钻井工程钻井工程地质条件—岩石.ppt

第二节岩石的工程力学性质一、岩石的类型及结构特点 岩石是矿物颗粒的集合体,颗粒之间或者靠直接接触面上的作用力联结,或者由外来的胶结物胶结。大多数岩石由两种以上的矿物成分组成。矿物是具有固定的化学成分和确定的物理性质的天然无机化合物。除了硫、碳的矿物及少数金属外,绝大多数矿物是由两种以上元素组成的化合物。 主要造岩矿物一览表(P22,表1-1)。:火成岩(岩浆岩)—由岩浆(硅酸盐)容体冷凝而成。如花岗岩、玄武岩、橄榄岩、安山岩等。变质岩—火成岩和沉积岩等由于高温高压作用或外来物质的加入,改变了原来的成分、结构,变成新的岩石。如:花岗岩→片麻岩,石灰岩→大理岩,石英砂岩→石英岩等。沉积岩—母岩风化后的产物经过搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石。如泥岩、砂岩、石灰岩、白云岩、石膏、岩盐。沉积岩类型(1)碎屑沉积岩母岩风化后的物质经机械沉积作用后形成的岩石。碎屑颗粒(岩石碎屑、矿物碎屑)由胶结物(泥质、铁质、钙质、硅质)胶结在一起。砾岩:颗粒大于1mm。主要是火成岩、变质岩碎屑,碎屑间由胶结物充填。砂岩:~1mm。石英、长石、辉石、角闪石、云母等矿物颗粒+胶结物粉砂岩:介于砂岩和泥岩之间的一类岩石,~。泥岩:。主要成分为粘土矿物,并含有部分碎屑物质(石英、长石、云母等)。巨砾:>1m;粗砾:100~1000mm;中砾:10~100mm;细砾:1~10mm粗砂:~1mm;中砂:~;细砂:~(2)化学沉积岩(结晶沉积) 母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用后形成晶质岩石。 碳酸盐岩—石灰岩,主要成分为石灰石(CaCO3)白云岩,主要成分为白云石(MgCa(CO3)2) 硫酸盐岩—石膏(CaSO4)岩盐—石盐(NaCl) 在沉积岩中:泥岩—60%,砂岩—30%,碳酸盐岩居第三位。 (1)结构特点 结构指岩石的微观组织特征,包括矿物成分、颗粒大小、形状及排列方式、颗粒间的联结情况等。 特点:矿物成分不确定、颗粒大小不等、颗粒形状多样、颗粒分布不均匀、胶结强度有强有弱。 (2)构造特点 构造指岩石的宏观组织特征,是指岩石组分的空间分布及其相互间的位置关系。如层理、页理、节理(裂隙)、孔隙度等。层理—岩石一层层迭起来的现象。倾斜的层状结构是沉积岩的主要构造特征。形成层理的原因:①颗粒大小在纵向上的变化②岩石成分在纵向剖面上的变化③某些矿物颗粒的定向排列颗粒大小变化岩石成分变化某些矿物颗粒定向排列(3)各向异性和非均质性各向异性:如果物体的某一性质随方向的不同而不同,则称物体具有各向异性。岩石一般具有各向异性的性质。如在垂直于和平行于层理面的方向上,岩石的力学性质(弹性、强度等)有较大的差异。岩石的各向异性性质是由岩石的构造特点所决定的。结晶矿物颗粒的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向异性的特点。不均质性如果物体中不同部分的物理、化学性质不同,称该物体是不均质的。岩石一般为非均质体。这是由岩石成分、颗粒大小、颗粒间的联结强度、孔隙度(密度)的不均匀性所造成的。测定岩石的力学性质时,不同部位的实验结果常存在很大的差异。因此,应采用统计学理论,取合适的均值作为代表。二、岩石的机械性质(力学性质) 岩石的力学性质—石受力后表现出来的变形特性和强度特性。 弹性——岩石在外力作用下产生变形,外力撤除后变形随之消失,恢复到原来的形状和体积的性质称为弹性。相应的变形称为弹性变形。 塑性——岩石在外力作用下产生变形,外力撤除后变形不能完全恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形。脆性——岩石在外力作用下变形量很小(小于3%)时就发生破坏的性质。相应的破坏称为脆性破坏。强度——岩石在外力作用下发生破坏时的最大应力。 抗拉强度—岩石单纯受拉伸应力作用时的强度。抗压强度—岩石单纯受压缩应力力作用时的强度。抗剪强度—岩石单纯受剪切应力作用时的强度抗弯强度—岩石单纯受弯曲应力作用时的强度。