岩石物理学是地球物理学及相关专业的重要基础课程，重点阐述岩石中的流体运动及岩石变形、声学、电学、磁学、热学性质。经典的岩石物理学是在难以获得岩石内部结构的条件下，基于大量实验并结合理论推导建立起来的。近二三十年发展起来的数字岩石物理学，通过新技术获得岩石内部精细结构，结合数值模拟技术，助力岩石各种物理学特性的深入研究，提供前所未有的岩石物理学研究新视角。本书在经典岩石物理学内容基础上，加入数字岩石物理学的概念、方法及应用，给学生提供从传统到前沿的岩石物理学知识。
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第1章 岩石及其基本特征 1
1.1 岩石的结构特征与成因 1
1.1.1 岩石的成分 1
1.1.2 岩石的分类及成因 3
1.1.3 成岩过程 6
1.1.4 岩石类型与岩石物理性质 6
1.1.5 岩石的微构造 7
1.2 岩石的特性 9
1.2.1 多样性 9
1.2.2 多变环境 9
1.2.3 时空尺度变化 10
1.3 岩石物理学 11
1.3.1 岩石物理学的内涵 11
1.3.2 岩石物理学的研究方法 12
1.3.3 岩石物理学研究意义 12
思考题 14
参考文献 14
第2章 岩石数字化技术基础 15
2.1 岩石观测技术概述 15
2.2 X射线微观层析成像技术 16
2.2.1 基本原理 16
2.2.2 不同设备 17
2.2.3 从投影图像到三维结构 19
2.3 三维CT图像处理 23
2.3.1 三维图像数据特征 23
2.3.2 图像处理流程 25
2.3.3 岩石三维结构显示 27
2.4 逾渗理论基本概念 30
2.4.1 逾渗与团簇 30
2.4.2 连通性与逾渗阈值 32
2.4.3 基于逾渗理论的CT图像分析 35
2.5 数字岩石发展与应用 37
2.5.1 发展历程 37
2.5.2 结构的表征 38
2.5.3 岩石结构与物性关系 41
思考题 41
参考文献 41
第3章 岩石中孔隙与流体运移 43
3.1 孔隙与孔隙度 43
3.1.1 孔隙结构 43
3.1.2 孔隙结构指标 44
3.1.3 孔隙度的测量 46
3.2 达西定律和渗透率 48
3.2.1 渗流假设与等效体 48
3.2.2 达西定律 49
3.2.3 渗透率 50
3.2.4 达西定律的适用范围 51
3.2.5 渗透率的测量 52
3.3 孔隙度-渗透率关系 54
3.3.1 实验结果与拟合 54
3.3.2 等效管道模型 55
3.3.3 Kozeny-Carman关系 57
3.3.4 Pittman经验公式 58
3.4 渗透率影响因素 58
3.4.1 岩性差异 58
3.4.2 压力 59
3.4.3 温度 60
3.4.4 逾渗模型 61
3.5 多相流概念 62
3.5.1 饱和度与相对渗透率 62
3.5.2 润湿性 64
3.6 基于数字岩石的孔隙流体研究 66
3.6.1 基本方法 66
3.6.2 应用实例 68
3.7 孔隙流体的影响 73
思考题 73
参考文献 74
第4章 岩石变形特征与本构 76
4.1 应变 76
4.1.1 基本概念 76
4.1.2 应变的基本分类及定义 77
4.1.3 从位移矢量到应变张量 78
4.1.4 三维应变分析 81
4.1.5 应变率 83
4.1.6 自然界中的应变与应变率 84
4.2 应力 85
4.2.1 力的定义 85
4.2.2 一点的应力状态 86
4.2.3 应力张量 86
4.2.4 应力单位与符号 89
4.2.5 主应力与应力不变量 89
4.2.6 偏应力 91
4.2.7 应力莫尔圆 91
4.3 岩石本构的基本概念 93
4.3.1 本构概念 93
4.3.2 岩石变形特征 94
4.4 一般弹性本构 95
4.4.1 广义胡克定律 96
4.4.2 主要弹性参数 97
4.4.3 应力-应变关系的简化 99
4.4.4 弹性本构在地球科学中的应用 100
4.5 塑性与屈服 102
4.5.1 典型单轴应力-应变曲线 102
4.5.2 单轴塑性本构 103
4.5.3 塑性本构在地球科学中的应用 104
4.6 黏性与流变 104
4.6.1 黏性定义与特征 105
4.6.2 岩石的黏性 106
4.6.3 非完全黏性本构 107
4.6.4 黏性本构在地球科学中的应用 109
4.7 空间平均模型 109
4.7.1 沃伊特平均和罗伊斯平均 110
4.7.2 其他平均 112
4.8 孔隙弹性 113
4.8.1 孔隙介质压缩性 113
