岩石物理学

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出版者:北京大学出版社
作者:陈踊
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2001-01-01
价格:29.0
装帧:
isbn号码:9787301051504
丛书系列:
图书标签:
  • 岩石物理学
  • 物理学
  • 地质学
  • 地球物理学
  • 岩石力学
  • 弹性力学
  • 孔隙介质力学
  • 声波传播
  • 地球科学
  • 工程地质学
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具体描述

岩石是构成地球最基本的材料,研究地球上的诸多现象和过程,都必将离不开对岩石物理性质的理解和认识。不仅如此,凡是研究涉及到有关地球的能源、资源、环境和灾害等问题时,也都要求对岩石的物理性质有清楚地认识。本书讲述了岩石物理学的基本实验事实和基础理论,包括:岩石的变形、岩石中波的传播和衰减、岩石的弹性、岩石的断裂、岩石的摩擦、岩石的强度、岩威的输运特性、岩石的电性和磁性等。本书以教科书形式写成,简明扼要

岩石物理学导论:大地深处的奥秘与物质世界的交织 作者: (此处留空,以保持内容的通用性,实际书籍应有署名) 出版社: (此处留空,实际书籍应有出版信息) --- 第一部分:物质的形态与宏观属性的建立 本书旨在为读者系统地勾勒出岩石这一地球基础物质的物理特性、其在不同尺度下的响应机制,以及这些特性如何共同构建起我们脚下坚实而又充满活力的地壳和地幔。我们不侧重于岩石的矿物化学成分或形成过程(岩石学和变质作用学),而是聚焦于物理量如何描述和预测岩石的行为。 第一章:引言——何为“岩石的物理学” 岩石物理学,作为地球科学的交叉学科,是连接微观材料科学与宏观地球动力学的桥梁。它研究岩石对外部物理场(如应力、温度、电磁波、流体渗透)的响应规律。本章将确立研究的基本框架,区分岩石的本征属性(如密度、比热容)和状态依赖性属性(如孔隙度、渗透率受应力影响的变化)。我们将探讨为什么理解岩石的物理性质,对于地震预测、油气勘探、地热能开发乃至行星科学都至关重要。强调其跨学科性,它植根于固体力学、电磁学和流体力学的基础之上。 第二章:密度与颗粒结构的空间描述 密度是岩石最基础的物理参数之一。本章深入探讨如何精确测量岩石的真密度(矿物骨架密度)和表观密度(体积密度)。关键在于对孔隙空间的量化描述。我们将详细阐述孔隙度的概念,区分连通孔隙与孤立孔隙,并引入描述孔隙几何形状的参数,例如曲折度(Tortuosity)和各向异性指标。通过X射线CT扫描和数字图像处理技术,我们将展示如何将抽象的几何参数转化为可计算的数学模型。此外,粒度分布对声速和渗透性的影响也将作为本章的重点进行分析。 第三章:力学响应——弹性、塑性和破裂的边界 这是岩石物理学最核心的部分之一。岩石在地球内部承受着巨大的静岩压力和构造应力,其力学行为决定了构造运动的模式。 弹性阶段: 详细介绍应力-应变关系,杨氏模量、剪切模量和体积模量(矿物刚度和总体刚度的混合定律,如Voigt-Reuss-Hashin-Shtrikman模型)。本章将特别关注各向异性弹性张量的构建,解释层状岩石(如页岩或变质岩)与均匀岩石在波传播上的差异。 非线性与塑性: 探讨超过弹性极限后,岩石的粘塑性行为。引入蠕变、松弛现象以及固体的粘弹性模型(如Kelvin-Voigt和Maxwell模型)。 岩石破裂准则: 深入分析经典破裂准则(如Mohr-Coulomb、Drucker-Prager),并过渡到更现代的基于能耗和微裂隙扩展的断裂力学概念。强调温度和孔隙流体压力(有效应力原理)对岩石强度的关键调制作用。 第四章:岩石中的波传播——地震波的语言 地震波是间接探测地球内部物理状态的主要工具。