岩盐沉淀对咸水层二氧化碳地质封存注入过程的影响:以江汉盆地为例

依托江汉盆地基础地质和水文地质数据,通过建立新沟嘴组一维、二维径向数值模型,对该储层进行CO2封存注入数值模拟研究,分析二氧化碳注入储层后,咸水层中发生的地球物理化学作用.以CO2的溶解作用和岩盐的沉淀作用为主,分析它们对储层压力和注入性的影响.模拟结果表明,二氧化碳注入储层后,近井周围会形成3个分区,即纯液相区、两相混相区、盐沉淀区;盐沉淀会导致压力积累严重,影响CO2可注入性;对盐度的敏感性分析表明,咸水含水层盐度越大,压力积累会越严重.因此,江汉盆地CO2地质封存应考虑盐度的影响,采取相关缓解压力积累的措施.     

岩屑回注的数值模拟方法

岩屑回注技术经济环保,但其发展时间较短且浆液流变学性质复杂。为探究浆液与地下水流动系统的相互作用,开发模拟器,建立孔隙/裂隙介质中宾汉流体型浆液的岩屑回注三维全隐式积分有限差分模型,通过流体状态方程编程实现其运移模拟。模拟器综合考虑了浆液的非牛顿流动过程,浆液与水的混合流动过程,浆液与水混合流体的沉淀与稀释过程,沉淀对地层孔隙度、渗透率的影响。从而实现对三维非结构网格、非均质孔隙/裂隙介质中的浆液运移情况的数值模拟,在不同岩性、浆液性质、注入条件下,分析浆液运移规律、地层压力分布、盖层封闭性,预测回注储量,确定最优回注方案,评估潜在风险。通过理想模型展示模拟器功能,发现浆液在停注期产生大量沉淀堵塞地层,因而间歇回注会使得地层压力激增而更快达到破裂压力。实际工程中应特别注意短周期间歇注入对地层的损害。     

CO_2注入下岩层变形和流体运移分析(I):两相流-岩层耦合模型

目前国内关于CO2咸水层封存尚处于先导性和试验性研究阶段,对超临界CO2注入过程中岩层力学响应和流体运移的理论与技术方面的认识还不完善。为研究CO2注入下岩层变形和流体运移,基于两相流动数学模型,给出了超临界CO2和咸水质量守恒方程;采用毛细压力和有效饱和度的关系式,将质量守恒方程变换成以毛细压力为变量的表达式,以便于考虑流体压力对岩层的影响。提出了无流体压力影响下的岩层力学本构模型,该模型能够同时考虑岩层的塑性变形和损伤。分析了两相流体-岩层相互作用机制:一方面,采用有效应力原理,考虑流体压力对岩层的力学影响;另一方面,通过岩层固有渗透率变化考虑岩层变形对流体运移的影响。     

数值模拟在CO2地质封存示范项目中的应用

CO2深部咸水层地质封存被认为是减缓温室效应的一种有效的工程技术手段。针对神华鄂尔多斯105 t/a CO2捕集与封存(CCS)示范项目,用数值模拟方法对CO2在地层中的运移过程进行了详细地刻画,分析了CO2的流动迁移、地层压力积聚过程及地层封存潜力。数值模型不但可以为工程的顺利进行提供技术支撑,而且可以节省人力财力。首先,根据实际监测数据对模拟参数进行校准,得到了合适的压力拟合曲线,确定了主要的水文地质参数。然后,对为期3 a的CO2续注工程进行预测,详细分析了CO2的晕扩散、溶解情况、地层压力变化情况、储层封存潜力等。得到如下结论：CO2在3 a内的最大迁移距离约为350 m;水裂可以有效提高CO2的注入性;隔离层能有效防止CO2逃逸。研究表明,尽管鄂尔多斯盆地属于低渗咸水层仍然能够有效安全地封存CO2。     

二氧化碳地质封存瞬时非达西流井筒泄漏模型研究

二氧化碳地质封存的有效性和持久性依赖于地层的完整性,废弃井的存在是潜在的CO2逃逸路径,需要了解流体在井中的流动过程,才能确保封存的安全性。使用最近开发的TOUGH2系列软件的T2Well/ECO2N模块进行研究,此模块利用DFM模型(Drift Flux Model)考虑流体的相间滑移过程,能够更为精确地描述高速多相井流过程。笔者以我国首个CCS示范项目———神华10万吨/年CCS项目为背景,对CO2潜在的井泄漏情况进行了模拟研究,了解泄漏过程中压力和流体速度等参数的变化过程,并对系统压力、盐度(井底增加0.1MPa、1Mpa和改变储层盐度)参数进行了敏感性分析。结果表明:井筒中的流体传播速度极快,难以用达西流描述;井筒浅部出现二氧化碳的相态转变;二氧化碳的大量累积使得气体饱和度、压力、气液相流量和密度等参数出现明显波动;压力和盐度的是气液相流量和流速的敏感参数。     

