应用改进的Biot-Gassmann模型估算天然气水合物的饱和度

针对南海神狐海区含天然气水合物的高孔隙度、以粉砂质黏土为主的未固结的深水沉积地层,采用Lee提出的改进的Biot-Gassmann(BGTL)模型,利用纵波速度数据估算了A井天然气水合物的饱和度。BGTL模型假设非固结沉积地层的横波速度与纵波速度比与地层骨架的横波速度与纵波速度比与地层孔隙度有关。模型中参数的选择与天然气水合物在沉积物中的赋存方式、沉积物的矿物组成、地层压差、孔隙度及微观孔隙结构等参数密切相关。A井中天然气水合物在沉积物中赋存模式接近于颗粒骨架支撑模式。根据岩心分析资料将A井的矿物骨架简化为黏土矿物、碳酸盐、陆源碎屑3类,根据各矿物组分的理论弹性参数和体积百分比可以计算得到地层骨架的弹性模量和密度。应用BGTL理论估算得到的A井天然气水合物主要赋存于海底以下195～220mbsf井段,饱和度多数为20%～40%,最大饱和度为47%左右,与实测结果吻合。     

舟山近海海相吹填泥浆的性状研究及处理技术建议

通过对临近长峙岛一侧的海相吹填泥浆的物理化学及力学分析,结果表明:海相吹填泥浆的含水率高,初始孔隙比大,初始极限抗剪强度低;海相吹填泥浆含盐量高,且离子交换量偏大,致使微观颗粒被较厚的扩散水膜所包围;土粒骨架间的水膜较厚,各向异性的超载会加剧吹填料的体积变形,破坏粒间结构;天然状态下吹填泥浆的"片架-片堆"结构特征极为显著,微观-介观结构极不稳定,若盐类矿物出现降解、析出,其固相骨架将被局部化破坏。本文对舟山长峙岛海域的原位海洋土的研究可以了解吹填泥浆的性状,以期为真空预压排水固结技术用于区域内围海造陆工程提供科学依据。     

海洋黏土超固结性和结构性对沉垫基础离底吸附力的影响

我国近海区域海床表面广泛存在一层深厚软黏土,具有一定的超固结性与结构性。自升式海洋平台沉垫基础的离底吸附力对海上平台的起浮回收影响显著。通过数值方法模拟了沉垫基础的作业工况,将可以描述土体超固结性和结构性的弹塑性本构模型通过UMAT子程序嵌入有限元软件ABAQUS中,采用可以描述材料强度破坏和刚度衰减的黏结接触模型模拟基础底与海床的相互作用,并通过现场模型试验对数值模型进行了验证。在此基础深入探讨了黏土海床超固结性和结构性对基础离底吸附力的影响规律。研究结果表明：沉垫基础上拔时,底部会产生负孔隙水压力,随上拔时间先减后增,且沉垫基础边缘位置率先发生离底;黏土超固结性越强,离底吸附力越大;黏土结构性越强,离底吸附力越小。     

南黄海中部泥质区黏性土的微结构特征及其成因分析

通过对南黄海中部泥质区27张黏性土微结构图片的分析,发现该区黏性土具有粒状链接结构、絮状链接结构和黏土基质结构三种微结构类型,以黏土基质结构为主。分别从地形特征、物质来源、水动力条件、沉积速率等宏观因素,以及粒度成分、矿物组成、化学成分等微观因素分析微结构的成因,得知平坦的海底地形、较弱的水动力条件、较长的搬运距离使得研究区沉积物来源较少,沉积速率较低,沉积物颗粒以粉粒和黏粒为主。伊利石、绿泥石和蒙脱石等黏土矿物和有机质含量较高,这些物质成分的亲水性特征使得研究区的黏性土易吸水膨胀,微结构类型以孔隙非常发育,结构极为疏松的黏土基质结构为主。研究成果揭示了南黄海中部泥质区黏性土宏观工程性质的微观机理,加深了对海洋沉积物工程性状的认识。     

