淺談巖石不同巖性的特性試驗分析

高慧莉　汪寅夫　楊柳

摘? ?要：長期以來，巖性都是地質工作中的重要研究內容，只有充分了解巖石的特性，才能有效掌握礦藏、巖層構造等相關信息，為地質勘探、地層改造建設等工作的安全、高效展開提供基礎保障。因此，以鑒定巖石巖性為主要目的的巖石特性實驗受到了高度的重視。本文將簡單介紹巖石巖性，分析常見巖石的特性及實際應用情況，并就巖石特性試驗展開探討，以供相關人員參考和研究。

關鍵詞：巖石;巖性;應用;特性試驗

巖性作為體現巖石基礎性質的內容，一直以來都是巖石研究工作的基礎及重點內容。通過對巖石巖性加以研究，可以充分了解和掌握其基礎性質，進而有效了解其所在地層的基礎信息，這也是為什么巖石特性試驗長期受到高度重視和關注的重要原因。其中，巖石特性試驗的展開可以為巖石圖的繪制提供基礎數據，進而能夠為地質圖等提供參考。因此，針對巖石不同巖性的特性試驗展開分析，具有重要的現實意義。

1? ? 巖石特性概述

所謂巖性，實質上是指反映巖石特征的一些屬性，既包括巖石的基礎物理屬性，如顏色、成分、結構等，也包括了一些特殊性質，比如膠結類型、礦物質等。更為重要的是，巖性也包括了巖石的物理力學性質，這對巖層開發、鉆探、建筑等有著至關重要的意義。通常來說，巖石根據自身特性可以被分為三大類，分別是巖漿巖、沉積巖與變質巖，而巖漿巖通常被認為是原始巖類，其組成往往是由巖漿自身的成分所決定的。至于后兩者，則歸屬于次生巖類，也就是由原始巖漿經過各種演變而形成的次生巖漿后得到。一般來說，巖漿巖這種原始巖類是地球上最基礎的巖類，從質量上來看的話，地殼質量的95%都屬于巖漿巖。巖漿巖本身可以根據自身酸度和堿度進行劃分，尤其是以酸度為基準可劃分的超基性、基性、中性和酸性，已然成為主流的巖漿巖劃分形式。常見的巖漿巖包括花崗巖、玄武巖、流紋巖等。沉積巖則主要是受到風化、搬運及高壓等影響而形成的巖石，通?？梢苑譃榈[巖、砂巖、碳酸鹽巖等。至于變質巖，則是在變質作用下而形成的，也就是由巖漿巖或者沉積巖在各種因素的影響下發生變化而形成的。

2? ? 常見巖石的特性及其實際應用情況

2.1? 花崗巖

花崗巖是極為常見的巖漿巖類型，同時也是在建筑中得以廣泛應用的巖石類型。從顏色上來看，其表面大多呈現出紅色、花白色、青色、黑色等各種顏色，因此，往往能夠通過顏色對其進行直觀而簡單的判斷。從結構上來看，塊狀構造最為常見，少數呈現出球狀、斑雜構造等。從物理性質的角度來看，花崗巖本身非常致密，同時也極其堅硬，難以被破壞。而孔隙度通常不超過3%，吸水率大多不超過1%，抗壓強度能夠達到250 MPa等特性的存在，使其成為建筑工程中的良好應用選擇。另外，抗酸腐蝕能力強，對堿侵蝕的抵抗作效果好，耐磨性高，耐久性長等特性，則進一步擴大了其在現代建筑中的應用范圍。需要注意的是，其耐高溫能力不高，在高溫環境下會出現體積膨脹甚至裂開的情況，從而引發嚴重的安全問題。因此，在應用花崗巖時，通常是結合其外觀優美及不耐高溫的特點，將其用作裝飾幕墻或者地板的石材。

