岩石内应力的X射线-中子散射测量方法

岩石内应力的储存和释放对深地资源和能源开发具有重要约束。矿物晶格间距的动态变化是揭示岩石内应力演化的重要指示。X射线衍射法是当前获取矿物晶体结构的主要手段,可以准确测定矿物的特征衍射峰。但是,对于具有复杂结构和矿物组成的岩石,X射线在穿透过程中携带的统计信息,难以反映矿物晶格间距的细节特征。中子射线的能量高、穿透深度大,且与原子核反应,因而能更准确地刻画矿物元素位置和结构细节,但中子的波长较长、校准困难,结果具有不确定性,导致中子射线在岩石内应力研究中未能发挥应有作用。在分析X射线、中子技术优势和固有局限的基础上,提出了岩石内应力的X射线-中子衍射测量方法,重点剖析了该方法的基本原理,提出了该方法的关键技术与研究前景。得出了如下结论:利用X射线在确定岩石矿物晶格参数的优势,结合加热处理等技术,可实现岩石矿物无应力条件下晶格间距的标定; 采用中子衍射技术可精确测量岩石矿物的衍射偏移峰,实现岩石内应力深度轮廓的精准刻画; 结合X射线与中子的优势,可实现岩石内应力绝对值的精确测量。提出的技术手段有利于揭示岩石内应力的微观储存和释放过程,以及长期存留的物质条件和物理力学机制,并有望为岩石矿物组成和微观结构研究提供一种新的技术方案。     

固体潮畸变与地震

岫岩深井地处辽东半岛中部大洋河断裂与苏子沟、向荣断裂的交汇处。井深250米,含水层厚度67米(183—250米)。属元古代花岗岩裂隙承压水。该井于1975年10月开始观测,从1977年8月起用“红旗-1”型水位自记仪观测至今。 由于地球固体潮汐作用,深井水位具有同固体潮相同的变化特征(图1a)。图1a为水位     

OVT域五维地震属性在双鱼石地区栖霞组裂缝预测中的应用

川西北双鱼石地区栖霞组超深层碳酸盐岩储层横向非均质性强、构造复杂、钻井多、井下天然气产量差别大。利用OVT域五维地震数据对该套储层开展了裂缝预测、含气性检测和实钻井验证分析。首先基于OVT域不同方位地震属性所存在的差异来检测碳酸盐岩储层裂缝、溶洞。其次是分方位属性分析,寻找含气地震响应特征更敏感的优势方位范围,该优势方位内更有利于含气性检测。两方面的研究工作在双鱼石区块栖霞组裂缝预测和含气性检测方面都取得了良好的应用效果,研究表明：双鱼石地区栖霞组裂缝发育程度较高,主要发育三种方向的裂缝,多数裂缝与断裂走向斜交;垂直断裂方向地震数据突出方位各向异性,有利于小断层识别;平行断裂方向地震数据可以较好规避断裂导致的各向异性,突出油气响应特征,更有利于油气检测。有针对性叠前、叠后含气性检测方法能有效地预测研究区栖霞组储层及含气性展布特征,天然气富集区主要分布在研究区的中部和东南部,并沿NE-SW向呈连片条带状展布。     

高压流体条件下叶蛇纹石摩擦特性及其对俯冲带慢滑移事件的启示

为了探讨在俯冲带构造加载环境中叶蛇纹石矿物的摩擦力学性质,我们使用叶蛇纹石作为实验样品,开展了高压流体条件下的摩擦滑动实验研究.实验在气体介质的高温高压三轴实验系统中进行,实验中的有效正应力为30 MPa,孔隙流体压力为100 MPa,温度范围为100～500℃.实验过程中为了得到叶蛇纹石摩擦强度系数的速度依赖性,我们将轴向加载速率在1.0μm·s^-1、0.2μm·s^-1和0.04μm·s^-1之间进行切换.实验结果发现在实验温度范围内叶蛇纹石的摩擦强度系数随着温度的升高表现出系统的降低趋势,摩擦系数从100℃的0.81降低到500℃的0.41.在高于300℃的温度条件下,叶蛇纹石的剪切力学曲线表现出显著的位移弱化现象.在300℃的温度条件下,叶蛇纹石在0.2～1.0μm·s^-1的加载速率范围内表现出速度强化的摩擦行为,而在0.04μm·s^-1的加载速率下表现为速度弱化.在100～200℃以及400～500℃的温度条件下皆表现为速度强化.我们的实验研究表明在俯冲带地幔楔附近的高压...     

气煤叠置区埋地管道的保护煤柱优化设计及多参量演化规律研究

为了优化采煤沉陷区内浅埋管道保护煤柱的宽度，以鄂尔多斯盆地气煤重叠区为工程背景，通过概率积分法提出了管道拉伸应变的理论算法。结合拉伸应变极限建立了沉陷区内管道保护煤柱宽度的预测方法模型，并采用数值分析和工程应用等方法进行对比验证，分析了工作面推进过程中邻近埋地管道的拉伸应变、体积应变和剪切应变等参量的分布演化规律。结果表明：预测方法在确保管道安全的前提下，缩短了管道保护煤柱的宽度，提高了煤炭资源的采出率。随着工作面与管道间水平距离的减小，管道整体的拉伸量、拉伸应变呈指数函数增长；拉伸增量呈现先增大后减小的趋势。工作面向管道靠近过程中，管道轴向上的体积应变分布呈现“V”形、环向上呈现“M”形。管道轴向上的剪切应变分布呈现“W”形、环向上大致呈现“一”形。工作面推进过程中，管道的体积应变和剪切应变均与工作面及管道间的距离呈指数函数关系。管道最易发生破坏的位置处于沉陷区中心和边缘，类似工况需要重点关注。预测方法的应用有利于实现油气煤资源的精准协调开采，而多参量的力学规律研究则有助于对管道的预防性维护和预测结果的修正提供决策支持。