不同压应力作用下黏土体积变形的微观特征

为了研究黏土体积变形的微观结构变化特征,选取上海第4层淤泥质黏土为研究对象,分别采用各向等压和K0压缩两种方法制备体积变化率相同的土样,经冷冻真空干燥后对土样进行压汞试验并测定土中孔隙大小分布状况。压汞试验结果表明：试验黏土中孔隙可分为大孔隙、中孔隙、小孔隙和微孔隙,小孔隙占据土中孔隙的大部分空间,且其变化能够反映微观结构的主要特性;在各向等压应力状态下,随着压应力增高、体积压缩量增大,黏土颗粒发生空间平移使颗粒间变得更为紧密,孔隙分布曲线变化以孔隙波峰往孔隙变小方向偏移为主要特征,孔隙尺寸变小而孔隙形态基本不变;在K0压缩应力状态下,随着压应力增高,黏土颗粒发生旋转使孔隙变得扁平,表现为孔隙波峰位置基本不发生偏移,而以峰值降低为主要特征,孔隙结构形态明显改变     

泥页岩主要黏土矿物组分甲烷吸附实验

为了从深层次揭示控制黏土矿物天然气吸附能力的主要因素, 选择不同来源和成因的泥页岩中的常见黏土矿物进行了甲烷等温吸附实验.分析显示不同类型的黏土矿物气体吸附能力差异明显, 各种黏土矿物甲烷吸附容量次序为蒙脱石＞＞伊蒙混层＞高岭石＞绿泥石＞伊利石＞粉砂岩＞石英岩.黏土矿物结晶结构决定了矿物片层之间的层间孔隙和聚合体颗粒之间粒间孔隙的形态和大小, 从而决定着其表面积和气体吸附性能.黏土矿物甲烷吸附能力与电镜扫描所反映的微孔隙发育程度密切相关.研究表明, 黏土矿物的气体吸附能力不仅与黏土类型有关, 而且明显受成岩演化程度和岩石成因的影响.此外, 随粒度减小孔隙连通性和内表面积的不断增加, 黏土矿物气体吸附能力有所升高.      

有机酸对致密砂岩中黏土矿物的选择性溶蚀研究

提升致密背景下相对优质储层预测的能力,是当今油气勘探开发理论亟待破解的瓶颈和难题。致密油气储层的非均质性强,黏土矿物含量高且是吸附油接触最多的矿物之一。有机酸对黏土矿物的溶蚀影响,是实现致密油高效开采的关键。本文选择鄂尔多斯盆地三叠系延长组为研究对象,通过有机酸与砂岩的溶蚀模拟实验,对实验产物进行pH值、阳离子检测、孔隙度和渗透率测试以及扫描电镜观察。探讨了时间、温度和不同有机酸类型对黏土矿物的溶蚀影响。实验结果显示：①随时间的增长（1~9d）,孔隙度增幅呈先增长后降低的趋势,渗透率的增幅呈持续增长趋势;温度升高（80~95℃）对有机酸溶蚀致密砂岩中的黏土矿物具有促进作用;②不同类型的有机酸对黏土矿物具有选择性溶蚀作用。酒石酸溶蚀大量黏土矿物、碎屑长石以及少量方解石胶结物;乙酸则相反,主要溶蚀方解石;甲酸、乙酸和丙酸配比的合酸以及甲酸、乙酸、丙酸和酒石酸配比的合酸溶液,均优先溶蚀绿泥石化、泥化的长石和方解石,直至方解石完全溶解;③不同类型的有机酸对储层物性的改造能力不同,甲酸对孔隙度的改善不明显,乙酸和丙酸对孔隙度改善明显,合酸对孔隙度的影响是单一酸改善的综合反映。综合分析,有机酸流体与致密砂岩的溶蚀反应机理主要为两种：①有机酸流体提供氢离子,溶蚀致密砂岩中的易溶矿物;②有机酸直接与致密砂岩矿物发生络合反应,影响络合物稳定性的因素主要是有机酸种类和pH值。乙酸、甲酸、丙酸和酒石酸等不同类型的有机酸对致密砂岩中黏土矿物的选择性溶蚀,对储层物性影响程度不一致。     

中国"东部高原"东北部黏土矿物特征研究

通过对"东部高原"东北部地区中侏罗统—白垩系中黏土矿物分析,结果显示黏土矿物的组合及含量变化能够较好反映当时的气候、物源以及古地理变化;同时,伊利石结晶度不具有随地层深度发生变化的规律。黏土矿物组合以及伊利石结晶度在东部高原隆升与消亡前后,发生了比较明显的变化,这从另一方面反映了东部高原的存在。     

