水膜理论在致密低渗透砂岩储层改造中的应用

致密低渗透砂岩储层一般以高含水为特征,其中缚水以水膜和毛管水形式存在。本文针对这些特点,从水膜形成、存在的物理化学机理出发,着重讨论水膜的性质及其对流体渗流的影响,并考虑以减小水膜厚度和改变水膜性质为思想基础进行致密低渗透砂岩储层改造。     

一个岩溶泉的动态研究

岩溶水运动的性质远比孔隙水、裂隙水复杂。当前研究岩溶水运动的重要课题之一是通过研究岩溶含水介质的特征和岩溶水运动的性质建立起岩溶水运动的基本水文地质模型。近些年来许多区域性研究逐渐揭示出岩溶含水层具有宏观的双重介质的性质。通常岩溶水的水位变化十分剧烈,一般不能忽略它们的非稳定流特征。因此在一些天然条件下,岩溶水运动可以近似地看做宏观双重介质内的非稳定流运动。本文打算用老庄子泉动态资料表述一下宏观双重介质非稳定流水文地质模型的一些特征,并从这一模型出发进而讨论一下老庄子泉动态成因的一些问题。     

用收缩试验资料间接估算压力板试验中的体积含水量

土水特征曲线是表征非饱和土基本性质的重要曲线之一,一般由压力板试验测定。膨胀土试样在压力板试验中体积变化很大,且其体积变化值又不得而知,故只能得到其重力含水量与基质吸力的关系。本文建议用收缩试验资料来间接估算压力板试验中试样的体积含水量,从而可得到用体积含水量与基质吸力关系表达的土水特征曲线。     

加强深层地下水资源的研究工作

一、深层水的若干基本性质所谓深层水是指埋藏于地壳较深部位岩层中承压水的统称.是相对浅层地下水而言的,在深度上并无绝对的界限可将两者严格区分,但是二者存在着一系列的差别,对比其差别可把握深层水这个术语的含义.按水的成因,浅层地下水一般均是外生水,主要是渗入成因水;而深层水不仅是外生水,既可是沉积成因水(同生的或后生     

盐渍土土水特征曲线测试及预测

作为一种特殊土,盐渍土有着独特的工程性质并由此引发了盐胀、溶陷等工程问题,其发生及发展均与土体含水量密切相关,不同含水量条件下土中的吸力也对土体工程性质有着较大影响.本文选取甘肃酒泉地区的盐渍土,室内利用Ku-pF非饱和导水率仪测试了不同干密度状态下盐渍土试样的土水特征曲线,发现渗透吸力的存在使得盐渍土试样的土水特征曲线转化阶段较一般土平缓,同一含水量条件下土中的吸力较一般土大,土体持水能力有所增强.不同干密度试样土水特征曲线的测试结果表明,干密度增大后土中大孔隙减少,中、小孔隙增多,孔隙连通性变差,导致土样饱和含水量降低,进气值增大,失水速率减慢,土体持水能力有一定增强.对比国内外广泛使用的模型对实测盐渍土土水特征曲线进行拟合,发现Fredlund and Xing模型能较好地反映盐渍土土中吸力与含水量的关系.最后,基于盐渍土的颗粒累积分布曲线及其基本物理指标,依据Fredlund物理-经验预测模型的理论和方法,预测了不同干密度盐渍土的完整土水特征曲线,以期为盐渍土地区土体工程性质的研究和预测提供理论支持和有益参考.     

分子动力学模拟研究未冻水对冰晶体力学性质的影响

冰力学性质的研究在冻土工程、冰工程中都占据极其重要的地位,冰中未冻水含量的变化会导致冰整体性质随之改变。目前,在微观分子尺度上针对冰中未冻水含量控制因素方面的研究尚不充分。本研究通过分子动力学方法模拟了5种温度、3种应变速率、4种晶粒尺寸、3种升温速率下单晶冰与多晶冰的单轴拉伸与压缩试验,研究了不同影响因素下冰晶体力学性质及内部的微观结构变化,揭示了分子尺度上未冻水在冰晶体变形过程中的产生过程与变化规律,以及未冻水比例对冰晶体力学性质影响的内在机理。模拟结果显示,单晶冰力学性质与未冻水比例间的关系不显著,与冰晶体六元环结构的破损程度直接相关。此外,力学性质受温度、应变量、应变速率等多因素影响,且在拉伸和压缩过程中单晶冰均表现出明显脆性破坏,其强度随温度降低和应变速率加快而增强。相比之下,多晶冰力学性质与未冻水比例变化密切相关,且未冻水比例主要受温度、晶粒大小及其界面状态控制。而且,多晶冰对温度和应变速率更敏感,说明晶界处的结构变化对其力学性能起重要作用。与弹性变形不同,晶界滑移、晶粒旋转、非晶化和再结晶等过程主导多晶冰的塑性变形。     

