岩石物理性质.docx

岩石物理性质地球物理勘探中所涉及的各类岩石和矿物的物理性质岩石的密 度、弹性波传播速度、磁化率、电阻率、热导率、放射性等,是形成 各种地球物理场的基础（表 1）磁性 常用的岩石磁性参数是磁化率、磁化强度、剩余磁化强 度矢量，以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值 Q矿物按其磁性的不同可分为3类：① 反磁性矿物，如石英、磷灰石、闪锌矿、方铅矿等磁化率为 恒量，负值，且较小② 顺磁性矿物，大多数纯净矿物都属于此类磁化率为恒量，正 值，也比较小③ 铁磁性矿物， 如磁铁矿等含铁、钴、镍元素的矿物磁化率不 是恒量，为正值，且相当大也可认为这是顺磁性矿物中的一种特殊 类型岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质 作用过程的影响一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性 岩浆岩的磁性最强；变质岩次之；沉积岩最弱① 岩浆岩的磁性取决于岩石中铁磁性矿物的含量结构构造相同 的岩石，铁磁性矿物含量愈高，磁化率值愈大铁磁性侵入岩的天然 剩余磁化强度，按酸性、中性、基性、超基性的顺序逐渐变大铁磁 性侵入岩的特点是Q值一般小于1由接触交代作用而形成的岩石,Q 值可达1~3,甚至更大② 沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的含量决定的。

分布最广 的沉积岩造岩矿物，如石英、方解石、长石、石膏等，为反磁性或弱 顺磁性矿物菱铁矿、钛铁矿、黑云母等矿物之纯净者是顺磁性矿物； 含铁磁性矿物杂质者具有强顺磁性沉积岩的磁化率和天然剩余磁化 强度值都比较小③ 变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的原岩为沉积 岩的变质岩，磁性一般比较弱；原岩为岩浆岩的变质岩在变质作用相 同时，其磁性一般比原岩为沉积岩的变质岩强大理岩和结晶灰岩为 反磁性变质岩岩石变质后，磁性也发生变化蛇纹石化的岩石磁性 比原岩强；云英岩化、粘土化、绢云母化和绿泥石化的岩石，磁性比 原岩减弱岩石磁性的各向异性是岩石的层状结构造成的磁化率高，变质 程度深的岩石，磁各向异性很明显褶皱区沉积岩的磁各向异性一般 要比地台区的大岩石的天然剩余磁化强度矢量是在岩石形成过程中，按当时当地 的地磁场方向“冻结”下来的这个矢量的指极性与现代地磁场方向 一致的称为正极性岩石的年代愈古老，它的剩余磁化强度矢量的成 分愈复杂岩石剩余磁性由各种天然磁化过程形成岩石在磁场中从 居里点以上温度冷却时获得的剩余磁性称为热剩余磁性；岩石中的铁 磁性物质在磁场中由于磁粘滞性而获得的剩余磁性称粘滞剩余磁性； 沉积岩中的微小磁性颗粒在沉积过程中受磁场作用采取定向排列因 而获得的剩余磁性称为沉积剩余磁性；沉积物中的铁矿物沉积后，在 磁场中经化学变化而获得的剩余磁性称化学剩余磁性；还有等温剩余 磁性是常温下磁性物质在磁场中获得的剩余磁性（见岩石磁性）。

岩 石的剩余磁性是古地磁学赖以建立的基础岩石和矿物的磁性与温度、压力有关系顺磁性矿物的磁化率与 温度的关系遵循居里定律铁磁性矿物的居里温度一般为 300 700°C，其磁化率一般随温度升高而增大（可达50%），至居里温度 附近则迅速下降铁磁性矿物的磁化率与温度的关系有两种类型：一 为可逆型，即在矿物加热和冷却过程中温度相同时磁化率值相同，如 纯磁铁矿、钛铁矿另一种为不可逆型，即矿物加热和冷却过程中温 度相同时磁化率值不同，如对升温不稳定的铁磁性矿物岩石加热时， 磁化率也逐步升高，至200〜400C迅速下降岩石的磁化率和磁化 强度值都随压力的增大而减小密度和孔隙度 矿物的密度是由构成该矿物各元素的原子量和 矿物的分子结构决定的大多数造岩矿物如长石、石英、辉石等具有 离子型或共价型结晶键密度为 2.2〜3.5 克／厘米（3 极少数达 4.5 克 ／厘米 3）结晶键为离子-金属型或共价-金属型的矿物，如铬铁矿、 黄铁矿、磁铁矿等密度较大,为 3.5〜7.5 克／厘米 3天然金属的密 度最大石油的密度是由其成分决定的年代老的石油一般有较小的密 度地层水的密度决定于水中溶解的物质岩石的密度取决于它的矿物组成、结构构造、孔隙度和它所处的 外部条件。

