第一讲：岩石可钻性与研磨性

1岩石破碎原理与方法2课程主要内容第一讲岩石可钻性与研磨性第二讲岩石破碎基本原理第三讲钻井岩石破碎方法3第一讲岩石可钻性与研磨性1.1岩石分类1.2岩石可钻性1.3岩石研磨性1.4岩石脆塑性岩石破碎原理与方法41.1岩石的分类一、造岩矿物矿物：地壳中的化学元素（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁）在各种地质作用下形成的自然产物（自然元素和化合物）。具有固定的化学成分和确定的物理性质，一般为晶体结构。矿物的物理力学性质：光学性质：矿物对光的吸收、反射、折射以及光在矿物中传播的性质，主要有矿物的颜色、条痕、光泽和透明度等。力学性质：矿物受外力作用，如刻划、摩擦、打击、弯曲时显示出来的性质包括解理、断口、硬度密度等矿物莫氏硬度标：滑、石、方解、萤、磷、长、石英、黄玉、刚、金刚5分类名称化学成分密度莫氏硬度解理晶形硅酸盐类正长石KAlSi3O82.576两组中等解理柱状、板状斜长石NaAlSi3O82.626两组完全解理板状或板柱状石英SiO22.657极不完全解理六方体状白云母KAl3SiO10(OH)22.7~3.12~2.5一组完全解理片状黑云母K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)22.8~3.22.5~3一组完全解理假六方板状和短柱状角闪石Ca2(Mg,Fe,Al)5(AlSi)8O22(OH)23.25~6两组完全解理柱状辉石Ca(Mg,Fe,Al)(Al,Si)2O63.2~3.45~6两组中等解理短柱状、板状橄榄石(Mg,Fe)2SiO43.2~4.16.5极不完全解理粒状、板状碳酸盐类方解石CaCO32.723.0三组完全解理菱面体白云石CaMg(CO3)22.853.5~4三组完全解理菱面体硫酸盐类石膏CaSO4·2H2O2.322一组完全解理板状硬石膏CaSO42.93~3.5三组完全解理长方体氧化物赤铁矿Fe2O35.186一组完全解理板、片状或菱面体粘土类高岭土Al4(Si4O10)(OH)82.652~2.5一组完全解理晶体微小其它岩盐NaCl2.162.5三组完全解理立方体主要造岩矿物一览表一、造岩矿物1.1岩石的分类6二、岩石分类岩石：一种或多种造岩矿物颗粒的集合体。颗粒之间或者由直接接触面上的联系力联结，或者由外来的胶结物胶结。岩石按照其成因可分为三大类：（1）岩浆岩(火成岩)：由岩浆（硅酸盐熔体）冷凝而成，占地壳体积95%。如玄武岩、花岗岩、珍珠岩等。（2）变质岩：已经形成的岩浆岩和沉积岩受高温、高压的作用，或外来物质加入，改变了原来的成分和结构，变成新的岩石。如石灰岩→大理岩；页岩→板岩；砂岩→石英岩等。（3）沉积岩：母岩风化后产物经过搬运、沉积及成岩作用而形成的岩石，占地表体积的75%。如泥岩、砂岩、石灰岩等。这类岩石都成层状，最先沉积者在下部，时代较老；层次愈上者，则时代愈新，这叫做叠置层法则。1.1岩石的分类7三、岩浆岩常见喷出岩：玄武岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩①深成岩：岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km)冷凝而成的岩石。由于地下压力和温度较高，温度降低缓慢，矿物结晶好。常见深成岩：花岗岩②浅成岩：岩浆沿地壳裂缝上升距地表较浅处冷凝而成的岩石。由于浅层压力和温度较低，温度降低较快，矿物结晶较细。常见浅成岩：花岗斑岩、金伯利岩③喷出岩（火山岩）：岩浆沿地壳裂缝一直上升喷出地表冷凝而成的岩石。在地表条件下，温度降低迅速，矿物来不及结晶或结晶较差，肉眼不易看清楚。1.岩浆岩的分类1.1岩石的分类8根据SiO2含量分：超基性岩：SiO2含量45%，以含橄榄石、辉石为主，颜色很深，比重很大，如橄榄岩等。基性岩：SiO2含量45~52%，以含斜长石、辉石为主，颜色深，比重大，如玄武岩、辉绿岩等中性岩：SiO2含量52~65%，以正长石、斜长石、角闪石为主，颜色较深，比重较大，如安山岩、闪长岩等。酸性岩：SiO2含量65%，以石英、正长石为主，颜色浅，比重轻。如花岗岩等。组成岩浆岩的矿物，根据颜色，可分为浅色和深色两类：浅色矿物：石英、正长石、斜长石和白云母深色矿物：黑云母、角闪石、辉石和橄榄石。2.岩浆岩的矿物组成三、岩浆岩1.1岩石的分类9三.岩浆岩3.