淺談巖石不同巖性的特性試驗(yàn)分析

　　作為體現(xiàn)巖石基礎(chǔ)性質(zhì)的內(nèi)容，一直以來都是巖石研究工作的基礎(chǔ)及重點(diǎn)內(nèi)容。通過對(duì)巖石巖性加以研究，可以充分了解和掌握其基礎(chǔ)性質(zhì)，進(jìn)而有效了解其所在地層的基礎(chǔ)信息，這也是為什么巖石特性試驗(yàn)長期受到高度重視和關(guān)注的重要原因。其中，巖石特性試驗(yàn)的展開可以為巖石圖的繪制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠?yàn)榈刭|(zhì)圖等提供參考。因此，針對(duì)巖石不同巖性的特性試驗(yàn)展開分析，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　1.巖石特性概述
　　所謂巖性，實(shí)質(zhì)上是指反映巖石特征的一些屬性，既包括巖石的基礎(chǔ)物理屬性，如顏色、成分、結(jié)構(gòu)等，也包括了一些特殊性質(zhì)，比如膠結(jié)類型、礦物質(zhì)等。更為重要的是，巖性也包括了巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，這對(duì)巖層開發(fā)、鉆探、建筑等有著至關(guān)重要的意義。通常來說，巖石根據(jù)自身特性可以被分為三大類，分別是巖漿巖、沉積巖與變質(zhì)巖，而巖漿巖通常被認(rèn)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(jīng)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(chǔ)的巖類，從質(zhì)量上來看的話，地殼質(zhì)量的95%都屬于巖漿巖。巖漿巖本身可以根據(jù)自身酸度和堿度進(jìn)行劃分，尤其是以酸度為基準(zhǔn)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(fēng)化、搬運(yùn)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(zhì)巖，則是在變質(zhì)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(fā)生變化而形成的。
　　2.常見巖石的特性及其實(shí)際應(yīng)用情況
　　2.1   花崗巖
　　花崗巖是極為常見的巖漿巖類型，同時(shí)也是在建筑中得以廣泛應(yīng)用的巖石類型。從顏色上來看，其表面大多呈現(xiàn)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(duì)其進(jìn)行直觀而簡單的判斷。從結(jié)構(gòu)上來看，塊狀構(gòu)造最為常見，少數(shù)呈現(xiàn)出球狀、斑雜構(gòu)造等。從物理性質(zhì)的角度來看，花崗巖本身非常致密，同時(shí)也極其堅(jiān)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(qiáng)度能夠達(dá)到250 MPa等特性的存在，使其成為建筑工程中的良好應(yīng)用選擇。另外，抗酸腐蝕能力強(qiáng)，對(duì)堿侵蝕的抵抗作效果好，耐磨性高，耐久性長等特性，則進(jìn)一步擴(kuò)大了其在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用范圍。需要注意的是，其耐高溫能力不高，在高溫環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)體積膨脹甚至裂開的情況，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全問題。因此，在應(yīng)用花崗巖時(shí)，通常是結(jié)合其外觀優(yōu)美及不耐高溫的特點(diǎn)，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(xiàn)為由礫石膠結(jié)而成的形態(tài)，而且礫石在礫巖中的占比應(yīng)當(dāng)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(qū)，這也是最基礎(chǔ)的條件。（2）具有搬運(yùn)條件，也就是相應(yīng)的水流。（3）有沉積地區(qū)。大量碎屑被搬運(yùn)到該地區(qū)后逐漸沉積，并在外界作用下逐漸形成礫巖。通過對(duì)礫巖的特性進(jìn)行分析，往往能夠充分了解其形成條件中的源區(qū)、搬運(yùn)水流及沉積地區(qū)的基礎(chǔ)信息。這是因?yàn)樵诓煌脑磪^(qū)母研成粉、搬運(yùn)方向、沉積速度等因素的影響下，礫巖的巖性也會(huì)呈現(xiàn)出各種不同的特征。礫巖大多用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，也有少部分用于現(xiàn)代建筑。
　　2.3   大理巖
　　大理巖實(shí)際上是變質(zhì)巖的一種，通常是由石灰?guī)r或白云巖在變質(zhì)作用下變化而來，名字的來源則是因?yàn)槠洚a(chǎn)地為我國大理地區(qū)。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(xiàn)出整體性的白色，如果大理巖中包含有雜質(zhì)的話，從外觀上來看，往往也能發(fā)現(xiàn)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(xué)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(gè)極為明顯而特別的化學(xué)特性，那就是遇稀鹽酸后會(huì)產(chǎn)生肉眼可見的氣泡。大理巖雖然結(jié)構(gòu)致密、密度與抗壓強(qiáng)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(jìn)行裝飾，雕刻雕塑等也可以選擇大理石。
　　3.巖石特性試驗(yàn)探討
　　3.1   巖石特性試驗(yàn)概述
　　巖石特性試驗(yàn)是以圍繞巖礦樣品進(jìn)行試驗(yàn)，從而得到巖石巖性信息和數(shù)據(jù)，為其他地質(zhì)工作等提供基礎(chǔ)信息和參照的試驗(yàn)。簡單來說，目的在于通過各種試驗(yàn)手段充分掌握巖石巖性。在進(jìn)行巖石特性試驗(yàn)時(shí)，需要用到大量先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，而且根據(jù)所需測(cè)試巖性的不同，所用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也有所不同。例如在巖心伽馬測(cè)試試驗(yàn)中，就需要用到計(jì)算機(jī)、自然伽馬射線檢測(cè)儀、伽馬鉆頭、傳感器、繪圖打印機(jī)等設(shè)備，而在巖心流體飽和度的測(cè)試試驗(yàn)中，則需要用到立式電爐、飽和度干餾儀等設(shè)備。但不管是測(cè)試哪種巖性的試驗(yàn)，其試驗(yàn)流程大體上都是一致的。首先是對(duì)試樣進(jìn)行加工，也就是根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求，對(duì)遠(yuǎn)視巖礦樣品進(jìn)行加工獲取，從而得到適量用于試驗(yàn)的均勻的試樣。在得到合適的試樣過后，根據(jù)不同試驗(yàn)的實(shí)際需求，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)即可。最后在多次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)束之后，還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面分析，即從平均試驗(yàn)結(jié)果、合理性等方面對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行有效分析，從而確保真實(shí)、合理、正確和有效。 　　3.2   巖心伽馬測(cè)試試驗(yàn)