本章将从弹性动力学理论出发,推导P波和S波的速度方程,并分析速度如何依赖于介质的密度和弹性模量。 速度的各向异性: 解释为什么S波在某些岩石中会分裂(S波分裂现象),以及这如何指示地壳或地幔中的应力诱导或固有的晶体学各向异性。 衰减与频散: 讨论波在传播过程中能量损失的机制(Q因子),包括粘滞阻尼、散射和转换损失。频散现象(速度随频率变化)如何揭示孔隙中的流体弛豫过程。 岩石边界的反射与透射: 应用Zoeppritz方程,分析地震波在不同物理性质界面(如沉积层、断层带、岩浆房)上的复杂响应,这是地震勘探解释的基础。 --- 第二部分:孔隙空间中的传输与介电响应 岩石的物理特性并非孤立存在,而是与其孔隙中填充的物质密切相关。本部分关注流体、电磁场与固体骨架的相互作用。 第五章:流体动力学与渗透性 渗透性是描述岩石传输能力的关键参数,直接影响油气藏的采收率和地下水文过程。本章将系统性地介绍达西定律(Darcy’s Law)及其适用范围。 宏观与微观联系: 探讨Kozeny-Carman方程,尝试从颗粒的形状和孔隙网络的几何结构来预测渗透率。 应力依赖性: 分析构造应力如何压缩孔隙,导致渗透率的非线性下降,这对于理解应力场变化对流体运移的影响至关重要。 多孔介质中的流体流动: 引入扩散、对流和粘性流动的概念,讨论在非常规储层(如页岩)中,滑移流和非达西流动可能出现的条件。 第六章:岩石的电学性质——电阻率与介电响应 电磁法是地下物质勘探的另一重要手段。本章关注岩石骨架、孔隙流体和固液界面的电学行为。 导电机制: 区分骨架的本征导电性(多见于金属矿物)和孔隙流体的离子导电性。重点讨论Archie公式及其修正形式,解释孔隙流体的导电性如何主导大多数沉积岩的整体电阻率。 地层因子与束缚水: 引入地层因子(Formation Factor),解释水饱和度、孔隙度和岩性的关系。讨论岩石中束缚水(不可流动的孔隙水)对电阻率测量的影响。 介电谱学: 探讨岩石在交变电场下的响应。介电常数随频率的变化(介电频散)如何反映岩石中的极化机制,特别是与界面现象(如双电层效应)和自由流体迁移相关的弛豫过程。 第七章:热力学性质与地下能源 岩石的热物理性质决定了地球内部的热传输速率,对地热梯度和能源存储至关重要。 热导率与热扩散率: 分析岩石骨架矿物(如石英、长石)和孔隙流体(水、油、气)热导率的差异,以及它们如何通过混合定律决定整体岩石的热导率。强调压力和温度对孔隙结构的影响如何反过来改变热导率的各向异性。 比热容与热膨胀: 介绍比热容的测量方法及其在计算地热系统中的能量收支中的应用。讨论热膨胀如何导致岩石在温度变化下的体积变化和诱导应力。 --- 结语:多物理场耦合与未来展望 本书的最终目标是让读者理解,岩石的物理性质不是孤立的参数,而是相互耦合的系统。例如,应力(力学)会改变孔隙度(几何),进而影响渗透率(传输)和波速(地震学)。我们将探讨一些高级主题,如电-力耦合(压电效应和电渗效应)以及岩石在极端高压下的物态变化。本书为后续深入研究地球内部动力学、非常规油气开发中的地质力学模型以及碳捕集与封存(CCS)中的多相流与应力相互作用奠定了坚实的物理学基础。 --- 本书特色: 强调物理机制而非经验公式: 深度解析如有效应力原理、界面弛豫等背后的物理本质。 实验与理论的结合: 穿插对高压岩石物理实验(如三轴仪、超声波测试)核心挑战的讨论。 量化描述: 大量使用张量代数和偏微分方程来精确描述各向异性介质的响应。

作者简介

目录信息

第1章 岩石 第2章 岩石的变形 第3章 岩石中波的传播和衰减 第4章 岩石的弹性 第5章 岩石的断裂 第6章 岩石的摩擦 第7章 岩石的强度 第8章 岩石的输运特性 第9章 岩石的其他特性 习题提示 参考文献
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读后感

