第二章岩石组成与岩石物理性质2

1、 一、岩石的结构一、岩石的结构 1 1、火成岩的结构，是由矿物晶体组成的，、火成岩的结构，是由矿物晶体组成的，岩浆冷却结晶的时间越长，形成的晶体越大。岩浆冷却结晶的时间越长，形成的晶体越大。 第二节第二节 岩石的结构特点及其对强度的影响岩石的结构特点及其对强度的影响第二章第二章 岩石组成与岩石物理性质岩石组成与岩石物理性质 2 2、沉积岩的结构、沉积岩的结构 有两种有两种: :一是碎屑结构，二是结晶结构。一是碎屑结构，二是结晶结构。 碎屑岩是由单个颗粒通过胶结物胶结而成的，其中有碎屑岩是由单个颗粒通过胶结物胶结而成的，其中有大量的孔隙，常见的胶结物有钙质和硅质两种。大量的孔隙，常见的胶结物有钙

2、质和硅质两种。 结晶沉积岩的结构是由沉积过程中生成的晶体决定的，结晶沉积岩的结构是由沉积过程中生成的晶体决定的，晶体形成一种紧密排列结构，原生孔隙小，如晶体形成一种紧密排列结构，原生孔隙小，如岩盐岩盐，也可，也可以成为生油、储油层，主要是油气层的很好的盖层。以成为生油、储油层，主要是油气层的很好的盖层。第二节第二节 岩石的结构特点及其对强度的影响岩石的结构特点及其对强度的影响 3 3、变质岩的结构，、变质岩的结构，有片状结构和非片状结构有片状结构和非片状结构两种。片状结构是在高温两种。片状结构是在高温高压下，由重结晶作用和高压下，由重结晶作用和各种矿物的分离作用而造各种矿物的分离作用而造成的明

3、暗矿物间互带。成的明暗矿物间互带。 第二节第二节 岩石的结构特点及其对强度的影响岩石的结构特点及其对强度的影响 二、二、岩石的强度岩石的强度 岩石的强度主要取决于矿物强度、结构联结形式、岩石岩石的强度主要取决于矿物强度、结构联结形式、岩石的结构和整个构造。的结构和整个构造。 对于火成岩、变质岩、化学沉积岩来说，化学结构连结对于火成岩、变质岩、化学沉积岩来说，化学结构连结起主要作用，因此，其组成矿物的强度越大，岩石的强度就起主要作用，因此，其组成矿物的强度越大，岩石的强度就越大。越大。 对于碎屑沉积岩来说，其对于碎屑沉积岩来说，其胶结胶结物对强度影响程度最大，物对强度影响程度最大，即其强度主要取

4、决于矿物颗粒间的即其强度主要取决于矿物颗粒间的联结强度联结强度。不同胶结物的。不同胶结物的联结强度不同：硅质铁质钙质泥质。联结强度不同：硅质铁质钙质泥质。第二节第二节 岩石的结构特点及其对强度的影响岩石的结构特点及其对强度的影响 岩石的物理性质是指岩石的孔隙度、渗透率、可压岩石的物理性质是指岩石的孔隙度、渗透率、可压缩性、导电性、传热性的总称。缩性、导电性、传热性的总称。 岩石是由固体的矿物和矿物颗粒之间的孔隙组成的，岩石是由固体的矿物和矿物颗粒之间的孔隙组成的，孔隙中通常有孔隙流体存在。在砂岩的扫描电子显微镜孔隙中通常有孔隙流体存在。在砂岩的扫描电子显微镜照片，我们可以清楚地看到砂岩中的石英

5、颗粒，并且还照片，我们可以清楚地看到砂岩中的石英颗粒，并且还可以看到石英颗粒之间存在着流体流通的网络。岩石正可以看到石英颗粒之间存在着流体流通的网络。岩石正是这样一种特殊的多孔介质，一种由固体矿物和流动的是这样一种特殊的多孔介质，一种由固体矿物和流动的孔隙流体组成的多相体。孔隙流体组成的多相体。 第三节第三节 岩石的物理性质岩石的物理性质 砂岩的扫描电子显微镜照片。照片中可以看到砂岩中的石英矿物颗砂岩的扫描电子显微镜照片。照片中可以看到砂岩中的石英矿物颗粒粒(黑色黑色)，也可以看到它们之间的孔隙，也可以看到它们之间的孔隙 孔隙流体的存在，对岩石性质有着极其重要的影响。例孔隙流体的存在，对岩石性