4.8.2 含水孔隙介质压缩性 118
4.8.3 有效应力定律 120
4.9 基于数字岩石的本构分析 121
4.9.1 基本方法 121
4.9.2 应用实例 124
思考题 127
参考文献 128
第5章 岩石的破裂和摩擦 130
5.1 破裂类型及过程 130
5.1.1 岩石破坏的类型 130
5.1.2 岩石破裂过程及观测 132
5.2 岩石破裂的力学分析 139
5.2.1 库仑准则 139
5.2.2 其他破裂准则 142
5.2.3 圆孔应力集中及应用 143
5.2.4 断裂力学概念 146
5.2.5 损伤力学概念 148
5.3 岩石强度及影响因素 150
5.3.1 岩石强度与实验测试 150
5.3.2 岩石强度的影响因素 153
5.4 岩石的摩擦滑动 156
5.4.1 摩擦理论基础 156
5.4.2 拜尔里定律 159
5.4.3 岩石摩擦实验 161
5.4.4 影响岩石摩擦的因素 163
5.4.5 失稳准则与粘滑 165
5.5 地应力与岩石受力状态 169
5.5.1 自重应力与构造应力 169
5.5.2 地应力测量 171
5.5.3 岩石圈强度极限范围 176
5.6 基于数字岩石的破裂和摩擦研究 183
5.6.1 基本方法 183
5.6.2 应用实例 184
思考题 188
参考文献 188
第6章 岩石中波的传播 190
6.1 岩石中的波 190
6.1.1 岩石中体波的类型和特点 190
6.1.2 波在介质分界面上的反射、透射和折射 191
6.1.3 有界介质中的波及岩石波速测量 193
6.2 岩石中波速特征及影响因素 195
6.2.1 不同岩性岩石的波速 195
6.2.2 波速与密度和矿物成分的关系 196
6.2.3 波速与孔隙度及饱和度关系 197
6.2.4 波速与温度、压力的关系 199
6.2.5 波速比 201
6.3 岩石中波的衰减 201
6.3.1 损耗比 202
6.3.2 品质因子 202
6.3.3 衰减系数 203
6.3.4 吸收衰减特性表征参数之间的关系 205
6.3.5 影响声波（地震波）吸收衰减的因素 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 空间平均模型 209
6.4.3 时间平均模型 209
6.4.4 裂纹模型 210
6.4.5 球堆模型 211
6.4.6 孔隙流体流量模型 211
6.5 基于数字岩石的地震波特征研究 212
6.5.1 基本方法 212
6.5.2 应用实例 214
思考题 215
参考文献 215
第7章 岩石的其他性质 217
7.1 岩石的热学性质 217
7.1.1 热传导方程 217
7.1.2 岩石中的热源 218
7.1.3 岩石的热导率、比热和热膨胀系数 219
7.1.4 岩石热导率和比热的影响因素 222
7.2 岩石的磁性 226
7.2.1 物质的磁性 226
7.2.2 矿物的磁性 229
7.2.3 岩石的磁性 230
7.3 岩石的电学性质 233
7.3.1 岩石电阻率的影响因素 233
7.3.2 矿物岩石电阻率变化范围 236
7.3.3 沉积岩电阻率的各向异性 237
7.4 基于数字岩石的电、热特征研究 239
7.4.1 基本方法 239
7.4.2 应用实例 240
思考题 245
参考文献 246
第8章 岩石物理实验方法与设备 248
8.1 岩石孔隙表征 248
8.1.1 压汞法实验原理 248
8.1.2 压汞实验设备及步骤 251
8.2 渗透率测量方法 253
8.2.1 稳态法 253
8.2.2 脉冲法（瞬态法） 255
8.2.3 周期加载法 256
8.2.4 气体滑脱效应及校正 256
8.3 单轴压缩实验 257
8.3.1 样品应力-应变的测量 257
8.3.2 单轴抗拉强度的测量 258
8.3.3 单轴抗压强度 259
8.3.4 有侧限单轴压缩实验 260
8.4 三轴压缩实验 261
8.4.1 常规三轴实验 262
8.4.2 真三轴实验 263
8.5 摩擦实验 264
8.5.1 常规直剪实验 265
8.5.2 围压剪切实验 265
8.5.3 双剪切实验 267
8.5.4 环剪实验 267
8.6 声发射技术 268
8.6.1 岩石波速与动态弹性常数测量 268
8.6.2 被动声发射探测 270
8.6.3 声发射成像 272
参考文献 274
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