CO2流体与金矿化：流体包裹体的证据

在世界的各种类型的金矿包括石英脉型、网脉型以及蚀变岩型金矿床中均见到H2O.CO2:和富含CO2的包裹体.在金矿的围岩蚀变中见到碳酸盐化、黄铁矿化、绢云母化和硅化,说明Au的成矿流体中有C2O和硫等这些组分.金矿床中的C2O流体包裹体有以下特点:(1)在金矿床中常见四类包裹体即水溶液包裹体、H2O-CO2包裹体、富CO2包裹体和含NaC1子矿物包裹体,但以前三者为主,这四类包裹体可以在一起分布,常见水溶液包裹体和CO2包裹体分别分开分布,常单独成行分布,显示出成矿流体的相分离.(2)CO2包裹体与自然金的关系,可以见到自然金与富CO2包裹体分布在同一行上,或者CO2流体与自然金产在一起,或者自然金分布于CO2包裹体中,说明Au是与CO2同时搬运和沉淀的.(3)对金矿中的流体包裹体成分分析表明,除Au、H2O和CO2是流体的主要成分外,还有少量的CH4、H2S和N2等.H2S和H2CO3的相图研究表明,Au的络合物可能是AuHS或AuH2S,这种Au的络合物只有在CO2作为缓冲剂的热液中其溶解度最大,这样的热液就是Au的成矿流体.这种流体在上升过程中与围岩发生交代作用形成蚀变,并且流体发生了相分离,分出相对富含H2O的流体和相对富含CO2的流体,Au在这种相分离的过程中与CO2一起沉淀下来,形成金矿.     

滞后现象对CO_2深部咸水层地质封存的影响

在CO2封存到深部咸水层的过程中,由于多相流体性质的不同,相对渗透率和毛细压力不仅和当前区域流体的饱和度有关,还和流体经历的过程及历史饱和度有关,在相对渗透率和毛细压力特征曲线中表现出滞后现象。作为重要的参数,大多数通用数值模拟软件并未考虑相对渗透率和毛细压力滞后的现象,然而实际中滞后现象对CO2在咸水层中运移变化具有重要的影响,特别是在停止注入后的吸湿过程中。设计两种方案分别对应无滞后效应和滞后效应,采用数值模拟的方法,利用TOUGH+CO2进行模拟。结果表明,相对渗透率和毛细压力计算函数的选择对模拟结果具有重要的影响。在盖层封闭性能较好的情况下,两种方案CO2封存总量相同,但封存CO2存在相态比例不同。由于方案中考虑的流体驱替过程不同以及模型区域残余气相饱和度的不同,相应的相对渗透率和毛细压力特征变化曲线不同,表现出CO2气相饱和度分布的差异,考虑滞后效应的方案描述了相对渗透率与毛细压力随气液两相相互驱替过程的变化,因此在咸水层封存CO2的数值模拟中,应该引入相对渗透率和毛细压力滞后现象相关的计算,使得描述CO2在地层中的运移变化过程更准确。     

藏南马扎拉金-锑矿床:成矿流体性质和成矿物质来源

马扎拉金-锑矿床是藏南巨型金-锑成矿带的重要组成部分,其矿床成因目前仍存在不同认识.通过主要矿石和蚀变围岩的岩相学、矿相学、流体包裹体和稳定同位素分析,探讨了马扎拉金-锑矿床的成矿流体性质、矿质迁移和沉淀机制.结果表明,马扎拉金-锑矿床成矿流体主要来自岩浆水,主成矿期流体为中温(约255℃)、低盐度(2.8%~3.5%NaCleqv)、富CO2流体,成矿压力约150 MPa,流体演化过程中的CO2与水的不混溶是造成矿质沉淀的主要原因,成矿金属主要来源于地层,特别是区域广泛分布的海相火山岩地层.     

构造成矿非线性动力学:1.递增应力流变学模型

本文提出了构造成矿作用动力学研究的递增应力流变学方法。利用该方法将构造变形、应力、流体流动、地球化学反应及成岩成矿作用等多过程耦合起来，可以从多种地质过程的耦合与反馈作用对构造成矿的动力学演化过程进行１～３维数值模拟。模拟的主要内容是在各种过程耦合作用下，以下描述构造成矿体系的主要变量的时空演化：（１）与成矿流体的形成和性质有关的变量，如地层中矿物（包括成矿物质）的溶解速率、流体中各组分的浓度与饱和度、流体温度、压力、离子强度等；（２）与构造变形和流体运移有关的各变量，如应力与变形速率、岩石孔隙度、构造（断裂）渗透率等；（３）与沉淀成矿有关的变量，如矿物（金瞩矿物和脉石矿物）的成核速率、各矿物的沉淀量等；（４）上述各有关变量间的时空耦合关系，如断裂渗透率时空演化与流体流动、汇聚和成矿的耦合关系等。     