6、质有着极其重要的影响。例如，岩石中孔隙体积增加如，岩石中孔隙体积增加1，会导致岩石弹性参数变化，会导致岩石弹性参数变化10倍，或者更多倍，或者更多, 也会导致岩石渗透率发生几个数量级的变化。也会导致岩石渗透率发生几个数量级的变化。 岩石内部孔隙及孔隙流体的存在，是石油得以生成、矿岩石内部孔隙及孔隙流体的存在，是石油得以生成、矿物得以富集的前提。物得以富集的前提。 岩石的物理性质与其力学性质密不可分，因此，研究岩岩石的物理性质与其力学性质密不可分，因此，研究岩石的物理性质是岩石力学研究的一个重要内容。石的物理性质是岩石力学研究的一个重要内容。SEDIMENTARY ROCKS ClasticsC

7、arbonatesEvaporites一、岩石的孔隙度DEFINITIONS - SEDIMENTARY ROCKSedimentary RockClastic Sedimentary Rocks (Such as Shale, Siltstone, and Sandstone)Consist of Broken Fragments of Pre-Existing Rock (cf. Detrital)Carbonate Sedimentary Rocks (andEvaporites) May Form by ChemicalPrecipitation or Organic Activity

8、Rock Formed from the WeatheredProducts of Pre-Existing Rocks andTransported by Water, Wind, and Glaciers一、岩石的孔隙度CLASTIC AND CARBONATE ROCKSClastic RocksConsist Primarily of Silicate MineralsAre Classified on the Basis of: - Grain Size - Mineral Composition Carbonate RocksConsist Primarily of Carbona

9、te Minerals(i.e. Minerals With a CO Anion Group) - Predominately Calcite (Limestone) - Predominately Dolomite (Dolomite or Dolostone) 3-2 Classified by Grain Size and Texture一、岩石的孔隙度Grain-Size Classification for Clastic SedimentsNameMillimetersMicrometersBoulderCobblePebbleGranuleVery Coarse SandCoa

10、rse SandMedium SandFine SandVery Fine SandCoarse SiltMedium SiltFine SiltVery Fine SiltClay4,096256644210.50.250.1250.0620.0310.0160.0080.00450025012562311684(modified from Blatt, 1982)Commonly, phi-sizes are used for sediment analysis 一、岩石的孔隙度c.砂土的分类砂土的分类 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒的土，且

11、粒径大于径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土的土称为砂土 土的名称土的名称漂石漂石块石块石卵石卵石碎石碎石圆砾圆砾角砾角砾颗粒形状颗粒形状圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于200mm的颗的颗粒含量超过全重粒含量超过全重50粒径大于粒径大于20mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50粒径大于粒径大于2mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50注：注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定定名时应

12、根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定碎石土的分类碎石土的分类一、岩石的孔隙度d.粉土的分类粉土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超的颗粒含量超过全重过全重50%，塑性指数，塑性指数IP10的土称为的土称为粉土粉土土的名称土的名称砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量占全重的颗粒含量占全重2550注：注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒

13、径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重85粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50砂土的分类砂土的分类e.粘性土的分类粘性土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超的颗粒含量不超过全重过全重50%，塑性指数，塑性指数IP10的土称的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分为粘性土，粘性土根据塑性指数细分土的名称土的名称粘土粘土粉质粘土粉质粘土塑性指数塑性指数注：注：塑性指数由相应于塑性指数由相应于76g圆圆锥体沉入土样中深度为锥体沉入土样中深度为10mm测定的液限计算而得测定的液限计算而得 IP1710IP17一、岩石的孔隙度 Frame