2.2? 礫巖

礫巖屬于沉積巖中的一種，通常呈現為由礫石膠結而成的形態，而且礫石在礫巖中的占比應當不少于30%。礫巖中除了礫石外，主要是各種碎屑組分，如巖屑、礦物碎屑、砂等。通常來說，礫巖的形成需要滿足三大條件：（1）具有足夠巖屑的源區，這也是最基礎的條件。（2）具有搬運條件，也就是相應的水流。（3）有沉積地區。大量碎屑被搬運到該地區后逐漸沉積，并在外界作用下逐漸形成礫巖。通過對礫巖的特性進行分析，往往能夠充分了解其形成條件中的源區、搬運水流及沉積地區的基礎信息。這是因為在不同的源區母研成粉、搬運方向、沉積速度等因素的影響下，礫巖的巖性也會呈現出各種不同的特征。礫巖大多用于科學實驗，也有少部分用于現代建筑。

2.3? 大理巖

大理巖實際上是變質巖的一種，通常是由石灰巖或白云巖在變質作用下變化而來，名字的來源則是因為其產地為我國大理地區。從外觀上來看，大理巖表面有著各種條紋，而且純大理巖往往呈現出整體性的白色，如果大理巖中包含有雜質的話，從外觀上來看，往往也能發現各種雜色，這就為純大理巖的判斷提供了直接而簡單的方法。大理巖中包含的礦物主要為方解石與白云石，從化學成分上來看的話，碳酸鹽是其主要成分。正因如此，大理巖有一個極為明顯而特別的化學特性，那就是遇稀鹽酸后會產生肉眼可見的氣泡。大理巖雖然結構致密、密度與抗壓強度都較大，但硬度較小，耐磨性也不是很好。純大理石通體白色，使其成為裝飾雕刻的絕佳選擇。自古以來，以大理石為裝飾的建筑很常見，地面、墻面等都可以采用大理石進行裝飾，雕刻雕塑等也可以選擇大理石。

3? ? 巖石特性試驗探討

3.1? 巖石特性試驗概述

巖石特性試驗是以圍繞巖礦樣品進行試驗，從而得到巖石巖性信息和數據，為其他地質工作等提供基礎信息和參照的試驗。簡單來說，目的在于通過各種試驗手段充分掌握巖石巖性。在進行巖石特性試驗時，需要用到大量先進的技術設備，而且根據所需測試巖性的不同，所用到的實驗設備也有所不同。例如在巖心伽馬測試試驗中，就需要用到計算機、自然伽馬射線檢測儀、伽馬鉆頭、傳感器、繪圖打印機等設備，而在巖心流體飽和度的測試試驗中，則需要用到立式電爐、飽和度干餾儀等設備。但不管是測試哪種巖性的試驗，其試驗流程大體上都是一致的。首先是對試樣進行加工，也就是根據實際試驗需求，對遠視巖礦樣品進行加工獲取，從而得到適量用于試驗的均勻的試樣。在得到合適的試樣過后，根據不同試驗的實際需求，按照相應標準進行試驗即可。最后在多次重復試驗結束之后，還需要對實驗結果進行全面分析，即從平均試驗結果、合理性等方面對最終結果進行有效分析，從而確保真實、合理、正確和有效。

3.2? 巖心伽馬測試試驗

在巖心伽馬測試試驗中，首先需要利用伽馬射線檢測儀來對原始礦樣進行取樣，得到試驗用的巖心樣品。在檢查及整理巖心過后，需要依照從上到下的順序正確設置巖心位置，再利用傳送帶將這些巖心逐個通過伽馬探頭，完成對巖心的連續測量工作。在測量工作結束之后，巖心伽馬測試系統會對測試數據進行自動化處理，并繪制出相應的伽馬強度曲線。隨后則需要將該伽馬強度曲線與測井曲線加以對比，從而得到巖心的相應深度并加以歸位。需要注意的是，在得到伽馬強度曲線后，一定要對該曲線的正確性及有效性加以判斷，有必要的話需要通過重復試驗的形式來加以確定。

