?qū)?yīng)段的各個(gè)物理量也互成常數(shù)比例，那么這種現(xiàn)象成為物理相似。

⑶解釋時(shí)間相似性

所謂時(shí)間相似，就是指在兩個(gè)幾何相似的系統(tǒng)中，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)或?qū)?yīng)局部沿著相似的路徑運(yùn)動(dòng)，

而且在成一定比例關(guān)系的時(shí)間間隔內(nèi)，所通過(guò)的幾何路徑相同。這里的時(shí)間間隔比例，也等

于同一數(shù)值。

(4)求相似系數(shù)分幾個(gè)步驟

1.相似現(xiàn)象，抓住描寫(xiě)現(xiàn)象的物理規(guī)律，并寫(xiě)出微分方程式：

2.相似條件，建立能夠反映這些條件的相似關(guān)系式：

3.似關(guān)系式代入微分方程式，進(jìn)行相似變換，可以得出相似指標(biāo)式；4.將相似關(guān)系式再帶入

相似指標(biāo)式，從而獲得相似系數(shù)

(5)地震勘探、重力勘探、電法勘探、磁法勘探、地?zé)峥碧降谋举|(zhì)？

地質(zhì)體與圍巖之間的物差異

28、巖石彈性概念問(wèn)題。

(1)根據(jù)彈性常數(shù)關(guān)系表推導(dǎo)體積模量、楊氏模量

(2)至少舉兩個(gè)例子對(duì)泊松比的特例開(kāi)展討論

(3)根據(jù)主要造巖礦物彈性參數(shù)表與幾種主要巖石彈性參數(shù)表，說(shuō)明為什么礦物的彈性參

數(shù)大于巖石的彈性參數(shù)

礦物的彈性常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于巖石的彈性常數(shù)。造成這種現(xiàn)象的原因是巖石中存在許多孔隙。

(4)為什么說(shuō)，巖石的動(dòng)態(tài)彈性模量普遍大于靜態(tài)彈性模量？

動(dòng)彈性模量普遍大于靜彈性模量：

1.法采用的最大應(yīng)力大局部在，少數(shù)那么更大，變形量常以M計(jì)，而動(dòng)力法的作用應(yīng)力那

么約為10-4MPa量級(jí)，引起的變形量微小。因此靜力法必然會(huì)測(cè)得較大