中地壳的地球化学动力学和矿石成因

笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。     

基于核磁共振与氮吸附技术的黄土含盐量对结合水膜厚度的影响研究

结合水膜是一种结合水,对深层黄土渗透与物理力学性质有重要影响,而水膜厚度是其中最为关键的参数。因黄土结构的特殊性及其微观性,结合水膜厚度一般不能通过实验手段直接测得,因此文章基于核磁共振技术与氮吸附试验展开重塑黄土孔隙溶液中含盐量对结合水膜厚度的影响研究。试验结果表明:（1）结合水与自由水的热力学性质不同,低温冻融试验显示黄土内结合水冰点约为-3.3℃,而自由水的冰点则要高于结合水冰点;同时两者在T2驰豫时间上的表现也不相同,通过核磁共振试验分析得到了两者的横向驰豫时间界限-T2截止值为1.65 ms。（2）黄土中结合水膜厚度与土体孔隙溶液内含盐量呈线性负相关,随着含盐量的增加,结合水含量降低,结合水膜厚度不断减小。黄土中含盐量的增加导致结合水膜变薄,水膜厚度的减小又会导致结合水抗剪强度降低,深层黄土渗透性增强。本次试验首次将核磁共振技术与氮吸附法相结合,应用于黄土含盐量与结合水膜厚度关系研究中,试验方法对试样无损伤,且测试快速便捷,具有较高的可靠性,为研究盐渍土中水的赋存状态提供了新思路。     

基岩水井压裂增水机理分析

基岩地层压裂增水与岩层性质密切相关,不同岩性其力学性质及其裂隙构造不同,压裂机理与工艺方法就不同。根据基岩地下水岩层特点,结合水力压裂增水试验,着重分析了水力压裂的形成机制,探寻了不同岩层及其力学性质与压裂的关系。     

常温高压条件天然水锰矿同步辐射X射线衍射实验

地球内部含水矿物的相关实验研究与名义上无水矿物的研究一样,对于正确理解地球内部水的分布与循环以及地球内部的物理化学性质和地球动力学性质具有同样重要的意义。同时,地球内部的水在地球演化中也起着非常重要的作用,它不仅会影响地球内部矿物岩石的物理化学性质,而且还对地球深部矿物岩石的电学性质,弹性性质等地球物理学性质以及板块运动,地幔对流及出现地震波不连续面等地球物理过程有着重要的影响。水锰矿,化学式为Mn O(OH),单斜晶系,为锰的氢氧化物矿物。到目前为止,对于水铝石(δ-Al OOH),纤铁矿(ε-FeO OH)等氢氧化物矿物在高压条件下的稳定性以及弹性性质的研究已较为广泛,但是对于与之具有相似拓扑结构的水锰矿(γ-Mn OOH)的高压弹性性质的相关研究却很少。同时,截至到目前,水锰矿的空间群结构也没有获得统一的认识。基于水锰矿高压下弹性性质以及晶体结构研究的重要性,本文利用金刚石压腔高压装置(DAC)和同步辐射角度色散X射线衍射技术,在室温、最高压力达12.74 GPa条件下,对天然的粉末水锰矿样品进行了原位高压X射线衍射研究。在0~12.74 GPa压力范围内未发现天然水锰矿发生相变。通过三阶Brich-Murnaghan状态方程对获得的不同实验压力条件下的晶胞参数和晶胞体积数据进行状态方程拟合,得到了空间群为P21/c的水锰矿的零压体积V0=135.46(4)3,零压下的等温体积模量K0=86(2)GPa,体积模量的压力导数K’0=6.8(6)。同时获得了天然水锰矿各个轴向的体积模量分别为:Kao=93(4)GPa,Kb0=62(5)GPa,Kc0=82(4)GPa,说明天然水锰矿为轴向压缩各向异性矿物,其中a轴最难压缩,c轴其次,b轴最易压缩。同时,通过与前人B21/d空间群水锰矿实验结果的对比,本文认为二者在各轴向上压缩性质的差异可能为氢键位置的不同所导致的。另外,将水锰矿的体积模量值分别与水锰矿脱水产物相-软锰矿(β-Mn O2)和与水锰矿具有相似拓扑结构的M3+OOH型氢氧化物进行了对比。我们认为氢键的存在以及水含量上的差异可能是造成水锰矿与软锰矿在体积模量上差异巨大的原因,而水锰矿与不同的M3+OOH型结构氢氧化物在压缩性质上的差别则可能由中心原子电负性的差异所导致。中心原子电负性的差异形成不同强度的化学键,进而造成它们压缩性质的差异。     