大颗粒黏土矿物对黏土矿物X射线衍射定量分析的影响

现行X射线衍射分析黏土矿物都是提取粒径小于2μm的悬浮溶液检测样品的黏土矿物组合及含量,含量数据有时与其他检测数据相悖。在鄂尔多斯盆地黏土矿物研究中,通过偏光显微镜和扫描电镜发现存在粒径大于2μm的黏土矿物颗粒,特别是高岭石的粒径多为3～10μm,这些大颗粒黏土矿物会造成含量数据不准确。为了证明大颗粒黏土矿物对其含量测量的影响,本文设计了不同粒径标准的提取物对比试验:随机选取267个样品,每个样品分别按照10μm和2μm标准提取两份悬浮溶液制成测试片,采用SY/T5163—2010行业标准中的检测方法得到10μm和2μm提取物的黏土矿物组合及含量。通过对比发现大颗粒黏土矿物对各类黏土矿物的相对含量测量结果有明显影响:10μm提取物中高岭石含量明显增大;伊利石/蒙脱石间层矿物含量显著降低;伊利石含量的变化小且无规律;绿泥石含量整体变化较小,少量样品中绿泥石含量发生了明显的偏离,与大颗粒高岭石的赋存有关。本研究提出应结合地质状况和工作目的审慎选择提取粒径的标准,对SY/T 5163—2010中的黏土矿物提取粒径标准作出修订。     

发震断裂带内黏土矿物的纳微米变形

断层泥是发震断裂最显著的物质标志之一,它保留着许多断层活动的信息.在野外宏观调查和显微视域观察基础上,利用SEM技术,从纳微米尺度,研究发震断裂带内黏土矿物的组合形态和变形样式,并对一些问题进行深入分析和讨论.黏土矿物在断层粘滑滑移过程中,出现定向排列,在正交偏光显微镜下表现为平行排列的消光带.在SEM视域下,可以观察到片状黏土矿物的定向排列,同时可以清晰地识别多次断层粘滑滑移事件.在断层泥中发现的蠕变滑移现象,带有普遍性.在显微视域下,黏土矿物表现为波状消光带.在SEM视域下,可以观察到片状黏土矿物的褶皱变形、流动变形、绕砾滑动、撕裂变形等.鉴于在同一个视域内,可以同时观察到粘滑滑移标志和蠕变滑移标志,通过分析其先后关系,发现蠕变滑移发生于粘滑滑移之前,对应于断层的亚失稳阶段的运动.      

长江流域沉积物黏土矿物组合特征及物源指示意义

通过X射线衍射方法系统分析了长江流域(干流和主要支流)表层沉积物(及部分表土)的黏土矿物,结果显示:长江流域黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石组成,伊利石含量最高,蒙脱石含量最低;长江干流上、中、下游黏土矿物含量基本一致,支流表现出明显区别,与流域不同的源岩类型和风化强度相对应.长江干流伊利石结晶度和化学指数...     

珠江口盆地白云-荔湾深水区幔源CO2充注的黏土矿物成岩响应

珠江口盆地白云-荔湾深水区油气勘探中钻遇大量高含量CO2气层,使得如何规避高CO2风险成为当前面临的挑战.通过工区充注CO2的储层砂岩黏土矿物X射线衍射(XRD)、流体包裹体显微测温和稀有气体同位素组成等分析,明确了幔源无机CO2的成因,并运用黏土矿物特征讨论高温幔源无机CO2充注的黏土矿物成岩响应:有序带倒转和大量自...     

鄂尔多斯盆地东缘泥质岩黏土矿物特征及其地质意义

为研究鄂尔多斯盆地东缘石炭-二叠纪古气候特征及其与成煤作用之间的关系,利用X射线衍射（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）对研究区石炭-二叠系泥质岩中的黏土矿物组成及其环境意义进行分析。结果显示,区内泥质岩中黏土矿物主要以高岭石、伊利石/蒙皂石混层矿物为主,次为伊利石和绿泥石。黏土矿物的垂向组合特征表现为：高岭石在桥头剖面、扒楼沟剖面和成家庄剖面山西组,桥头剖面太原组底部、成家庄剖面太原组上部及本溪组中部含量偏高。伊利石在各个剖面的山西组中含量较高,绿泥石仅在山西组中上部、太原组下部含量较高。扫描电镜下黏土矿物晶体形态规则,未见明显磨蚀痕迹,伊利石结晶度为0.42°△2θ~0.63°△2θ,平均值为0.47°△2θ,结晶度较好,混层比相对质量分数平均值25.1%,表现为自生黏土矿物。根据自生黏土矿物的习性指出研究区古气候总体表现为温暖潮湿、间或在太原组早期和山西组中-晚期伴有短周期干冷气候。古气候与沉积环境两者相互印证指示聚煤作用强度的变化过程,是控制研究区内聚煤作用的关键因素。     

