岩石物理學-從經典到數字化 劉潔 9787030769459 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
岩石物理學是地球物理學及相關專業的重要基礎課程，重點闡述岩石中的流體運動及岩石變形、聲學、電學、磁學、熱學性質。岩石物理學是在難以獲得岩石內部結構的條件下，基於大量實驗並結合理論推導建立起來的。近二三十年發展起來的數字岩石物理學，通過新技術獲得岩石內部精細結構，結合數值模擬技術，助力岩石各種物理學特性的深入研究，提供前所未有的岩石物理學研究新視角。《岩石物理學：從經典到數字化》在岩石物理學內容基礎上，加入數字岩石物理學的概念、方法及應用，給學生提供從傳統到前沿的岩石物理學知識。

精彩書評
本書基於岩石物理學的數字化革命，在介紹傳統岩石物理學基本知識的基礎上，加入數字岩石相關內容。

目錄

目錄
第1章 岩石及其基本特徵 1
1 1 岩石的結構特徵與成因 1
1 1 1 岩石的成分 1
1 1 2 岩石的分類及成因 3
1 1 3 成岩過程 6
1 1 4 岩石類型與岩石物理性質 6
1 1 5 岩石的微構造 7
1 2 岩石的特性 9
1 2 1 多樣性 9
1 2 2 多變環境 9
1 2 3 時空尺度變化 10
1 3 岩石物理學 11
1 3 1 岩石物理學的內涵 11
1 3 2 岩石物理學的研究方法 12
1 3 3 岩石物理學研究意義 12
思考題 14
參考文獻 14
第2章 岩石數字化技術基礎 15
2 1 岩石觀測技術概述 15
2 2 X射線微觀層析成像技術 16
2 2 1 基本原理 16
2 2 2 不同設備 17
2 2 3 從投影圖像到三維結構 19
2 3 三維CT圖像處理 23
2 3 1 三維圖像數據特徵 23
2 3 2 圖像處理流程 25
2 3 3 岩石三維結構顯示 27
2 4 逾滲理論基本概念 30
2 4 1 逾滲與團簇 30
2 4 2 連通性與逾滲閾值 32
2 4 3 基於逾滲理論的CT圖像分析 35
2 5 數字岩石發展與應用 37
2 5 1 發展歷程 37
2 5 2 結構的表徵 38
2 5 3 岩石結構與物性關係 41
思考題 41
參考文獻 41
第3章 岩石中孔隙與流體運移 43
3 1 孔隙與孔隙度 43
3 1 1 孔隙結構 43
3 1 2 孔隙結構指標 44
3 1 3 孔隙度的測量 46
3 2 達西定律和滲透率 48
3 2 1 滲流假設與等效體 48
3 2 2 達西定律 49
3 2 3 滲透率 50
3 2 4 達西定律的適用範圍 51
3 2 5 滲透率的測量 52
3 3 孔隙度-滲透率關係 54
3 3 1 實驗結果與擬合 54
3 3 2 等效管道模型 55
3 3 3 Kozeny-Carman關係 57
3 3 4 Pittman經驗公式 58
3 4 滲透率影響因素 58
3 4 1 岩性差異 58
3 4 2 壓力 59
3 4 3 溫度 60
3 4 4 逾滲模型 61
3 5 多相流概念 62
3 5 1 飽和度與相對滲透率 62
3 5 2 潤濕性 64
3 6 基於數字岩石的孔隙流體研究 66
3 6 1 基本方法 66
3 6 2 應用實例 68
3 7 孔隙流體的影響 73
思考題 73
參考文獻 74
第4章 岩石變形特徵與本構 76
4 1 應變 76
4 1 1 基本概念 76
4 1 2 應變的基本分類及定義 77
4 1 3 從位移矢量到應變張量 78
4 1 4 三維應變分析 81
4 1 5 應變率 83
4 1 6 自然界中的應變與應變率 84
4 2 應力 85
4 2 1 力的定義 85
4 2 2 一點的應力狀態 86
4 2 3 應力張量 86
4 2 4 應力單位與符號 89
4 2 5 主應力與應力不變數 89