土层工程性质与其沉积环境关系分析研究

对江苏北部沿海地区与长江三角洲地区土层的工程性质进行分析对比 ,发现这两地区的土层在同一个历史时期所沉积但土层工程性质完全不一样。因此分析了该两地区在同一历史时期的沉积环境与当时的水动力条件与沉积物源的来源。由分析研究结果得到 ,土层的物理力学性质与该土层当时的沉积环境、水动力条件与沉积物源有重要的关系。因此对土层如果能了解其在沉积过程当中的沉积条件 ,更有利于分析研究该土层的物理力学性质     

中地壳温度压力条件下的水-岩作用化学动力学实验

为模拟中地壳条件下水.岩相互作用,本文作者重点做了大于300℃,在水的近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应的化学动力学实验。矿物(钠长石(Ab)、透辉石(Di)、阳起石(Act))的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300至400℃范围内,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。多金属氧化物硅酸盐与水反应时的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样。硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如,硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃、22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。我们还完成了玄武岩与水在25℃～400℃条件下的反应动力学实验。实验发现,硅的最大释放反应速率也多是在300℃。中地壳的流体处于由亚临界态进入超临界流体的演化过程,这时流体的性质会有剧烈变化。这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落。流体性质的突变和水岩相互作用涨落会导致中地壳岩层的许多性质变化,硅酸盐矿物格架的解体,岩石被淋失,岩层的崩塌。     

超临界水的特性及其对地球深部物质研究的意义

水在超临界状态下有着与标准状态明显不同的行为，超临界水具有许多的特殊性质，如强烈的氧化作用，很强的溶解性能，以及通过温度和压力变化控制其密度在类似蒸汽到类似液体的密度之间等。水在约４００℃的超临界温度下，几乎有的氢键都裂解了，超临界水的这一性质很可能是超临界水具有许多特殊性质的主要原因，超临状态地幔水的存在，不仅对球物理场的性质有重要影响，崦且对于地质构造演化、地球化学动力学、成矿作用，以及深部地     

沟灌侵蚀研究进展

从沟灌侵蚀机理的角度出发,分析了沟灌水性质、灌溉水作用方式对沟灌侵蚀影响的主要研究成果,及其与一般降雨径流侵蚀的区别;分析了国内外主要沟灌侵蚀预报模型发展的研究成果及存在的主要问题;分析了实践中沟灌侵蚀防治方法的主要研究成果。结合中国沟灌侵蚀研究的实际情况,提出了今后一定时期内在沟灌侵蚀研究方面的发展设想与研究思路。     

油气水速度及其影响因素分析

对于油田勘探和开发,特别是使用地震资料进行流体识别和预测,了解研究区地层孔隙流体性质及其影响因素十分重要.本文在前人研究工作的基础上,对油、气、水及其混合体的速度变化规律进行了讨论,并对影响油、气及水的速度因素进行深入分析.研究表明,不同性质孔隙流体受地层温度与压力的影响较大.其中,流体性质对纵波速度影响较大,而对横波速度影响较小;气-水混合体速度最低,油-水混合体速度最高,油-气或油-气-水混合体速度介于上述两者之间;混合流体含有气体时,含气饱和度对混合流体弹性性质具有很大影响.     

地球内部高温超高压流体的水热金刚石压砧原位观测

地球内部极端条件下流体原位观测实验研究有了巨大进展。使用金刚石压砧结合各种谱学方法及同步辐射光源技术,在高温超高压条件下原位直接测量水和水合物结构性质,已经获得关于地球内部流体的分子-原子尺度信息的新实验数据。本次研究通过金刚石压砧对高压(10GPa)和高温高压(800℃/3GPa)NaCl-H_2O和NaCl-D_2O-H_2O的红外谱原位直测,研究了高压和高温高压下水分子结构。发现高压高温水分子OH振动频率随温度升高向高波数变化,而且,在临界态区域时水分子间的氢键网络破坏。水分子OH振动频率随盐度升高向高波数变化。水分子的其它方式运动的频率也随温度改变。实验说明了水分子在极端条件下的结构和运动方式。地球内部由深到浅,不同深度上的流体性质不断变化,如水的密度、介电常数等物理参数随温度压力改变,水的性质在临界态会出现突变。这些变化可以用高压高温的水的各种谱学特征来表征。水的性质取决于水的分子结构(键态)、分子振动方式。在跨越临界区时的水性质异常涨落与水分子结构变化、分子振动形式变化和氢键网络破坏有关。高温超高压流体原位红外谱观测实验是从分子尺度认识地球内部流体性质。水分子尺度的信息有利于我们深入理解地球深部流体性质、活动及物质相互作用,有利于理解岩石圈和地球深内部过程。     