14、work Matrix Cement PoresSand (and Silt) Size Detrital GrainsSilt and Clay Size Detrital MaterialMaterial Precipitated Post-Depositionally,During Burial. Cements Fill Pores andReplace Framework GrainsVoids Among the Above ComponentsFOUR MAJOR COMPONENTS OF SANDSTONE碎屑一、岩石的孔隙度沉淀FOUR COMPONENTS OF SAND

15、STONEMATRIXFRAMEWORK(QUARTZ)FRAMEWORK(FELDSPAR)CEMENTPORENote different use of “matrix”by geologists and engineers0.25 mmFrameworkMatrixCementPoresEngineering“matrix”Geologists ClassificationDUAL POROSITY IN SANDSTONEMATRIXFRAMEWORK(QUARTZ)FRAMEWORK(FELDSPAR)CEMENTPORENote different use of “matrix”b

16、y geologists and engineers0.25 mmSandstone Comp.FrameworkMatrixCementPoresDISSOLUTIONPOREFRACTUREPrimary and secondary “matrix” porosity systemFracture porosity system 一、岩石的一、岩石的孔隙度孔隙度 岩石的孔隙度是岩石孔隙的总体积与岩石总体积之岩石的孔隙度是岩石孔隙的总体积与岩石总体积之比，常用百分数表示。岩石的总体积比，常用百分数表示。岩石的总体积V总总由基质的体积由基质的体积V基基和孔隙体积和孔隙体积V孔孔两部分组成，则岩

17、石的孔隙度两部分组成，则岩石的孔隙度表示为：表示为： = 上式中，上式中，值为无因次量，称为绝对孔隙度。值为无因次量，称为绝对孔隙度。总基孔基孔总孔VV1VVVVV一、岩石的孔隙度 在油田开发中，参与渗流的连通孔隙才是有效的，在油田开发中，参与渗流的连通孔隙才是有效的，对于那些封闭孔隙，尽管其中有油气储存，但是很难对于那些封闭孔隙，尽管其中有油气储存，但是很难开采出来，因此称为无效孔隙。开采出来，因此称为无效孔隙。 这样就把孔隙度分为有效孔隙度和无效孔隙度两这样就把孔隙度分为有效孔隙度和无效孔隙度两种。种。 一、岩石的孔隙度 岩石的有效孔隙度，是指岩石中有效孔隙的体积与岩石的有效孔隙度，是指岩

18、石中有效孔隙的体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。有效孔隙体积是指岩石总体积的比值，以百分数表示。有效孔隙体积是指参与渗流的连通孔隙体积，以参与渗流的连通孔隙体积，以有效有效、V连通连通分别表示岩石的分别表示岩石的有效孔隙度和连通孔隙体积，则：有效孔隙度和连通孔隙体积，则： 有效有效=总连通VV一、岩石的孔隙度 实际储层岩石孔隙度值的范围如下：实际储层岩石孔隙度值的范围如下： 砂岩孔隙度：砂岩孔隙度：10-4010-40，它取决于砂岩的性质及其胶，它取决于砂岩的性质及其胶结状态。结状态。 石灰岩和白云岩孔隙度：石灰岩和白云岩孔隙度：5-25%5-25% 粘土或页岩孔隙度：粘土或页岩孔隙度：2

19、0-4520-45，它取决于粘土（或页，它取决于粘土（或页岩）的成因和埋藏深度。岩）的成因和埋藏深度。 一、岩石的孔隙度CUBIC PACKING OF SPHERESPorosity = 48%一、岩石的孔隙度RHOMBIC PACKING OF SPHERESPorosity = 27 %一、岩石的孔隙度Packing of Two Sizes of SpheresPorosity = 14%一、岩石的孔隙度 按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准为：按照孔隙度值来划分或评价储集层，其标准为： 5 5 极差储层极差储层 5 51010 差储层差储层 101020% 2020 特好储层特好储

