岩石的非完全弹性体性质

地球物理学研究的对象是地壳中各种不同地质年代、由不同矿物成分组成、结构各异的岩石。显然，地下岩石并非理想弹性体。

岩石中有孔隙和裂缝，并不是连续介质。这些孔隙和裂缝中往往含有油、气、水等不同于骨架成分的物质。而且，孔隙和裂缝的大小、形状和分布都是随机的，所以岩石也不是均匀介质。同时，由于存在沉积的层理、断裂形成的节理等因素，岩石的各向异性情况相当复杂。因此，对于地下岩石来说，描述其弹性力学性质的杨氏模量E、切变模量μ、泊松比σ和体积模量K等参数，以及应力、应变、位移都和理想弹性体有区别。当地下岩石受力变形时，不仅骨架的位移，还要考虑岩石孔隙和裂缝中的流体（油、气、水）的位移，固、液相交界处位移不连续。

图2-1 非完全弹性体的应力和应变关系示意图

岩石具有孔隙性和裂缝性，其中流体部分受力时发生形变的规律不可能与骨架相同，甚至存在着流体在孔隙中的流动和骨架颗粒的相对滑动，使岩石表现出非弹性的特征。

图2-1为非完全弹性体在受单轴方向应力时，应力（τ）与应变（ε）的关系示意图。

图中的Ⅰ段表示，由于要克服介质内部的内摩擦和黏滞，在应力较小的范围内没有测量到应变。图中Ⅱ段应力为中等数值，在一定范围内应力和应变力之间为线性关系。图中的Ⅲ段表示应力较大时，由于发生塑性形变或由于孔隙、裂缝的扩大或延伸，或由于固相骨架部分的稳态破损，应力和应变之间不再保持线性关系，即应变增大更为明显。当应力逐渐减小时，由于材料已发生不可恢复的塑性改变，此时应力和应变不再保持单值关系，即应力增大时得到的曲线同应力逐渐减少时得到的曲线不重合，也即应力和应变之间不是一一对应关系，如图上的Ⅳ段。同时，还可以看到，当应力减小到零值时仍保留有剩余的应变ε₀。表现出非完全弹性体和完全弹性体的又一差别——塑性，即外力完全消失后物体并不恢复到原始状态，而保持剩余形变（即所谓塑性形变）。

另外，对于非完全弹性体，由于有内摩擦和黏滞还会产生弛豫现象，即应力和应变具有不同的相位。也就是说，应变到达最大值的相位（或时间）与应力达到最大值的相位（或时间）并不相同，而是相差一个相位移（时间）因子。

岩石类地质体还有一个重要的特点是，岩石的等效杨氏模量E、切变模量μ、泊松比σ和体积模量K等参数都是随时间而改变的。因此，将岩石近似看成弹性介质，它是一种非完全弹性体。