1.巖石的組成（礦物顆粒與膠結物）
2.巖石三大類（火成巖、變質巖、沉積巖）
3.沉積巖類型（碎屑沉積巖、化學沉積巖）
4.沉積巖的特點（結構特點、構造特點）
5.巖石各向異性的概念
6.巖石的力學性質（受力表現出來的變形特性和強度特性）。
7.巖石的強度（抗拉強度＜抗彎強度≤抗剪強度＜抗壓強度）
8.巖石在三軸應力條件下的強度與變形特性
*巖石在三軸應力條件下的強度明顯增加。隨著圍壓的增大，巖石強度增大。
*隨著圍壓的增大，巖石由脆性向塑性轉變，且圍壓越大，巖石破壞前呈現的也塑性越大
9.有效應力與各向壓縮效應的概念；
10.巖石硬度和塑性系數的概念、計算
11.巖石硬度和塑性分級（硬度：6類，12級，塑性3類，6級）
12.巖石的可鉆性和研磨性

 

一、巖石的類型及結構特點

1.巖石的組成, 巖石是礦物顆粒的集合體，顆粒之間或者靠直接接觸面上的作用力聯結，或者由外來的膠結物膠結。大多數巖石由兩種以上的礦物成分組成。礦物是具有固定的化學成分和確定的物理性質的天然無機化合物。除了硫、碳的礦物及少數金屬外，絕大多數礦物是由兩種以上元素組成的化合物。主要造巖礦物一覽表。

 

2. 巖石的類型,巖石可分為三大類：火成巖（巖漿巖）—由巖漿（硅酸鹽）容體冷凝而成。如花崗巖、玄武巖、橄欖巖、安山巖等。

 

 

 

變質巖—火成巖和沉積巖等由于高溫高壓作用或外來物質的加入，改變了原來的成分、結構，變成新的巖石。如:花崗巖→片麻巖，

 

 

 

沉積巖—母巖風化后的產物經過搬運、沉積和成巖作用而形成的巖石。如泥巖、砂巖、石灰巖、白云巖、石膏、巖鹽。

 

沉積巖類型

(1)碎屑沉積巖,母巖風化后的物質經機械沉積作用后形成的巖石。碎屑顆粒（巖石碎屑、礦物碎屑）由膠結物（泥質、鐵質、鈣質、硅質）膠結在一起。
礫巖：顆粒大于1mm。主要是火成巖、變質巖碎屑，碎屑間由膠結物充填。
砂巖：顆粒0.1~1mm。石英、長石、輝石、角閃石、云母等礦物顆粒+膠結物
粉砂巖：介于砂巖和泥巖之間的一類巖石，顆粒尺寸0.1~0.01mm。泥巖：顆粒小于0.01mm。主要成分為粘土礦物，并含有部分碎屑物質（石英、長石、云母等）。

(2) 化學沉積巖（結晶沉積）母巖風化后的溶解物質經化學沉積作用后形成晶質巖石。 碳酸鹽巖—石灰巖，主要成分為石灰石（CaCO3）
白云巖，主要成分為白云石（MgCa(CO3)2）
硫酸鹽巖—石膏（CaSO4） 
巖鹽—石鹽（NaCl）在沉積巖中：泥巖—60%，砂巖—30%，碳酸鹽巖居第三位。

3. 沉積巖的特點

（1）結構特點,結構指巖石的微觀組織特征，包括礦物成分、顆粒大小、形狀及排列方式、顆粒間的聯結情況等。
特點：礦物成分不確定、顆粒大小不等、顆粒形狀多樣、顆粒分布不均勻、膠結強度有強有弱。

（2）構造特點,構造指巖石的宏觀組織特征，是指巖石組分的空間分布及其相互間的位置關系。如層理、頁理、節理（裂隙）、孔隙度等。
層理—巖石一層層迭起來的現象。
傾斜的層狀結構是沉積巖的主要構造特征。形成層理的原因：
①粒大小在縱向上的變化
②巖石成分在縱向剖面上的變化
③某些礦物顆粒的定向排列

 

(3）各向異性和非均質性

各向異性：如果物體的某一性質隨方向的不同而不同，則稱物體具有各向異性。
1,巖石一般具有各向異性的性質。如在垂直于和平行于層理面的方向上，巖石的力學性質（彈性、強度等）有較大的差異。
2,巖石的各向異性性質是由巖石的構造特點所決定的。
3,結晶礦物顆粒的定向排列、層理、片理、節理等使得巖石具有各向異性的特點。
不均質性如果物體中不同部分的物理、化學性質不同，稱該物體是不均質的。
1,巖石一般為非均質體。這是由巖石成分、顆粒大小、顆粒間的聯結強度、孔隙度（密度）的不均勻性所造成的。
2,測定巖石的力學性質時，不同部位的實驗結果常存在很大的差異。因此，應采用統計學理論，取合適的均值作為代表。