20、层一、岩石的孔隙度Grain-Size Sorting in SandstoneVery WellSortedWellSortedModeratelySortedPoorlySortedVery PoorlySortedSORTING一、岩石的孔隙度SANDSTONE COMPOSITION,Framework GrainsNorphlet Sandstone, Offshore Alabama, USAGrains 0.25 mm in Diameter/LengthPRFKFPKF = Potassium FeldsparPRF = Plutonic Rock FragmentP = Po

21、rePotassium Feldspar isStained Yellow With aChemical DyePores are Impregnated WithBlue-Dyed EpoxyKF QQQ = QuartzPhoto by R. KuglerPlutonic rock fragments are derived from igneous rocks, such as granite.一、岩石的孔隙度POROSITY IN SANDSTONEQuartzGrainPoreScanning Electron MicrographNorphlet Sandstone, Offsho

22、re Alabama, USAPorosity in SandstoneTypically is Lower ThanThat of Idealized PackedSpheres Owing to:Variation in Grain SizeVariation in Grain ShapeCementationMechanical and ChemicalCompactionPhotomicrograph by R.L. Kugler一、岩石的孔隙度压缩POROSITY IN SANDSTONEScanning Electron MicrographTordillo Sandstone,

23、Neuquen Basin, ArgentinaPore Throats inSandstone MayBe Lined WithA Variety ofCement MineralsThat AffectPetrophysicalPropertiesPhotomicrograph by R.L. Kugler一、岩石的孔隙度POROSITY IN SANDSTONEScanning Electron MicrographNorphlet Formation, Offshore Alabama, USAPores Provide theVolume to StoreHydrocarbonsPo

24、re Throats RestrictFlow through poresPoreThroat一、岩石的孔隙度Clay Minerals in Sandstone Reservoirs,Authigenic KaoliniteSecondary Electron MicrographCarter SandstoneNorth Blowhorn Creek Oil UnitBlack Warrior Basin, Alabama, USASignificant PermeabilityReductionHigh Irreducible WaterSaturationMigration of Fi

25、nesProblem(Photograph by R.L. Kugler)残余自生高岭土浸润线浸润线流线流线等势线等势线下游下游上游上游土坝蓄水后水透土坝蓄水后水透过坝身流向下游过坝身流向下游H隧道开挖时，地下隧道开挖时，地下水向隧道内流动水向隧道内流动 在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透渗透 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 在压力作用下，岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗在压力作用下，岩石允许流体通过的性质称为岩石的渗透性。透性。 习惯上人们常常把那些在地层压力条件下流体比较容易习惯上人们常常把那些在地层压力条件下流体比较容易地沿着连通的孔

26、隙、喉道、裂缝、溶洞流动的岩石，例如砂地沿着连通的孔隙、喉道、裂缝、溶洞流动的岩石，例如砂岩、裂缝性碳酸盐岩称为渗透性岩石；而把流体难于在其中岩、裂缝性碳酸盐岩称为渗透性岩石；而把流体难于在其中流动的岩石、粘土或页岩、石膏、岩盐等称为非渗透性岩石。流动的岩石、粘土或页岩、石膏、岩盐等称为非渗透性岩石。但是这种提法是不严格的，因为一方面渗透是有条件的，另但是这种提法是不严格的，因为一方面渗透是有条件的，另一方面同一种岩石的渗透能力也是不断变化的。一方面同一种岩石的渗透能力也是不断变化的。 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 最先研究岩石渗滤能力大小这一现象的是法国工最先研究岩石渗滤能力大小这一现象

27、的是法国工程师达西。他利用人工砂体研究了水的渗滤。达西的程师达西。他利用人工砂体研究了水的渗滤。达西的实验表明人工砂体单位面积水流的体积变化率实验表明人工砂体单位面积水流的体积变化率Q/A与进与进口和出口两个端面间的水头差口和出口两个端面间的水头差H成正比，而与砂体的成正比，而与砂体的长度成反比。即：长度成反比。即：LHKAQ二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性n一、一、达西定律达西定律1856年法国学者年法国学者DarcyDarcy对对砂土砂土的渗的渗透性进行研究透性进行研究结论：结论：水在土中的渗透速度与试水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比样的水力梯度成正比v=ki达西定律达西定律水力梯