下扬子地区官地1井下寒武统海相泥页岩孔隙发育特征及影响因素

以下扬子陆域地区官地1井下寒武统幕府山组海相泥页岩岩心样品为研究对象,综合运用场发射扫描电镜、X衍射分析、气体吸附、高压压汞和有机地球化学分析等实验测试手段,系统研究了官地1井幕府山组泥页岩孔隙结构特征和孔隙发育影响因素。研究表明：(1)官地1井幕府山组泥页岩矿物组成以石英、方解石胶结物和黏土矿物为主,其总有机碳含量较高,有机质类型以I型干酪根为主且均处于过成熟阶段;(2)泥页岩孔隙类型主要为基质孔隙（粒间孔隙和粒内孔隙）、有机质孔隙和微裂隙,其中以有机质孔隙含量居多,而粒间孔隙面孔率占比最高;(3)有机质丰度对有机质孔隙的孔径和比表面积具有一定的影响,压实作用则构成过成熟阶段孔隙演化的主要因素,而刚性矿物具有一定的支撑作用并对有机质孔隙的保存具有积极意义;(4)分形维数与总有机碳含量和比表面积相关性较好,而与孔隙体积相关性弱,反映孔壁粗糙程度及孔隙结构复杂程度受有机质丰度影响。     

四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩孔隙特征及演化模式

本文以四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组富有机质页岩为研究对象,通过FE-SEM扫描电镜、高压压汞、低温N_2吸附和低温CO_2吸附相结合的方法对页岩孔隙结构特征进行表征,明确了页岩孔隙发育的主控因素,并探讨了页岩孔隙演化特征。研究认为龙马溪组页岩微观孔隙类型以有机质孔隙为主,页岩气吸附的主要场所是纳米级微孔和中孔。页岩储层孔隙结构主要受控于有机质含量和矿物组分,较高有机质含量、硅质页岩相为有利的孔隙发育条件。页岩中孔隙演化主要是有机孔演化。有机质热演化程度对页岩孔隙的控制作用明显,有机质孔隙度在镜质体反射率约为1.8%时达到最大值,适中的热演化程度对页岩孔隙发育最为有利。     

深海能源土含气储层力学特性三轴试验研究

为研究深海能源土在负压开采过程中含气储层的力学特性,基于含气土赋存理论,提出一种能够控制含气量及气泡大小的制样方法,通过GDS标准应力路径三轴试验系统,开展深海能源土含气储层的固结排水试验研究,分析深海能源土在不同黏土含量及不同含气量下的力学响应规律。研究结果表明：围压变化对深海能源土含气储层的抗剪强度峰值大小影响显著,围压越大抗剪强度峰值越高;黏土含量是决定应力应变曲线变化趋势的关键影响因素,黏土含量越高试样抗剪强度越低,试样抵抗应变软化效应的能力越强;含气土比饱和土体承载能力更低,且承载能力随含气量的增大呈衰减趋势;黏土含量和含气量是深海能源土含气储层抗剪强度指标的重要影响因素,黏土含量、含气量越高,土体自身的总抗剪强度值越低。     

南海北部深水区表层沉积物工程性质的统计特征分析

针对从中国南海北部海域某深水区采集的表层沉积物柱状样,进行了沉积物微观结构的扫描电镜测试、矿物成分的X射线衍射试验以及物理和力学性质的统计学分析。结果表明,该深水区海底表层沉积物通常为有机质软黏土,具有高含水率、低密度、高孔隙比、高液限、高可塑性、低强度等典型特征。统计分析和假设检验表明,沉积物的物理和力学指标均呈现变异性,且后者普遍高于前者。相对密度、含水率、液塑限和塑性指数服从正态分布;容重、碳酸盐含量、不排水抗剪强度、灵敏度接近假设检验结果,近似服从正态分布。研究结果可为深水海底工程结构设计的海床土性参数取值提供参考。     