热液体系氩同位素示踪研究

 采用分阶段加热爆裂法测定了不同成因热液矿床脉石英流体包裹体的氩同位素,计算出各温度段内大气氩的相对含量,从而,总结出大气降水热液矿床、再平衡岩浆水热液矿床等成矿流体的氩同位素组成特征及其演化规律。典型的大气降水热液矿床,其成矿流体以具有高大气Ar组分(约95%-100%)为特征;再平衡岩浆水热液矿床成矿流体的Ar同位素组成特征取决于与其有成因关系的初始岩浆水的Ar同位素组成及矿源层和围岩的性质,产于古老变质岩中的,一般以具有低大气Ar组分(约6%-20%)为特征,其它的再平衡岩浆水热液矿床在主成矿温度范围内一般为50%-60%左右。     

热液体系氩同位素示踪研究

采用分阶段加热爆裂法测定了不同成因热液矿床脉石英流体包裹体的氩同位素,计算出各温度段内大气氩的相对含量,从而,总结出大气降水热液矿床、再平衡岩浆水热液矿床等成矿流体的氩同位素组成特征及其演化规律。典型的大气降水热液矿床,其成矿流体以具有高大气Ar组分(约95%-100%)为特征;再平衡岩浆水热液矿床成矿流体的Ar同位素组成特征取决于与其有成因关系的初始岩浆水的Ar同位素组成及矿源层和围岩的性质,产于古老变质岩中的,一般以具有低大气Ar组分(约6%-20%)为特征,其它的再平衡岩浆水热液矿床在主成矿温度范围内一般为50%-60%左右。     

石西油田石炭系水动力特征及其与含油性关系

利用油层流体的物化参数对油藏所处的水动力环境、油气运移方向及断层的封闭性进行了分析判断。研究结果表明，石西油田供水区在石007井东断裂西侧，并且由西向东渗人；石007井东断裂具有良好的封闭性，断裂东侧较西侧封闭，水动力也较西侧弱，使东断块油气较西侧易于保存，东断块含油显示也明显好于西断块。石西油田原油的物理性质与水动力环境有一定关系，但在平面上原油性质的变化主要受油气运移层析效应的控制。西断块水动力强，原油性质变化速率大；东断块水动力弱，原油性质变化速率小。油气运移方向为东、东北向西、西南，原油性质也沿该方向降低。     

中地壳的水-岩作用对相关的地球物理性质影响

对于地壳的地球物理详细探测发现中地壳普遍存在着高导层和低速层.高温高压下的矿物(岩石)-流体反应的化学动力学实验和水的性质研究可以提供我们认识地壳的地球物理探测结果的新信息.通常,中地壳大致位于15至25km的深度范围.高导层和低速层普遍存在于中地壳.各地的地壳厚度不同,但是中地壳和高导-低速层的深度范围十分相似.中地壳的顶界温度处于300℃,底界为450℃～500℃范围.为了认识中地壳的高导低速层的起因,作者重点做了模拟中地壳条件下水-岩相互作用实验,同时,分析了水在近临界区至超临界区的突变性质.矿物(钠长石、透辉石、阳起石)与水,玄武岩与水反应的化学动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的.与水反应的矿物或岩石里的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样.硅酸盐矿物的硅的最大释放速率是在300℃.其它元素,如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在＜300℃时都高于硅的释放速率,在＞300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率.在水中的硅的大释放速率会导致硅酸盐矿物格架解体.作者假定地壳里普遍存在水占1%(体积).这时,地壳里会发生水-岩相互作用.中地壳的流体处于300℃～500℃.在由亚临界态进入超临界区的演化过程中,在跨越临界温度时水的性质发生剧烈变化.如密度、介电常数等热力学参数.这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落,会导致中地壳岩层的硅的淋失,硅酸盐矿物解体,岩石崩塌.同时,在临界区水的性质强烈变化还有水的电导率、迁移性质、等,这会影响中地壳一些物理性质,如中地壳高导层和低速层的出现.