28、度，即沿渗流方向水力梯度，即沿渗流方向单单位距离的水头损失位距离的水头损失 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性n二、渗透变形二、渗透变形 渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，导致土体变形导致土体变形渗透变形问题（流土，管涌）渗透变形问题（流土，管涌） 1.流土流土在渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土在渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土 粒群同时发生移动的现象粒群同时发生移动的现象 流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇

29、到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏淤泥等较易发生流土破坏 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性2.管涌管涌在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象的孔隙，发生移动并被带出的现象 土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可

30、以发生在渗流出口处，发稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性AQdxdp.k 后来的研究者发现，后来的研究者发现，达西定律达西定律(DarcyDarcys laws law )可以应可以应用于其它流体，把上式中的比例常数用于其它流体，把上式中的比例常数k改写为改写为k、为流为流体的粘度体的粘度,k为表征岩石性质的系数，即渗透率，就可以了。为表征岩石性质的系数，即渗透率，就可以了。后来经进一步修正，得到达西定律后来经进一步修正，得到达西定律(DarcyDarcys la

31、ws law )的通式为：的通式为：二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 上式中：上式中： Q Q 为通过孔隙介质的流量，厘米为通过孔隙介质的流量，厘米3 3秒；秒； A A 为流体通过的横断面积，厘米为流体通过的横断面积，厘米2 2 ； 为流体的粘度，厘泊；为流体的粘度，厘泊； k k 为岩石的渗透率，达西；为岩石的渗透率，达西； dp/dx dp/dx 为单位长度上的压力降，大气压厘米。为单位长度上的压力降，大气压厘米。 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 渗透率的单位是达西，它的物理意义是孔隙介质允渗透率的单位是达西，它的物理意义是孔隙介质允许粘度为许粘度为1 1厘泊的流体，在压力梯度为厘泊的

32、流体，在压力梯度为1 1大气压厘米的大气压厘米的作用下，通过截面面积为作用下，通过截面面积为1 1厘米厘米2 2的流量为的流量为1 1厘米厘米3 3秒，秒，此时孔隙介质的渗透率称为此时孔隙介质的渗透率称为1 1达西。达西。 达西定律成立的前提条件是：达西定律成立的前提条件是： (1)(1)假设流体与岩石之间不发生物理化学反应；假设流体与岩石之间不发生物理化学反应； (2)(2)渗滤介质中只存在一种流体。渗滤介质中只存在一种流体。二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性n二、达西定律适用范围与起始水力坡降二、达西定律适用范围与起始水力坡降kiv 达西定律达西定律讨论：讨论：砂土的渗透速度与水砂土的渗透速

33、度与水力梯度呈线性关系力梯度呈线性关系 密实的粘土，需要克服结密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发合水的粘滞阻力后才能发生渗透生渗透; ;同时渗透系数与同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系西定律而呈非线性关系 biikvib起始水起始水力坡降力坡降虚直线简化虚直线简化达西定律适用于层达西定律适用于层流，不适用于紊流流，不适用于紊流v=kiivO O砂土砂土0iv密实粘土密实粘土二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 实际油藏大多是油水（或气），甚至是油、气、水实际油藏大多是油水（或气），甚至是油、气、水三相共存于孔隙中。注水开发的油田，油水不仅是共存

34、三相共存于孔隙中。注水开发的油田，油水不仅是共存而且还同时流动。为了研究多相流体在岩石中的渗滤能而且还同时流动。为了研究多相流体在岩石中的渗滤能力与性质，引入了力与性质，引入了绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率的概念。率的概念。 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 有效渗透率有效渗透率Ke 当岩石为两种或多种流体饱和时，岩石允许其中某当岩石为两种或多种流体饱和时，岩石允许其中某种流体渗滤能力的大小。不论此时其流体流动与否。种流体渗滤能力的大小。不论此时其流体流动与否。 相对渗透率相对渗透率Kr 岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值。岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值