岩浆岩的结构特征岩浆岩的结构：是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形状及其相互结合的情况。按结晶程度分：全晶质结构、半晶质结构、玻璃质结构按晶粒相对大小分：等粒结构（全晶质）不等粒结构（全晶质）斑状结构（半晶质）按晶粒绝对大小分：粗粒结构（5mm）中粒结构（5~2mm）细粒结构（2~0.2mm）微粒结构（0.2mm）1.1岩石的分类10三、岩浆岩4.岩浆岩的构造特征岩浆岩的构造：是指矿物颗粒在岩石中的组合方式和空间分布情况。岩浆岩常见构造：块状构造：矿物分布杂乱无章，呈致密块状。如花岗岩等。流纹状构造：由于熔岩流动，由一些不同颜色条纹和拉长气孔等定向排列所形成的流动状构造。仅出现于喷出岩中，如流纹岩等。气孔状构造：岩浆凝固时，挥发性气体未能及时逸出，在岩石中留下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。杏仁状构造：岩石中的气孔被后期矿物（如石英、方解石等）填充所形成的形似杏仁的构造。如某些玄武岩和安山岩。条带状构造：矿物颗粒呈条带状分布。1.1岩石的分类11三、岩浆岩4.岩浆岩的构造特征1.1岩石的分类12三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（1）花岗岩为深成侵入岩，属酸性岩类。多呈肉红色、灰色或灰白色。矿物成分主要的为石英和正长石，其次有黑云母、角闪石和其他矿物。全晶质等粒结构（也有不等粒或似斑状结构），块状构造。1.1岩石的分类13三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（2）玄武岩1.1岩石的分类是喷出岩，属基性盐类。灰黑至黑色。主要矿物为斜长石和辉石，其次有橄榄石、角闪石和黑云母。呈隐晶质细粒或斑状结构，气孔或杏仁状构造。玄武岩致密坚硬、性脆，强度很高。14三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（3）安山岩1.1岩石的分类是喷出岩，属中性岩类。主要矿物为斜长石和角闪石，其次有黑云母和辉石。灰色、紫色或灰紫色。斑状结构，斑晶常为斜长石。气孔状或杏仁状构造。15三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（4）橄榄岩1.1岩石的分类由橄榄石和辉石组成的超基性深成岩，。橄榄石含量可占40％～90％，有时含少量铬铁矿、磁铁矿、钛铁矿或磁黄铁矿。颜色常呈深绿色，具粒状结构，块状构造。天然金刚石产于金伯利岩中，而金伯利岩则是由橄榄岩变成的，所以说橄榄岩是天然金刚石的基本来源。16三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（5）正长岩1.1岩石的分类深成侵入岩，属中性岩类。肉红色、浅灰或浅黄色。全晶质等粒结构，块状构造。主要矿物成分为正长石，其次为黑云母和角闪石，一般石英含量极少。其物理力学性质与花岗岩相似，但不如花岗岩坚硬。17三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（6）闪长岩1.1岩石的分类中性深成侵入岩。灰白、深灰至黑灰色。主要矿物为斜长石和角闪石，其次有黑云母和辉石。全晶质等粒结构，块状构造。闪长岩结构致密，强度高。18三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（7）辉长岩1.1岩石的分类基性深成侵入岩。灰黑至黑色。全晶质等粒结构，块状构造。主要矿物为斜长石和辉石，其次有橄榄石。角闪石和黑云母。强度高19三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（8）流纹岩1.1岩石的分类酸性喷出岩，呈岩流产出。矿物成分与花岗岩相同。常呈灰白、紫灰或浅黄褐色。具典型的流纹构造，斑状结构，细小的斑晶常由石英或长石组成。在流纹岩中很少出现黑云母和角闪石等深色矿物。20三、岩浆岩5.常见岩浆岩的类型（9）凝灰岩1.1岩石的分类是一种火山碎屑岩，其组成的火山碎屑物质有50%以上的颗粒直径小于2毫米，成分主要是火山灰。颜色多样，有黑色、紫色、红色、白色、淡绿色等。根据其含有的火山碎屑成分，可以分为：晶屑凝灰岩；玻屑凝灰岩；岩屑凝灰岩。凝灰结构，块状构造。岩石坚硬。21①碎屑岩母岩风化后的碎屑物质经机械沉积作用形成的岩石。由碎屑颗粒与胶结物胶结而成。包括砾岩、砂岩、粉砂岩等。