四川盆地东北部三叠系飞仙关组硫酸盐还原作用对碳酸盐成岩作用的影响

四川盆地东北部三叠系飞仙关组存在广泛的硫酸盐还原作用,同时地层中也存在锶含量异常高的成岩流体。研究表明:热化学硫酸盐还原作用（TSR）和（或）细菌硫酸盐还原作用（BSR）造成的SO42-离子的消耗对成岩孔隙流体中SrSO4溶解度的改变是三叠系中高Sr成岩流体的形成机制之一,该机制使得孔隙流体从白云石化作用和碳酸盐矿物的新生变形作用中获得的Sr在流体中以高浓度的Sr2+形式存在,并使之在流体中极度富集,这也是四川盆地东北部三叠系中大型和超大型天青石矿床的形成机制之一。H2S和CO2是硫酸盐还原作用的重要产物,不同温度条件下溶于水中的H2S和CO2,与不溶于水的气体分子之间的平衡反应H2S（aq）H2S(g)和CO2(aq)CO2(g)的平衡常数和吉布斯自由能增量计算表明,当温度从25℃升高至220℃时,两个反应的平衡常数分别大致从10增至240和从20增至500,两个反应的平衡常数都始终大于1,说明H2S和CO2更趋向于以气体形式存在,同时温度越高,系统中以气体形式存在的H2S和CO2会越多,溶解于水中的H2S和CO2会越少,因而在深埋藏的高温条件下,H2S和CO2对碳酸盐矿物的溶解能力可能相对很小。相对低温的成岩环境、高温流体的向上和侧向运移、构造抬升、富氧流体与含有H2S流体的混合以及金属硫化物的沉淀是提高含H2S和（或）CO2流体对碳酸盐矿物溶解能力的五个途径。因此,与较早成岩阶段相对浅埋藏环境的碳酸盐溶解作用有关的H2S和CO2流体可能与细菌硫酸盐还原作用（BSR）关系更为密切;断层或其它流体运移通道是高温含有H2S和CO2流体向上运移的基础条件,具有原生孔隙度和渗透率的礁、滩相高能沉积物也是流体发生侧向运移的先决条件;大幅度的构造抬升造成的地层温度降低是提高含H2S和（或）CO2地层流体对碳酸盐矿物溶解能力的重要因素,地壳抬升至近地表造成的古喀斯特作用也可以为H2S的氧化提供良好的地质环境。在有关的勘探中应注意:在断层等流体运移通道造成高温含H2S和CO2流体向上运移的条件下,与之有关的构造低点应该是主要的勘探目标;在燕山运动导致的地层抬升并导致深部热流体降温的条件下,与之有关的构造高点应该是主要的勘探目标,应分别对待。     

土压缩模量预测回归分析方法

在土压缩模量Es的分析计算中,常用的分析方法是根据土的e-p曲线试验资料建立公式求解,本文引入了数学上的回归分析方法来探讨Es与其它各项物理力学指标参数之间的相关关系,旨在找出对Es影响最显著的指标参数,并建立最优回归方程式,以此来预测Es。研究结果表明:该方法通用性强,应用范围广,亦可推广应用于其它相关领域。     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

Causes of salinization of the Gulf of Taganrog

Using the database of automatic hydrometeorological stations, installed in the Don RIver delta and Taganrog Bay seashore, the sources of the anomalois scale water negative surge and salinization of the Azov Sea under conditions of low river flow in 2015–2016 are studied. The new schemes of stratification and advection of salty sea waters in the Don River mouth under different weather conditions, water discharge and levels are given.     

地震次生地质灾害风险评估集对态势分析

5．12四川汶川8级强震引发了大量次生地质灾害,加剧了灾情并严重影响抗震救灾。地震次生地质灾害受多重因素制约,其孕育与致灾过程具有不确定性。利用集对分析原理与方法,对地震次生地质灾害进行同异反态势分析,拟定了风险评估的集对分析同一度、差异度、对立度等指标体系的构建原则与赋值标准,对承灾体系统的不确定性及其作用作了刻画与分析,建立了不同风险分区代表性的集对分析联系度表达式,为地震灾害研究提供了可资借鉴的新思路和技术方法。     

下扬子区三叠纪古地理演化

下扬子区在三叠纪期间接受了早-中三叠世海相碳酸盐沉积、中-晚三叠世海陆交互相和陆相湖沼沉积.沉积相带的空间分布和古地理格局的变迁明显地受到区域构造的控制.区内盆地发育与演化是在华南板块与扬子板块、扬子板块与华北板块相互作用的背景下进行的.早-中三叠世末期的印支运动是下扬子区构造-古地理格局改变的决定性因素,使下扬子海盆闭合,沉积类型由海相沉积变为陆相沉积.下扬子区三叠纪古地理的演化特征也为板块碰撞提供了沉积证据.     

多年冻土融沉性分类研究

在冻土工程中,冻土的融沉性评价是工程地质勘察的主要内容之一,融沉性分类是冻土地基基础设计施工的重要依据．根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据,提出了细砾、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土的融沉系数一含水量或融沉系数一超塑含水量线性回归方程式,得到与各融沉性分级相应的界限含水量或界限超塑含水量．最后...