35、。 绝对渗透率绝对渗透率K 岩石完全为某种流体所饱和时，岩石与流体之间不岩石完全为某种流体所饱和时，岩石与流体之间不发生物理化学反应，在压力作用下岩石允许该种流体所发生物理化学反应，在压力作用下岩石允许该种流体所通过能力的大小。（达西所描述的渗透率）通过能力的大小。（达西所描述的渗透率）二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性渗流工程问题与处理措施 n一、渗流工程问题一、渗流工程问题1.地下水的浮托作用地下水的浮托作用 地下水不仅对水位以下的土体产生静水压力和浮托力，并对地下水不仅对水位以下的土体产生静水压力和浮托力，并对建筑物基础产生浮托力建筑物基础产生浮托力 2.地下水的潜蚀作用地下水的潜蚀作用

36、在施工降水等活动过程中产生水头差，在渗透力作用下，土在施工降水等活动过程中产生水头差，在渗透力作用下，土颗粒受到冲刷，将细颗粒冲走，破坏土的结构。颗粒受到冲刷，将细颗粒冲走，破坏土的结构。通常产生于粉细通常产生于粉细砂、粉土地层中砂、粉土地层中 3.流砂流砂 流砂在工程施工中能造成大量的土体流动，使地表塌陷或建流砂在工程施工中能造成大量的土体流动，使地表塌陷或建筑物的地基破坏，给施工带来很大的困难，影响建筑工程的稳定。筑物的地基破坏，给施工带来很大的困难，影响建筑工程的稳定。通常易在粉细砂和粉土地层中产生，在地下水位以下的基坑开挖、通常易在粉细砂和粉土地层中产生，在地下水位以下的基坑开挖、埋设

37、地下管道、打井等工程活动中常出现埋设地下管道、打井等工程活动中常出现 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性4.基坑突涌基坑突涌 当基坑下部有承压水层时，开挖基坑减小了底板隔水层的厚当基坑下部有承压水层时，开挖基坑减小了底板隔水层的厚度，当隔水层较薄经受不住承压水头压力，承压水头压力就会冲度，当隔水层较薄经受不住承压水头压力，承压水头压力就会冲毁基坑底板，这种现象称为毁基坑底板，这种现象称为基坑突涌基坑突涌hHw二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性n二、防渗处理措施二、防渗处理措施1.水工建筑物渗流处理措施水工建筑物渗流处理措施 水工建筑物的防渗工程措施一般以水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏上堵

38、下疏”为原则，上为原则，上游截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗游截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透变形透变形 垂直截渗垂直截渗 主要目的主要目的: :延长渗径，降低上、下游的水力坡度，若垂直截渗能延长渗径，降低上、下游的水力坡度，若垂直截渗能完全截断透水层，防渗效果更好。垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩完全截断透水层，防渗效果更好。垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等均属于垂直截渗等均属于垂直截渗 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性设置水平铺盖设置水平铺盖 上游设置水平铺盖，与坝体防渗体连接，延长了水流渗透路径上游设置水平铺盖，与坝体防渗体连接，延长了水流渗透路径 粘

39、土铺盖粘土铺盖设置反滤层设置反滤层 砂垫层砂垫层水位水位加筋土工布加筋土工布回填中粗砂回填中粗砂抛石棱体抛石棱体设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而产生渗透变形的作用。反滤层可由粒径不等的无粘性土组成，也产生渗透变形的作用。反滤层可由粒径不等的无粘性土组成，也可由土工布代替，上图为某河堤基础加筋土工布反滤层可由土工布代替，上图为某河堤基础加筋土工布反滤层 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性排水减压排水减压 粘性土粘性土含水层含水层减压井减压井为减小下游渗透压力，在水工建筑物下游、基坑开挖时，设置为减小下游渗透压力，在水工

40、建筑物下游、基坑开挖时，设置减压井或深挖排水槽减压井或深挖排水槽 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性2.基坑开挖防渗措施基坑开挖防渗措施工程降水工程降水 采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位在基坑内（外）设置排在基坑内（外）设置排水沟、集水井，用抽水水沟、集水井，用抽水设备将地下水从排水沟设备将地下水从排水沟或集水井排出或集水井排出原地下水位原地下水位明沟排水明沟排水原水位面原水位面一级抽水后水位一级抽水后水位二级抽水后水位二级抽水后水位多级井点降水多级井点降水要求地下水位降得较深，要求地下水位降得较深，采用井点降水。在基坑周采用井点降水。在基