电阻率法监测黄河口海床沉积物固结过程现场试验研究

为了研究黄河口海床沉积物固结过程中电阻率同工程力学性质指标的对应关系,探索海床土体固结过程的新型原位监测技术,本文在黄河刁口流路三角洲叶瓣潮坪上,现场取土配置黄河口快速沉积形成的流体状沉积物和观测研究粉质土海床的固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位土工测试手段,实时测定固结过程中海床土强度变化和孔隙水压力消散过程;同时通过埋置自行研制的环形电极探杆,实时测定海床土固结过程中的电阻率变化。通过对比分析海床土电阻率与工程力学性质指标的同步测定数据发现:黄河口饱和粉土的电阻率与微型贯入试验测得的土体贯入强度,静力触探试验测得的比贯入阻力,十字板剪切试验测得的不排水抗剪强度(峰值强度、残余强度)均呈乘幂关系,且相关性良好;海床沉积物在固结过程中的电阻率与孔隙水压力呈负线性相关性。     

舟山潮差带海相沉积物的物理和化学特征

为舟山潮差带海相沉积物固结机理的深入研究提供物质基础,采用激光粒度仪分析了海相沉积物的粒度组成,并测试了海相沉积物的化学元素、化合物种类及其相对含量,还使用X-射线衍射技术分析了海相沉物的矿物组成。结果表明:海相沉积物含水率高、初始孔隙比大、呈流塑状,为低液限粉质黏土;活性指数为12.4,属于活动黏性土,矿物的亲水性较好;全盐含量高达9～11.2 g/kg,阳离子交换能力不强,有机质含量(5.82～12.7 g/kg)较高;pH值为7.35～8.36,呈弱碱性,加上孔隙水中K^+,Na^+,Ca²⁺,Mg²⁺的存在,使得高岭石常不稳定,有向伊利石、蒙脱石或绿泥石转化的趋势。     

烃源岩中有机黏粒复合体——天然的生烃母质

传统观点认为从烃源岩中分离出的干酪根是油气生成的母质,但它的处理方式破坏了有机质与矿物的原始赋存状态。为此,选取济阳坳陷埋深280～3 900m烃源岩,提取<2μm的有机黏粒复合体,研究其结构和生烃特征。有机黏粒复合体主要由蒙皂石和伊利石组成,TOC为2.62%～9.78%,经H2O2处理后TOC仍高达1.23%～4.63%,表明烃源岩中有机质主要富集在有机黏粒复合体中。有机黏粒复合体加热到250℃时,在XRD曲线上的衍射峰(d001)在1.3～1.4nm;加热至550℃时,衍射峰(d001)才移至1.0nm处;并且在DTA曲线上350℃附近的放热峰极其稳定,这些特征表明有机质进入到黏土矿物层间域。在PY-GC(热解—色谱)曲线上,烃源岩和有机黏粒复合体都在250～550℃释放C20—C30的有机组分,并在450℃释放量达到峰值。由此可见,烃源岩中的有机黏粒复合体,是烃源岩中有机质富集的主体,具有较好的稳定性,并释放出与原油特征相似的有机组分,表明它是具有巨大潜力的天然的生烃母质。     

黄河水下三角洲液化与未液化粉土的工程地质性质对比研究

以黄河水下三角洲埕岛海域海底粉土为研究对象,分析液化后重新固结粉土与未发生过液化粉土的工程地质性质差异,从浅地层剖面影像、土体的静力学参数、动力学参数、微结构特征等方面对比论述二者的不同,从而分析液化对粉土工程地质性质的改造作用。研究结果表明,粉土液化后层理结构消失,土体的主要静力学参数及动力学参数均增大,微结构特征表现为面孔隙比、圆形度及分形维数均减小,总体上土体液化固结后工程地质性质提高,若使液化过的粉土再次发生液化,需要更大的外动力条件才能实现。由于液化后粉土层理结构改变,细粒物质析出,颗粒重新排列,形成更加稳定的结构,从而强度随之增大。     