　　在巖心伽馬測(cè)試試驗(yàn)中，首先需要利用伽馬射線檢測(cè)儀來對(duì)原始礦樣進(jìn)行取樣，得到試驗(yàn)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(shè)置巖心位置，再利用傳送帶將這些巖心逐個(gè)通過伽馬探頭，完成對(duì)巖心的連續(xù)測(cè)量工作。在測(cè)量工作結(jié)束之后，巖心伽馬測(cè)試系統(tǒng)會(huì)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理，并繪制出相應(yīng)的伽馬強(qiáng)度曲線。隨后則需要將該伽馬強(qiáng)度曲線與測(cè)井曲線加以對(duì)比，從而得到巖心的相應(yīng)深度并加以歸位。需要注意的是，在得到伽馬強(qiáng)度曲線后，一定要對(duì)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(fù)試驗(yàn)的形式來加以確定。
　　3.3   流體飽和度試驗(yàn)
　　流體飽和度試驗(yàn)的原理在于利用高溫使巖石中的油、水蒸出，那么只需要測(cè)得其油、水體積，通過校正后得到油體積，再利用公式、計(jì)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(shè)備急性試驗(yàn)時(shí)，需要先打開入水及出水閥門，待冷水循環(huán)一段時(shí)間后再將含油、水的飽和試樣放進(jìn)巖心筒，并在蓋緊后將巖心筒置于立式電爐中進(jìn)行加熱。在溫度為120 ℃的情況下加熱到量筒內(nèi)水的體積不再變化時(shí)，則可以將溫度上調(diào)為300 ℃，并在量筒中液體體積不再變化時(shí)關(guān)閉電源。隨后在關(guān)閉儀器后讀出量筒中的油、水體積，并取出試樣進(jìn)行稱重，同時(shí)對(duì)試樣的孔隙度、密度等數(shù)據(jù)加以記錄，最后利用測(cè)定數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算即可得到油和水的飽和度。
　　3.4   巖石孔隙度試驗(yàn)
　　巖石孔隙度測(cè)定試驗(yàn)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(shí)際試驗(yàn)時(shí)，需要用到游標(biāo)卡尺、巖心杯、夾持器、氣源供給設(shè)備等儀器。在獲得試驗(yàn)樣品后，應(yīng)當(dāng)先用游標(biāo)卡尺測(cè)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(shè)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(guān)閉，同時(shí)打開氣源發(fā)與供氣閥，通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)巖心室氣壓后關(guān)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(fù)試驗(yàn)后，以平均值數(shù)據(jù)代入并繪制p-v標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)而得到巖樣空隙空間體積，利用公式計(jì)算即可得到巖樣孔隙度。
　　3.5   巖石滲透率試驗(yàn)
　　滲透率是通過公式Kg計(jì)算得到，因此在巖石滲透率測(cè)定試驗(yàn)中，只需要測(cè)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(yàn)的展開對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有著較高要求，需要使用專業(yè)的巖心滲透率測(cè)試儀。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，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(diào)節(jié)放空閥、氣源閥、換向閥、供壓閥等閥門，可以測(cè)得3組不同的水銀柱讀數(shù)、孔板壓差計(jì)水柱高度的數(shù)據(jù)。將這3組數(shù)據(jù)分別代入到公式Kg中進(jìn)行計(jì)算，則可以得到3個(gè)Kg值，最后取平均值即為試驗(yàn)測(cè)得的巖樣滲透率。
　　3.6   巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)
　　巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)是以測(cè)試巖樣物理力學(xué)性質(zhì)為核心目的的試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)地點(diǎn)的不同，可以將其劃分為室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試兩種形式。實(shí)際上，巖石力學(xué)性質(zhì)普遍包含了巖石在應(yīng)力作用下所呈現(xiàn)出的彈性、塑性、韌性等各種性質(zhì)，因此，其試驗(yàn)種類也非常多。其中，室內(nèi)試驗(yàn)是最常見的試驗(yàn)類型，其大多是針對(duì)巖樣的比重、容重、吸水率、強(qiáng)度、彈性模量、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等進(jìn)行測(cè)試。以單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)為例，其試驗(yàn)流程就是將巖樣放在壓力機(jī)上，然后不斷增加壓力機(jī)的壓力，指導(dǎo)試驗(yàn)被壓壞為止，此時(shí)測(cè)得的壓力值極為該巖樣的抗壓強(qiáng)度。至于現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括對(duì)巖石流變性、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還包括一系列的應(yīng)力測(cè)試。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，以建模為基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)也逐漸開始用于測(cè)試巖石的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)前，該試驗(yàn)?zāi)Ｊ竭€處于起步完善階段，實(shí)際應(yīng)用不多，而且受限于技術(shù)往往也會(huì)對(duì)模型加以簡化，因此，有效性難以得到保證。