4 2 6 偏應力 91
4 2 7 應力莫爾圓 91
4 3 岩石本構的基本概念 93
4 3 1 本構概念 93
4 3 2 岩石變形特徵 94
4 4 一般彈性本構 95
4 4 1 廣義胡克定律 96
4 4 2 主要彈性參數 97
4 4 3 應力-應變關係的簡化 99
4 4 4 彈性本構在地球科學中的應用 100
4 5 塑性與屈服 102
4 5 1 典型單軸應力-應變*線 102
4 5 2 單軸塑性本構 103
4 5 3 塑性本構在地球科學中的應用 104
4 6 黏性與流變 104
4 6 1 黏性定義與特徵 105
4 6 2 岩石的黏性 106
4 6 3 非完全黏性本構 107
4 6 4 黏性本構在地球科學中的應用 109
4 7 空間平均模型 109
4 7 1 沃伊特平均和羅伊斯平均 110
4 7 2 其他平均 112
4 8 孔隙彈性 113
4 8 1 孔隙介質壓縮性 113
4 8 2 含水孔隙介質壓縮性 118
4 8 3 有效應力定律 120
4 9 基於數字岩石的本構分析 121
4 9 1 基本方法 121
4 9 2 應用實例 124
思考題 127
參考文獻 128
第5章 岩石的破裂和摩擦 130
5 1 破裂類型及過程 130
5 1 1 岩石破壞的類型 130
5 1 2 岩石破裂過程及觀測 132
5 2 岩石破裂的力學分析 139
5 2 1 庫侖準則 139
5 2 2 其他破裂準則 142
5 2 3 圓孔應力集中及應用 143
5 2 4 斷裂力學概念 146
5 2 5 損傷力學概念 148
5 3 岩石強度及影響因素 150
5 3 1 岩石強度與實驗測試 150
5 3 2 岩石強度的影響因素 153
5 4 岩石的摩擦滑動 156
5 4 1 摩擦理論基礎 156
5 4 2 拜爾里定律 159
5 4 3 岩石摩擦實驗 161
5 4 4 影響岩石摩擦的因素 163
5 4 5 失穩準則與粘滑 165
5 5 地應力與岩石受力狀態 169
5 5 1 自重應力與構造應力 169
5 5 2 地應力測量 171
5 5 3 岩石圈強度極限範圍 176
5 6 基於數字岩石的破裂和摩擦研究 183
5 6 1 基本方法 183
5 6 2 應用實例 184
思考題 188
參考文獻 188
第6章 岩石中波的傳播 190
6 1 岩石中的波 190
6 1 1 岩石中體波的類型和特點 190
6 1 2 波在介質分界面上的反射、透射和折射 191
6 1 3 有界介質中的波及岩石波速測量 193
6 2 岩石中波速特徵及影響因素 195
6 2 1 不同岩性岩石的波速 195
6 2 2 波速與密度和礦物成分的關係 196
6 2 3 波速與孔隙度及飽和度關係 197
6 2 4 波速與溫度、壓力的關係 199
6 2 5 波速比 201
6 3 岩石中波的衰減 201
6 3 1 損耗比 202
6 3 2 品質因子 202
6 3 3 衰減係數 203
6 3 4 吸收衰減特性表徵參數之間的關係 205
6 3 5 影響聲波（地震波）吸收衰減的因素 205
6 4 岩石波速的平均模型 208
6 4 1 岩石中不同成分的波速 209
6 4 2 空間平均模型 209
6 4 3 時間平均模型 209
6 4 4 裂紋模型 210
6 4 5 球堆模型 211
6 4 6 孔隙流體流量模型 211
6 5 基於數字岩石的地震波特徵研究 212
6 5 1 基本方法 212
6 5 2 應用實例 214
思考題 215
參考文獻 215
第7章 岩石的其他性質 217
7 1 岩石的熱學性質 217
7 1 1 熱傳導方程 217
7 1 2 岩石中的熱源 218
7 1 3 岩石的熱導率、比熱和熱膨脹係數 219