莱州湾海区沉积物的工程地质特征分析

根据莱州湾沉积物的实验室分析资料,从物理性质和力学性质特征对海底沉积物的工程地质特征进行了综合研究,结果显示:研究区沉积物主要为淤泥质黏土,其次为淤泥、黏土、粉土,另含有极少量的粉砂,整体呈现为含水量低、天然密度大、孔隙比小、可塑性低、压缩性低、剪切强度高、贯入阻力大。从海底地形、物质来源、水动力特征、物质组成等方面对沉积物的工程特性进行了成因分析。莱州湾地势平坦,水体与外海交换能力差,沉积物的分布受地形和水动力特征的影响显著,淤泥主要出现于黄河入海口南北侧海域,黏土、粉土主要出现于莱州浅滩附近海域,粉砂分布于刁龙咀北部近岸海域,其他区域以淤泥质黏土分布为主。莱州湾沉积物主要来源于黄河携带的黄土高原物质,碳酸盐含量高,黏粒和亲水性黏土矿物含量较低,沉积物主要以胶结物和粉粒级碎屑的形式存在,导致湾内沉积物含水量低、天然密度大、塑性低、强度高。     

盐家地区沙四上亚段储层成岩作用及孔隙演化

盐家地区位于东营凹陷北部陡坡带,沙四上亚段形成了近岸水下扇沉积体系.本次研究利用扫描电镜、铸体薄片等方法.结合X-射线衍射分析化验资料,着重对成岩作用以及孔隙演化等方面做了研究.该区储层岩石类型主要为岩屑长石砂岩,成分成熟度和结构成熟度低;对储层有显著影响的成岩作用主要有机械压实作用,胶结作用,以及长石、岩屑等不稳定碎屑的溶蚀作用;通过有机质热演化、黏土矿物的含量变化及相互转化、石英加大程度以及溶蚀作用等的分析,可以推知盐家地区沙四上亚段储层处于中成岩阶段A期;2个次生孔隙发育带的形成分别与长石溶解与碳酸盐溶解有关.     

东菲律宾海表层沉积物常量元素组成及地质意义

为系统了解东菲律宾海表层黏土沉积物的常量元素组成特征与地质意义,对其在53个样品中的含量及在3个典型样品中的赋存状态进行了综合性分析。结果表明:沉积物中的主要常量元素组分包括SiO2、Al2O3和Fe2O3,它们绝大部分赋存于碎屑成因的残渣态中;沉积物中金属元素锰含量相对附近边缘海为高,且主要赋存于水成成因的铁锰氧化物态中。所研究海区表现出接近于大洋属性的深海沉积环境特点,其物质来源主要为附近火山碎屑物质及火山热液活动,而陆源黏土矿物及生物作用的影响较小。     

预处理对海洋黏土矿物XRD测试结果的影响

海洋沉积物为环境和古气候再造提供良好的地质示踪记录,其中海洋黏土矿物被作为有效指标广泛应用。黏土矿物的预处理方法对其相对组成计算结果影响较大,因此寻找适合不同海域环境简便而有效的预处理方法是黏土矿物研究中很有意义的工作。从渤海中部和印度洋海盆选取2个表层沉积物样品分别代表浅海和深海沉积物,采用不同的预处理方法进行处理。通过其X射线衍射(XRD)测试结果进行对比分析,探索适合特定区域黏土矿物的预处理方法。结果显示,预处理中使用的双氧水、盐酸、醋酸和连二亚硫酸钠-重碳酸钠-柠檬酸钠(DCB)等都对样品黏土矿物分析结果产生一定的影响。若碳酸盐衍射峰不掩盖黏土矿物的信息表达,可不用盐酸或者醋酸去除碳酸盐;DCB方法去除氧化铁时所加试剂会与黏土矿物层间离子发生交换导致数据失真,因此建议一般不使用;去除有机质能促使黏土矿物更好的分散,且质量分数为10%的H_2O_2为最佳。     