影响岩浆岩的因素对于侵入岩和喷出岩来说是不同的侵入岩的 孔隙度很小，其密度主要由化学成分决定从酸性到超基性，随着二 氧化硅含量的减少和铁镁氧化物含量的增加,侵入岩的密度逐渐增 大在金属矿区,岩石中金属矿物的含量增高，岩石的密度就增大 矿区花岗岩的密度有的就高达 2.7 克／厘米 3以上随着从酸性到超 基性的过渡,由于硅铝含量减小，铁镁含量增大,喷出岩的密度也逐渐 增大但喷出岩的孔隙度比侵入岩大，其密度也就比相应的侵入岩的 密度小沉积岩的密度是由组成沉积岩的矿物密度、孔隙度和填充孔隙气 体和液体的密度决定的沉积岩的孔隙度变化较大，一般为2〜35%, 也有高达 50％以上的石灰岩、白云岩、石膏等的孔隙度较小沉 积岩在压力作用下孔隙度变小，其密度常随埋深和成岩作用的加深而 增大变质岩的密度主要决定于其矿物组成变质岩的孔隙度很小，一 般为 0.1〜3%, 很少有达5%的岩石变质后密度的变化取决于变质 作用的性质在区域变质性质中，绿片岩相岩石的密度一般比原岩小， 其他深变质相岩石的密度比原岩大在动力变质中，如构造应力较小， 则变质岩的密度小于原岩；如果应力较大因而引起再结晶时，则变质 岩的密度等于或大于原岩。

孔隙度较大的岩石即使矿物成分相同，由于其孔隙中所含物质的 成分不同，密度可以相差较大潜水面下水饱和的岩石密度就比干燥 的岩石密度大岩石风化后密度变小岩石的密度一般是随压力的增 大而增大侵入岩在压力作用下密度变化最大的是花岗岩，超基性岩 最小当压力为20X 108帕时，花岗岩的密度变化为2〜5%,辉长岩 为 2〜3%，超基性岩小于2%弹性波传播速度纵波和横波在岩石和矿物中传播的速度v和vPS 是地球物理勘探中常用的两个参数天然金属如金的波速最低，v为2.00公里/秒,v为1.18公里PS/秒；硅铝矿物和无铁氧化矿物如黄玉、尖晶石、刚玉的v约为9〜P11公里/秒；金刚石中v达18.3公里/秒大多数造岩矿物的v PP为 5.50〜7.50 公里/秒矿物中波的传播速度与矿物的密度有关，对于主要造岩矿物，如 长石、石英等，波速一般随密度的增加而升高；对于金属矿物和天然 金属，波速一般随密度的增加而下降云母、石墨等矿物弹性波速度的各向异性非常显著酸性岩石的造岩矿物如正长石、石英等，V —般为5.70〜6.25公里/秒；其暗P色矿物如黑云母中的波速较低基性岩石的造岩矿物如角闪石、辉石，V 大于 7.0 公里/秒。

超基性岩中的造岩矿物例如橄榄石， V 达 8.0PP 公里/秒以上石油的超声波速度随密度和压力的增大而增大，随温 度的升高而减小地层水的 V 随压力和矿化度的升高而增大；它也随 P温度的升高而增大，但当温度超过80〜100°C以后又随温度升高而减小岩石中的波速取决于其矿物成分和孔隙充填物的弹性岩浆岩和变质岩的弹性波速度与岩石密度的关系接近于线性关系，密度越大，速度越高岩浆岩和变质岩的含水饱和度增大时， VP 变大， V 也变大,但不如 V 的变化那样显著气饱和岩石的 V 比相应S P P的水饱和岩石的 V 小片麻岩等片理发育的岩石，沿片理面测量的波P速大于垂直片理面测量的波速，有时相差一倍以上沉积岩中的弹性波速度受孔隙度的影响很大，变化范围很宽地面疏松土壤和黄土的 V 最小，砂岩、页岩次之，碳酸盐类岩石的 VPP最大孔隙为油、水所饱和的岩石的波速比干燥岩石的波速大同一 类沉积岩，年龄较老或埋深较大的，其波速也较大压力增大时，岩石中的波速增大电性 地球物理勘探中常用的岩石电性参数有电导率或电阻率Q，电容率£和极化率〃在外电场恒定时，岩石和矿物的电导率O —般为常数，其倒数 即为电阻率Q外电场为交变场时，电导率为频率的函数。