③化学岩母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用形成的岩石。包括石灰岩、白云岩、石膏、岩盐和生物化学岩等。沉积岩在地壳中占5%；在地表中占75%。在沉积岩中，泥岩占60%，砂岩占30%，碳酸盐岩居第三位。四、沉积岩1.沉积岩的分类②粘土岩主要由粘土矿物及其他矿物的粘土粒组成的岩石，如泥岩、页岩等。1.1岩石的分类22四、沉积岩2.沉积岩的物质组成碎屑物质由先成岩石经物理风化作用产生的碎屑物质组成。（原生矿物的碎屑、岩石的碎屑、火山灰等）。粘土矿物含铝硅酸盐类矿物的岩石经化学风化作用形成的次生矿物，如高龄石、蒙脱石、伊利石等。这类矿物的颗粒极细（＜0.005mm），具有很大的亲水性、可塑性及膨胀性。化学沉积矿物纯化学作用或生物化学作用，从溶液中沉淀结晶产生的沉积矿物。如方解石、白云石、石膏、石盐、铁和锰的氧化物或氢氧化物等。1.1岩石的分类233.沉积岩的结构特征指组成物质、颗粒大小及形状、胶结情况等方面的特点。①碎屑结构：由碎屑物质被胶结物胶结而成。按碎屑粒径的大小，可分为：—砾状结构碎屑：粒径大于2mm。磨圆程度分：角砾状结构、砾状结构—砂质结构碎屑：粒径介于2～0.1mm之间。2～0.5mm，为粗粒结构，如粗粒砂岩；0.5～0.25mm，为中粒结构，如中粒砂岩；0.25～0.1mm，为细粒结构，如细粒砂岩。—粉砂质结构碎屑：粒径0.1～0.01mm，如粉砂岩。1.1岩石的分类四、沉积岩24①碎屑结构：按胶结物的成分，可分为：—硅质胶结：由石英及其他二氧化硅胶结而成。颜色浅，强度高。—铁质胶结：由铁的氧化物及氢氧化物胶结而成。颜色深，呈红色，强度次于硅质胶结。—钙质胶结：由方解石等碳酸钙一类物质胶结而成。颜色浅，强度比较低，容易遭受侵蚀。—泥质胶结：由细粒粘土矿物胶结而成。颜色不定，胶结松散，强度最低，容易遭受风化破坏。1.1岩石的分类3.沉积岩的结构特征四、沉积岩25①碎屑结构：按胶结方式，可分为：—接触胶结：胶结物含量很少，分布于碎屑颗粒相互接触的地方。—孔隙胶结：胶结物充填于碎屑颗粒之间的孔隙中。—基底胶结：碎屑颗粒彼此不相接触呈漂浮或游离状分散在填隙物内。接触胶结孔隙胶结基底胶结1.1岩石的分类3.沉积岩的结构特征四、沉积岩26②泥质结构几乎全部由小于0.01mm的粘土质点组成。是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。③结晶结构由溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构。由沉淀生成的晶粒极细，经重结晶作用晶粒变粗，但一般多小于1mm，肉眼不易分辨。结晶结构为石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。④生物结构由生物遗体或碎片所组成，如贝壳结构、珊瑚结构等。是生物化学岩所具有的结构由生物遗体或碎片所组成，如贝壳结构、珊瑚结构等。是生物化学岩所具有的结构1.1岩石的分类3.沉积岩的结构特征四、沉积岩27沉积岩最主要的构造是层理构造。层理构造：由于季节性气候的变化，沉积环境的改变，使先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上发生相应变化，从而显示出来的成层现象，称为层理构造。分为水平层理、斜层理和交错层理等。岩层：层与层之间的界面，称为层面。上下两个层面间成分基本均匀一致的岩石，称为岩层。它是层理最大的组成单位。一个岩层上下层面之间的垂直距离称为岩层的厚度。在短距离内岩层厚度的减小称为变薄；厚度变薄以至消失称为尖灭；两端尖灭就成为透镜体；大厚度岩层中所夹的薄层，称为夹层。1.1岩石的分类3.沉积岩的构造特征四、沉积岩281.1岩石的分类3.沉积岩的构造特征四、沉积岩295.常见的沉积岩①砾岩及角砾岩砾状结构，由50％以上大于2mm的粗大碎屑胶结而成。由浑圆状砾石胶结而成的称为砾岩；由棱角状的角砾胶结而成的称为角砾岩。角砾岩的岩性成分比较单一，主要成分为石英和燧石；砾岩的岩性成分一般比较复杂，经常由多种岩石的碎屑和矿物颗粒组成。胶结物的成分有钙质、泥质、铁质及硅质等。渤海湾馆陶底砾岩1.1岩石的分类四、沉积岩30②砂岩砂质结构，由50％以上粒径介于2～0.05mm的砂粒胶结而成。按砂粒的矿物组成，可分为石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩等。按砂粒粒径的大小，可分为粗粒