海底地形特征对东菲律宾海表层黏土矿物分布的影响

对东菲律宾海帕里西维拉海盆南部的125个表层沉积物样品的黏土矿物组成、含量及其矿物学特征进行了分析。研究结果表明,研究区黏土矿物组成以蒙脱石为主,平均含量为49%;其次是伊利石,平均含量为35%;绿泥石平均含量为11%;高岭石含量最少,平均含量为5%。通过将研究区黏土矿物组合特征与潜在物源区进行对比,并结合主要黏土矿物的结晶学特征,认为蒙脱石主要来源于帕里西维拉海盆周边的海山或海脊物质的风化和蚀变,其分布可能主要受控于底层洋流;伊利石和绿泥石主要来自于亚洲大陆,风力吹扬为其主要输运方式。黏土矿物表层分布显示伊利石主要富集于地势较低处,蒙脱石在靠近帕劳海脊和雅浦海脊等地势较高处呈现高值。由于较少受到周边海山或海脊物质稀释和底层洋流侵蚀作用的影响,东菲律宾海深水区沉积物中风尘组分通量最能代表亚洲大陆风尘对研究区的实际贡献量,这一研究将对从东菲律宾海沉积物中提取亚洲大陆风尘物质输入信号进而追溯亚洲大陆的古气候演化历史具有重要意义。     

川东南龙马溪组页岩微观孔隙结构特征北大核心CSCD

以川东南龙马溪组页岩为研究对象,借助扫描电镜及压汞-吸附联合技术对其微观孔隙结构进行表征,利用吸-脱附曲线特性及FHH分形理论对孔隙形态和分形维数进行研究,结果表明,龙马溪组页岩储集空间中约80%为微-介孔,其中贫有机质页岩以平板状孔隙为主,分形维数一般小于2.75,在扫描电镜下呈现颗粒矿物粒缘缝及伊利石片层晶间孔;富有机质页岩则以"墨水瓶"状孔隙为主,分形维数一般大于2.85,主要为有机质孔。TOC含量与总孔容、吸-脱附滞回面积及分形维数均呈显著正相关关系,表明随着TOC含量增加,页岩孔隙由平行板状为主的无机孔隙网络过渡至"墨水瓶"效应显著的有机孔隙网络,有机质孔隙为富有机质页岩主要储集空间,同时多重毛管力叠加及扩散能力降低,使得页岩微观封闭能力提高,有利于页岩气富集与保存。     

川东南龙马溪组页岩微观孔隙结构特征

以川东南龙马溪组页岩为研究对象,借助扫描电镜及压汞-吸附联合技术对其微观孔隙结构进行表征,利用吸-脱附曲线特性及FHH分形理论对孔隙形态和分形维数进行研究,结果表明,龙马溪组页岩储集空间中约80%为微-介孔,其中贫有机质页岩以平板状孔隙为主,分形维数一般小于2.75,在扫描电镜下呈现颗粒矿物粒缘缝及伊利石片层晶间孔;富有机质页岩则以"墨水瓶"状孔隙为主,分形维数一般大于2.85,主要为有机质孔。TOC含量与总孔容、吸-脱附滞回面积及分形维数均呈显著正相关关系,表明随着TOC含量增加,页岩孔隙由平行板状为主的无机孔隙网络过渡至"墨水瓶"效应显著的有机孔隙网络,有机质孔隙为富有机质页岩主要储集空间,同时多重毛管力叠加及扩散能力降低,使得页岩微观封闭能力提高,有利于页岩气富集与保存。     

中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征

系统采集了浙闽三条中小河流的代表性表层沉积物和悬浮物样品,用1N盐酸淋滤样品,研究稀土元素(REE)在酸溶及酸不溶相态中的组成特征。浙闽河流沉积物酸溶组分中的REE在总REE中的占比可达32%~82%,其中Fe-Mn氧化物和黏土矿物吸附态是细粒沉积物酸溶组分REE的主要赋存形式。浙闽河流沉积物酸溶组分的REE组成反映其遭受化学风化的信息;酸不溶组分主要由硅酸盐造岩矿物和稳定副矿物组成,尤其是锆石对REE组成有重要贡献。酸不溶相REE组成揭示,当地流域风化物质与潮流作用带入的长江源细颗粒是浙闽河口沉积物的主要来源。REE在风化及水动力分选过程中会发生分异,使得沉积物全岩组成不直接继承其源岩的REE组成特征,运用于物源判别时候需要慎重。中国东南河流沉积物显示Gd异常,这不是人类活动引起的Gd输入所致,而只反映中国东部物质的组成特征。