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用户评价

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这本书的章节编排逻辑流畅得像一条精心规划的河流,从宏观的岩石形成背景,逐步深入到微观的晶体结构和量子力学层面的相互作用,过渡得自然而不突兀。最让我欣赏的一点是作者对“不确定性”的处理方式。在许多地球科学领域,精确测量往往是奢望,作者非常坦诚地讨论了各种模型预测的误差范围和局限性,而不是给出一个看似完美但实则虚假的确定性结论。他引导读者去思考,在信息不完全的情况下,如何做出最合理的工程判断,这是一种非常成熟的科学素养的体现。例如,在讲解热力学原理如何影响变质岩的形成时,作者加入了一个关于不同温压条件下矿物相变的动态图示,这个图示不仅清晰地展示了过程,更暗示了地质演化的时间尺度,让人在感叹大自然鬼斧神工的同时,也对科学探索的边界有了更深刻的认识。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮,封面选用的那种深邃的岩石灰调,配上烫金的标题字体,透着一股厚重而又不失精致的学究气。我原本以为这会是一本枯燥的教科书,但翻开扉页后,那种清晰的排版和适中的行距立刻缓解了我的阅读压力。书中的插图和图表制作得极为考究,那些地质构造的三维剖面图,不仅色彩过渡自然,而且细节标注得非常精准,即便是像我这样初涉此领域的人,也能迅速抓住重点。尤其值得称赞的是,作者在讲解复杂的物理模型时,并没有一味堆砌公式,而是巧妙地融入了大量的实际案例分析,比如对地震波在不同岩层中传播速度的对比,或者利用电磁波探测地下水资源的场景描述,这些都让原本抽象的理论变得生动起来,仿佛能触摸到地下的脉络。我花了整整一个下午沉浸其中,感觉自己不仅仅是在阅读文字,更像是在进行一次深入的地质勘探之旅,对知识的吸收效率远超预期,这绝对是市面上少有的集美观性与实用性于一体的优秀作品。

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这本书的深度和广度确实让人印象深刻,但更让我感到惊喜的是它在理论与实践之间的完美平衡。很多专业书籍往往只重理论推导,读起来像是陷入了数学的迷宫,而这本书则非常注重将数学语言“翻译”成地质现象。书中针对不同岩石类型的声学特性差异所做的详尽对比表格,简直是野外工作者的福音,直接可以作为快速参考手册使用。我特别欣赏作者对实验方法论的严谨态度,他对各种测量仪器的优缺点分析得极其细致,甚至提到了如何校准设备以最小化误差,这种对细节的执着,体现了作者深厚的实践功底。有一章专门探讨了岩石孔隙结构对流体渗流能力的影响,其中引用了大量的实验室模拟数据,这些数据不仅具有学术价值,对于正在进行环境修复或者水资源管理的工程师来说,也是极具参考价值的一手资料。这本书的价值,在于它成功地架起了纯理论研究与一线工程应用之间的桥梁。

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作为一名已经有些年头的老读者,我必须承认,能遇到一本真正能让人耳目一新的专业书籍实在不易。这本书最大的特点在于其前瞻性。它没有止步于经典理论的复述,而是花了不少篇幅探讨了当前地球科学界面临的尖端挑战,比如对深层地幔物质的物理解释,以及如何利用新的传感技术对地下灾害进行预警。作者在讨论这些前沿课题时,引用了最近五年内发表在顶尖期刊上的研究成果,这保证了内容的鲜活性和权威性。此外,本书的索引和术语表做得极其详尽,这对于需要频繁查阅特定概念的读者来说,简直是效率的保证。阅读过程让我感到,这不是一本静止的知识集合,而是一扇通往正在进行中的、充满活力的科学研究前沿的窗口。它不仅教会了我“是什么”,更重要的是,它激发了我去思考“为什么”和“将如何发展”。

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坦白说,我买这本书是抱着试一试的心态,毕竟“物理学”这个词汇本身就带着一种令人生畏的光环。然而,作者的叙事风格却出人意料地平易近人,仿佛是邻座一位经验丰富的地质学家在娓娓道来他的研究心得。他没有采用那种高高在上的学院派口吻,而是用了一种近乎于讲故事的方式,将那些深埋地下的秘密一点点揭开。例如,在讨论岩石的力学性质时,作者引入了对古代建筑材料选择的对比,生动地解释了脆性和延展性在工程应用中的实际意义,这种跨学科的联结方式极大地拓宽了我的理解边界。书中对一些新兴技术,比如利用微震监测来评估油气储层稳定性的章节,讲解得尤为透彻,逻辑链条清晰得让人拍案叫绝。读完这一部分,我立刻产生了去野外实地考察的冲动,这本书成功地激发了我对地球科学最原始的好奇心,它不仅仅是知识的传递,更像是一剂强效的“求知欲催化剂”。

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