7 1 4 岩石熱導率和比熱的影響因素 222
7 2 岩石的磁性 226
7 2 1 物質的磁性 226
7 2 2 礦物的磁性 229
7 2 3 岩石的磁性 230
7 3 岩石的電學性質 233
7 3 1 岩石電阻率的影響因素 233
7 3 2 礦物岩石電阻率變化範圍 236
7 3 3 沉積岩電阻率的各向異性 237
7 4 基於數字岩石的電、熱特徵研究 239
7 4 1 基本方法 239
7 4 2 應用實例 240
思考題 245
參考文獻 246
第8章 岩石物理實驗方法與設備 248
8 1 岩石孔隙表徵 248
8 1 1 壓汞法實驗原理 248
8 1 2 壓汞實驗設備及步驟 251
8 2 滲透率測量方法 253
8 2 1 穩態法 253
8 2 2 脈衝法（瞬態法） 255
8 2 3 周期載入法 256
8 2 4 氣體滑脫效應及校正 256
8 3 單軸壓縮實驗 257
8 3 1 樣品應力-應變的測量 257
8 3 2 單軸抗拉強度的測量 258
8 3 3 單軸抗壓強度 259
8 3 4 有側限單軸壓縮實驗 260
8 4 三軸壓縮實驗 261
8 4 1 常規三軸實驗 262
8 4 2 真三軸實驗 263
8 5 摩擦實驗 264
8 5 1 常規直剪實驗 265
8 5 2 圍壓剪切實驗 265
8 5 3 雙剪切實驗 267
8 5 4 環剪實驗 267
8 6 聲發射技術 268
8 6 1 岩石波速與動態彈性常數測量 268
8 6 2 被動聲發射探測 270
8 6 3 聲發射成像 272
參考文獻 274
彩圖

精彩書摘
第1章 岩石及其基本特徵
地球科學的研究對象就是我們賴以生存的地球。地球表面鬆軟沉積層以下均由固化的岩石構成。地球表面的山川、高原、盆地都由岩石所支撐；地震、滑坡、崩塌等自然災害和工程建設中的岩爆、塌方等破壞，都是不同岩石在不同環境條件下發生的突變；目前支撐人類生產生活所需要的化石能源均采自岩石；大量清潔的水和極富潛能的地熱能源也儲存於岩石中。岩石是人類生存和發展所需大量物資的來源，也是探求地下深處奧秘的*重要的載體。
1 1 岩石的結構特徵與成因
1 1 1 岩石的成分
岩石由一種或多種礦物組成。
1 1 1 1 礦物
礦物是天然產出的、一般以固態形式存在的單質或化合物，具有確定的或者一定範圍內變化的化學成分和分子結構，一般由無機作用形成。換言之，礦物是具有確定成分和晶形的天然均質固體。自然界中存在5000多種礦物，並且每年都有新的礦物被發現和命名。但常見的礦物僅有數十種，*常見的礦物有石英、長石（含多個變種）、橄欖石、雲母、角閃石、輝石、方解石、黃鐵礦和磁鐵礦等。
常見礦物可以根據其化學成分劃分為六大類。
（1）氧化物礦物，如石英（quartz， SiO2）、磁鐵礦（magnetite， Fe3O4）、赤鐵礦（hematite， Fe2O3）等。
（2）硫化物礦物，如黃鐵礦（pyrite， FeS2）、閃鋅礦（sphalerite， ZnS）、方鉛礦（galena， PbS）等。
（3）碳酸鹽礦物，如方解石（calcite， CaCO3）、白雲石（dolomite， CaMg (CO3)2）等。
（4）硫酸鹽礦物，如石膏（gypsum， CaSO4 2H2O）。
（5）硅酸鹽礦物，如橄欖石（olivine， (Mg， Fe)2SiO4）、鈉長石（albite， Na (AlSi3O8)）、鉀長石（potassium feldspar， K(AlSi3O8)）、輝石（pyroxene）、角閃石（hornblende）、白雲母（muscovite， KAl2[AlSi3O10](OH， F)2）、黑雲母（biotite， K(Mg， Fe)3 [AlSi3O10](OH)2）、高嶺石（kaolinite， Al4[Si4O10](OH)8