在高频时， 由于位移电流比较明显，在低频和超低频时，由于某些岩石和矿石的 激发极化电流比较明显，使场与电流之间出现相位差，此时的电导率 用复数表示，而电阻率不再为电导率的倒数大多数岩石和矿石的电 导率在欧姆定律关系式中是一常系数这类岩石和矿石称为欧姆导 体在一些各向异性的晶体和等离子体中，外电场和电流的方向不一 致，此时物体的导电特性不能用欧姆定律来描述这类物体称为非欧 姆导体，它们的电导率为一张量电法勘探中所用的电导率，一般是 指定场或低频时不包含激发极化作用而测定的标量值，习惯上常使用 其倒数电阻率这个量按导电特性不同，矿物可分为导体、半导体和介电体一些金属（如自然金、自然铜等）和石墨等属于导体（° ~10-6~10-5欧姆•米） 多数金属硫化物和金属氧化物属于半导体（P ~10-6〜106欧姆•米） 绝大多数造岩矿物（石英、长石、 云母等）属于介电体（° >106欧 姆•米）不同岩石和矿石的矿物组成、结构构造、孔隙液含量和 液体的性质都不相同，因此它们的电阻率值常相差很大，有时可以相 差 20 个数量级同类岩石的电阻率值也常因孔隙液含量和液体含盐 浓度的增加或减小而明显降低或升高。

这种变动能达 2~4 个数量级岩石和矿石的电阻率值随温度和压力的变化规律与矿物组分和 结构构造有关电阻率一般随温度升高而下降；随压力的变化趋势常 因岩石种类而异拉长形矿物呈定向排列的岩石、矿石和层状岩层， 其电阻率值常显现各向异性电流平行于矿物的拉长方向或岩层的层 面时所测定的电阻率值Q ,常小于电流垂直于矿物的拉长方向或岩 t层层面时所测定的电阻率值Q定义电阻率各向异性系数入n二冈- 几种岩石的入值见表2岩石和矿物的电容率£即为介电常数在实用中为了方便，常采 用无量纲参数相对电容率k （=£ /£ ）, £为真空中电容率电容率 00或相对电容率都是频率的函数在交变电场中，介质的电容率是复数 在各向异性的介质中，电容率是张量面极化系数和极化率是激发极化法（见电法勘探）所用的两个电 性参数当电流流过岩石或矿体中的两相（孔隙溶液和导体）界面或 通过岩石中含有溶液的宽度不同的孔隙时，将产生电极极化或薄膜极 化等电化学作用，使两相界面附近，随着充电时间增长逐渐积累新的 电荷,产生超电压并渐趋饱和这样形成的电场分布,称为激发极化 场该场在外电源断掉后，逐渐衰减为零这个现象称为岩石或矿体 的激发极化效应。

反映致密块状矿体与液体的界面上激发极化效应的 参数为面极化系数，它由下式定义：式中△ V为超电压，V和V分别为界面矿体一侧和含液体的围岩21一侧的电位，n为矿体的外法线方向，比例系数卩称为面极化系数， 单位为米或厘米附图所示为石墨样品在不同电流密度 j 的外电流激0发下，在通电时和断电后阳极和阴极的超电压随时间变化的特征曲 线实线和虚线分别代表石墨的阳极和阴极当j的数值不大时,△ V 0随j作线性变化,此时的面极化系数卩为常数当j较大时，△ V与00j 之间将出现非线性关系, 面极化系数不再为常数, 而且某些物体的0阴极极化和阳极极化的面极化系数可能出现明显的差异对于不同导 体，这种差异的特点不同在浸染型金属矿石或矿化岩石中，金属矿物颗粒散布在整个体积 中，每个金属颗粒都能发生激发极化效应因而在外电场作用下，激 发极化效应遍布整个矿体或矿化体这种作用称为体积极化反映体 积极化作用强弱的无量纲参数是极化率〃:设E为没有激发极化效应 时外加于矿体或岩石的一次电场， E 为矿体或岩石在一次电场作用下2产生的激发极化场，则有n二【e/（e+e）】X100%，极化率也有类2 1 2似于面极化系数的时间特性和非线性效应，但极化率。