3.3? 流體飽和度試驗

流體飽和度試驗的原理在于利用高溫使巖石中的油、水蒸出，那么只需要測得其油、水體積，通過校正后得到油體積，再利用公式、計算即可得到油水飽和度。在使用飽和度干餾儀、立式電爐等設備急性試驗時，需要先打開入水及出水閥門，待冷水循環一段時間后再將含油、水的飽和試樣放進巖心筒，并在蓋緊后將巖心筒置于立式電爐中進行加熱。在溫度為120 ℃的情況下加熱到量筒內水的體積不再變化時，則可以將溫度上調為300 ℃，并在量筒中液體體積不再變化時關閉電源。隨后在關閉儀器后讀出量筒中的油、水體積，并取出試樣進行稱重，同時對試樣的孔隙度、密度等數據加以記錄，最后利用測定數據代入公式計算即可得到油和水的飽和度。

3.4? 巖石孔隙度試驗

巖石孔隙度測定試驗是基于孔隙度定義而展開的，也就是只需要知道巖石的空隙空間體積與巖石總體積即可。在實際試驗時，需要用到游標卡尺、巖心杯、夾持器、氣源供給設備等儀器。在獲得試驗樣品后，應當先用游標卡尺測量出鋼圓盤及艷陽的直徑與長度，隨后就可以打開氣源供給設備的樣品閥和放空閥，讓空巖心室氣壓與大氣壓一致。然后將樣品閥與供氣閥關閉，同時打開氣源發與供氣閥，通過調壓閥調節巖心室氣壓后關閉供氣閥。隨后通過打開樣品閥及放空閥的操作，可以記錄得到平衡壓力。在多次重復試驗后，以平均值數據代入并繪制p-v標準曲線，進而得到巖樣空隙空間體積，利用公式計算即可得到巖樣孔隙度。

3.5? 巖石滲透率試驗

滲透率是通過公式Kg計算得到，因此在巖石滲透率測定試驗中，只需要測定得到氣體通過巖樣兩端的壓力p1，p2以及氣體體積流量即可。該試驗的展開對實驗設備有著較高要求，需要使用專業的巖心滲透率測試儀。在進行試驗時，首先需要記錄巖樣的直徑與長度，隨后把巖樣放在夾持器中，通過調節放空閥、氣源閥、換向閥、供壓閥等閥門，可以測得3組不同的水銀柱讀數、孔板壓差計水柱高度的數據。將這3組數據分別代入到公式Kg中進行計算，則可以得到3個Kg值，最后取平均值即為試驗測得的巖樣滲透率。

3.6? 巖石力學性質試驗

巖石力學性質試驗是以測試巖樣物理力學性質為核心目的的試驗，根據試驗地點的不同，可以將其劃分為室內試驗與現場原位測試兩種形式。實際上，巖石力學性質普遍包含了巖石在應力作用下所呈現出的彈性、塑性、韌性等各種性質，因此，其試驗種類也非常多。其中，室內試驗是最常見的試驗類型，其大多是針對巖樣的比重、容重、吸水率、強度、彈性模量、抗壓強度、抗剪強度、抗拉強度等進行測試。以單軸抗壓強度測試試驗為例，其試驗流程就是將巖樣放在壓力機上，然后不斷增加壓力機的壓力，指導試驗被壓壞為止，此時測得的壓力值極為該巖樣的抗壓強度。至于現場原位測試，其實驗內容主要包括對巖石流變性、抗壓強度、抗剪強度等進行測試，同時還包括一系列的應力測試。隨著現代技術的不斷發展，以建模為基礎的模型試驗也逐漸開始用于測試巖石的力學性質。當前，該試驗模式還處于起步完善階段，實際應用不多，而且受限于技術往往也會對模型加以簡化，因此，有效性難以得到保證。

4? ? 結語

綜合上述分析可知，在現代地質工作中，巖石特性試驗的展開是必不可少的，能夠為地質工作乃至相關的建筑工程等提供大量有效的數據和信息。目前，巖石特性試驗主要是圍繞巖石的巖心歸位、流體飽和度、孔隙度、滲透率及物理力學性質展開，正是這些巖石特性的有效測定，為我國地質工作的進步發展提供了良好保障。

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