1.幾個概念

巖石的力學性質—石受力后表現出來的變形特性和強度特性。
彈性——巖石在外力作用下產生變形，外力撤除后變形隨之消失，恢復到原來的形狀和體積的性質稱為彈性。相應的變形稱為彈性變形。
塑性——巖石在外力作用下產生變形，外力撤除后變形不能完全恢復的性質。相應的殘余變形稱為塑性變形。
脆性——巖石在外力作用下變形量很小（小于3%）時就發生破壞的性質。相應的破壞稱為脆性破壞。
強度——巖石在外力作用下發生破壞時的最大應力。
抗拉強度—巖石單純受拉伸應力作用時的強度。
抗壓強度—巖石單純受壓縮應力力作用時的強度。
抗剪強度—巖石單純受剪切應力作用時的強度
抗彎強度—巖石單純受彎曲應力作用時的強度。

2. 簡單應力條件下巖石的力學性質

簡單應力條件：巖石受單一外載（壓、拉、剪、彎）作用。
（1）試驗方法

 

 

 

（2）一般規律：

①在簡單應力條件下，大部分巖石都接近彈性脆性體，巖石的破壞表現為脆性破壞。
②巖石的彈性模量與所加載荷大小及應變種類有關。當載荷較小時，彈性模量接近常數，且各種應變情況下的彈性模量相差不大。當載荷較大時，在受壓縮的情況下，彈性模量將隨載荷的增大而增大；在受拉伸的情況，彈性模量則隨載荷的增大而減小。
③在動外力（如聲波）作用下，大多數巖石服從直線虎克定律。
④一般情況下抗拉強度＜抗彎強度≤抗剪強度＜抗壓強度。
⑤垂直于地層層面方向的巖石強度＞平行于地層層面方向的巖石強度。

3. 復雜應力條件下巖石的力學性質

(1) 三軸巖石試驗

 

 

（2）一般規律

巖石在三軸應力條件下的強度明顯增加。隨著圍壓的增大，巖石強度增大。
隨著圍壓的增大，巖石由脆性向塑性轉變，且圍壓越大，巖石破壞前呈現的也塑性越大。
巖石從脆性向塑性轉變的壓力（圍壓）稱為臨界壓力。不同的巖石，臨界壓力不同。
在各向均勻壓縮狀態下，巖石永遠不會破壞。

 

4.巖石的硬度和塑性系數

a 硬度的概念:巖石抵抗其它物體表面壓入的能力。石油工業中的巖石硬度是壓入硬度，也稱為史氏硬度，是由前蘇聯史立涅爾提出的。
b 硬度與抗壓強度區別：硬度是巖石表面的局部抵抗外力壓入的能力，抗壓強度則是巖石整體抗壓的能力。
c 塑性系數:表征巖石塑性和脆性大小的參數。

 

1.巖石結構

（1）對晶質巖石，由硬度較高的礦物組成的巖石，其硬度也較高。如玄武巖（斜長石、輝石，6）＞白云巖（4）＞石灰巖（3）。
（2）砂巖的強度隨著石英（7）含量的增加而增大;硅質膠結＞鈣質＞鐵質＞泥質。
（3）同種巖石孔隙度增大，密度降低，強度降低。因此，巖石的強度一般隨埋藏深度的增加而增大

 

 

2. 井底各種壓力

（1）有效應力（外壓與內壓之差）越大，巖石強度越大，塑性越大。（各向壓縮效應）。
（2）井內液柱壓力與孔隙壓力之差越大，巖石強度越大，塑性越大。

3. 載荷性質的影響

巖石對動載的抗力要比靜載大得多。隨著沖擊速度增大，硬度增大，塑性系數減小。但在沖擊速度小于10米/秒時，巖石硬度和塑性系數變化不大，接近于靜載時的數值。
在10000米深度范圍內：
強度：巖鹽＜泥頁巖＜石灰巖＜石膏＜白云巖；砂巖強度取決于膠結物及膠結程度。
塑性：巖鹽＞石灰巖＞泥頁巖＞石膏＞白云巖＞石英巖

1. 巖石可鉆性(RockDrillability）

（1）概念:巖石可鉆性可理解為巖石破碎的難易性，它反映了是巖石抵抗鉆頭破碎的能力。
（2）評價方法在鉆壓889.7N（200磅）、轉速55r/min的固定條件下，用直徑31.75mm（1-1/4in）的微型鉆頭在巖心上鉆孔，以鉆進2.4mm孔深所需要的時間td,作為巖石可鉆性指標，由此把巖石分為易鉆的和難鉆的。為應用方便，常用Kd=Log2td作為可鉆性指標，稱為可鉆性級值。
2. 巖石研磨性（RockAbrasiveness）巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力稱為巖石的研磨性。至今尚沒有統一的測定巖石研磨性的方法和分級標準。