岩石物理学——从经典到数字化

岩石物理学是地球物理学及相关专业的重要基础课程，重点阐述岩石中的流体运动及岩石变形、声学、电学、磁学、热学性质。经典的岩石物理学是在难以获得岩石内部结构的条件下，基于大量实验并结合理论推导建立起来的。近二三十年发展起来的数字岩石物理学，通过新技术获得的岩石内部精细结构，结合数值模拟技术，可以深入研究岩石的各种物理学特性，以靠前的精度提供岩石物理学新视角。本书在经典岩石物理学内容基础上，加入数字岩石物理学的概念、方法及应用，给学生提供从传统到前沿的岩石物理学知识。本书可作为高等院校相关专业岩石物理学教材，也可以作为相关科研工作者了解岩石物理学，特别是涉及数字岩石物理的参考书。

第1章 岩石及其基本特征 1
1.1 岩石的结构特征与成因 1
1.1.1 岩石的成分 1
1.1.2 岩石的分类及成因 3
1.1.3 成岩过程 6
1.1.4 岩石类型与岩石物理性质 6
1.1.5 岩石的微构造 7
1.2 岩石的特性 9
1.2.1 多样性 9
1.2.2 多变环境 9
1.2.3 时空尺度变化 10
1.3 岩石物理学 11
1.3.1 岩石物理学的内涵 11
1.3.2 岩石物理学的研究方法 12
1.3.3 岩石物理学研究意义 12
思考题 14
参考文献 14
第2章 岩石数字化技术基础 15
2.1 岩石观测技术概述 15
2.2 X射线微观层析成像技术 16
2.2.1 基本原理 16
2.2.2 不同设备 17
2.2.3 从投影图像到三维结构 19
2.3 三维CT图像处理 23
2.3.1 三维图像数据特征 23
2.3.2 图像处理流程 25
2.3.3 岩石三维结构显示 27
2.4 逾渗理论基本概念 30
2.4.1 逾渗与团簇 30
2.4.2 连通性与逾渗阈值 32
2.4.3 基于逾渗理论的CT图像分析 35
2.5 数字岩石发展与应用 37
2.5.1 发展历程 37
2.5.2 结构的表征 38
2.5.3 岩石结构与物性关系 41
思考题 41
参考文献 41
第3章 岩石中孔隙与流体运移 43
3.1 孔隙与孔隙度 43
3.1.1 孔隙结构 43
3.1.2 孔隙结构指标 44
3.1.3 孔隙度的测量 46
3.2 达西定律和渗透率 48
3.2.1 渗流假设与等效体 48
3.2.2 达西定律 49
3.2.3 渗透率 50
3.2.4 达西定律的适用范围 51
3.2.5 渗透率的测量 52
3.3 孔隙度-渗透率关系 54
3.3.1 实验结果与拟合 54
3.3.2 等效管道模型 55
3.3.3 Kozeny-Carman关系 57
3.3.4 Pittman经验公式 58
3.4 渗透率影响因素 58
3.4.1 岩性差异 58
3.4.2 压力 59
3.4.3 温度 60
3.4.4 逾渗模型 61
3.5 多相流概念 62
3.5.1 饱和度与相对渗透率 62
3.5.2 润湿性 64
3.6 基于数字岩石的孔隙流体研究 66
3.6.1 基本方法 66
3.6.2 应用实例 68
3.7 孔隙流体的影响 73
思考题 73
参考文献 74
第4章 岩石变形特征与本构 76
4.1 应变 76
4.1.1 基本概念 76
4.1.2 应变的基本分类及定义 77
4.1.3 从位移矢量到应变张量 78
4.1.4 三维应变分析 81
4.1.5 应变率 83
4.1.6 自然界中的应变与应变率 84
4.2 应力 85
4.2.1 力的定义 85
4.2.2 一点的应力状态 86
4.2.3 应力张量 86
4.2.4 应力单位与符号 89
4.2.5 主应力与应力不变量 89
4.2.6 偏应力 91
4.2.7 应力莫尔圆 91
4.3 岩石本构的基本概念 93
4.3.1 本构概念 93
4.3.2 岩石变形特征 94
4.4 一般弹性本构 95
4.4.1 广义胡克定律 96
4.4.2 主要弹性参数 97
4.4.3 应力-应变关系的简化 99
4.4.4 弹性本构在地球科学中的应用 100
4.5 塑性与屈服 102
4.5.1 典型单轴应力-应变曲线 102
4.5.2 单轴塑性本构 103
4.5.3 塑性本构在地球科学中的应用 104
4.6 黏性与流变 104
4.6.1 黏性定义与特征 105
4.6.2 岩石的黏性 106
4.6.3 非接近黏性本构 107
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