41、坑周围布置一排至几排井点，围布置一排至几排井点，从井中抽水降低水位从井中抽水降低水位 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性设置板桩设置板桩 沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了地沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力坡降下水的渗流路径，减小水力坡降钢板桩钢板桩水下挖掘水下挖掘 在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成流在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，并同时进行挖掘并同时进行挖掘 二、岩石的渗透性二、岩石的渗透性 储层岩石的孔隙

42、空间中，总是会有油气水三相。储层岩石的孔隙空间中，总是会有油气水三相。在油层温度和压力下，岩石孔隙空间中的流体是按一在油层温度和压力下，岩石孔隙空间中的流体是按一定方式分布的。定方式分布的。 储集层岩石的孔隙中，某种流体占据孔隙空间的储集层岩石的孔隙中，某种流体占据孔隙空间的体积百分数，称为该流体的饱和度。体积百分数，称为该流体的饱和度。 三、岩石中的油气水三、岩石中的油气水饱和度饱和度 若储集层的孔隙中只含有油和水两相，油和若储集层的孔隙中只含有油和水两相，油和水所占据的孔隙空间分别为水所占据的孔隙空间分别为V Vo o、V Vw w，岩石的孔隙，岩石的孔隙度为度为，岩石中的孔隙总体积为，岩

43、石中的孔隙总体积为V Vp p，岩石的总体，岩石的总体积为积为V Vb b，则含油饱和度，则含油饱和度S So o和含水饱和度和含水饱和度S Sw w分别为：分别为： S S0 0= = Sw=bPVVVV00bwPwVVVV三、岩石中的油气水三、岩石中的油气水饱和度饱和度 且有：且有：S o+Sw=1 若储集层中，除含油和水外，还含有气体，则含气若储集层中，除含油和水外，还含有气体，则含气饱和度为：饱和度为： Sg= 此时，油气水的饱和度应满足：此时，油气水的饱和度应满足： SoSwSg1bgpgVVVV三、岩石中的油气水三、岩石中的油气水饱和度饱和度 储层岩石中的含油饱和度和含水饱和度在油

44、田的勘探储层岩石中的含油饱和度和含水饱和度在油田的勘探开发过程中具有十分重要的作用，在油田的储量计算、油开发过程中具有十分重要的作用，在油田的储量计算、油田动态分析、注水驱油效率的研究、油田剩余储量的利用田动态分析、注水驱油效率的研究、油田剩余储量的利用以及提高最终采收率方面，它们都是不可缺少的参数。以及提高最终采收率方面，它们都是不可缺少的参数。 三、岩石中的油气水三、岩石中的油气水饱和度饱和度 粒度组成的通用分析方法是粒度组成的通用分析方法是筛分析法。筛分析法。即采用孔径即采用孔径不同的一系列筛子将岩心颗粒按大小分成数组，然后称不同的一系列筛子将岩心颗粒按大小分成数组，然后称量每组的质量即

45、可得到每个粒度范围内的量每组的质量即可得到每个粒度范围内的质量百分比质量百分比。 筛孔的表示法通常是按每英寸长的孔数来表示的，筛孔的表示法通常是按每英寸长的孔数来表示的，称为目。称为目。 对于粒度小于对于粒度小于0.074-0.053mm0.074-0.053mm的细粒，一般用的细粒，一般用沉降沉降分析法分析法确定。确定。 岩石的粒度组成是指构成岩石的各种大小不同的颗岩石的粒度组成是指构成岩石的各种大小不同的颗粒含量，以百分数表示粒含量，以百分数表示。 四、岩石的粒度组成与比表面积四、岩石的粒度组成与比表面积筛分法筛分法用一套孔径不同的筛子，按用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量，然后计算