黏土矿物组构对水化作用影响评价

泥页岩水化过程中黏土矿物起着主要的作用,但目前还缺少相关的定量描述研究。为此,利用SEM、X-粉晶衍射技术,对采自不同地区的泥岩和板岩在干燥状态、不同浸泡时间后的微观结构和含量进行分析及研究,分析黏土矿物的组构随浸泡时间的变化过程,并定量地分析其对水化过程的影响规律,研究泥页岩的软化过程。研究认为,（1）泥页岩、板岩中影响水化过程的内在因素是蒙脱石、高岭石、绿泥石和伊利石等黏土矿物的含量;（2）黏土矿物定向排列时水化作用效果较无序排列时的明显;（3）泥页岩的水化作用是一个渐进的过程,即在水化过程中流体介质首先使表面的黏土矿物软化,产生掉块;随着时间延长,流体沿裂缝、层理面向岩石内部渗透,黏土土矿物发生膨胀;无围岩限制作用时坍塌掉块持续发生;（4）泥浆中加入一定的无机盐有助于抑制水化过程的发生;压力增加将抑制水化过程的产生;温度升高则能促进泥页岩的水化过程。     

软土结构性破损的孔径分布试验研究

采用压汞法对天然结构性软土压缩过程孔隙大小分布的演化进行了试验研究，结果表明，当荷载超过结构屈服应力后，尺寸较大的团粒间孔隙首先发生破坏，随着荷载的增大，越来越小的孔隙受到影响，但团粒内孔隙在压缩过程中不发生变化；根据试验结果提出了孔隙结构破损势的概念，并用其表征孔隙分布随荷载变化的规律。     

上海软粘土微观特性及在土体变形中的作用

本文综合最新测试成果,对上海软粘土的颗粒及集合体成分、固结前后的孔径分布及其微结构形态作了详细分析论述,并从物理化学角度对孔隙溶液成分、阳离子的交换性及人工回灌后对土体性质可能带来的影响作了探讨,对软粘土固结变形的控制提出了新的设想。     

不同围压下煤岩变形与剪胀扩容模型

在RMT-150B岩石力学试验系统上进行了煤岩的变形和剪胀特性研究,获得如下结论:随着围压增加煤岩均质性明显提高,峰值前变形特性基本趋于一致,屈服阶段逐渐增长;煤岩体变扩容初始点发生在应变硬化阶段,最大扩容率在应变软化阶段,且随着围压增加体变对围压的敏感性减小;为了准确表达煤岩在破坏过程中的非线性体积变化行为,建立了同时考虑塑性剪切应变和围压影响的煤岩剪胀角模型,该模型表明在较小塑性剪切应变下剪胀角即达到峰值,之后不断缓慢回落,围压越小对应的剪胀角峰值越大,小围压下峰值剪胀角对应的塑性剪切应变也较小。     

祁连山北缘冲断带的特征与空间变化规律

祁连山北缘冲断带是中国西部一条十分重要的新生代冲断带,它的研究不仅对探讨青藏高原新生代隆升过程和板内造山作用具有重要的意义,而且对酒泉盆地南缘的油气勘探也具有重要的意义。在大量野外地质调查、地震资料解释和钻井资料分析的基础上,开展祁连山北缘冲断带的特征与空间变化规律研究。祁连山北缘冲断带具有多层次的逆冲结构,包括浅层的远距离冲断系统、中层的近距离冲断系统和深层的原地冲断系统,其中原地冲断系统又可划分为原地隐伏和原地显露冲断系统。冲断带变形特征自西向东可分为三段。酒泉盆地南缘的冲断带是一水平位移量较大的、沿着至少三个滑脱面由南而北产生收缩变形的薄皮冲断系统,原地隐伏冲断系统发育很宽。榆木山南缘—民乐盆地南缘西段的冲断带中发育较宽的原地显露冲断系统,而原地隐伏冲断系统较窄。民乐盆地南缘东段—武威盆地南缘发育宽度较大的原地显露冲断系统,由三叠系、石炭系—二叠系、奥陶系、寒武系和岩体组成的冲断片相互叠置,形成冲断带宽广的"显露式"前锋,原地隐伏系统不发育。祁连山北缘冲断带的变形量由西往东逐渐减小。酒西坳陷旱峡剖面构造缩短率为55.1%;民乐盆地魏拉达坂构造剖面缩短率最大为43.4%;武威盆地天桥沟—西马河构造剖面缩短率最大为40.4%。祁连山北缘冲断带西段的变形时期大致开始于9Ma,并以"前展式"向北扩张,变形时间向北变新,前锋断层开始活动时间约为8.3Ma。     

大块度关键块动态结构力学行为及响应特征研究

西部地区采场顶板厚而坚硬,破断岩块常形成大块度关键块,围岩稳定性差,支架响应强烈,研究块体动态结构力学行为对西部地区采场围岩控制具有重要意义。根据大块度关键块相对回转形成的动态结构建立运动力学分析模型,按照块体间几何关系推导出挤压面积随回转角的变化关系,将块体相对回转的动态过程分为3个回转阶段。基于"砌体梁"理论推导出不同阶段块体所受挤压力与回转角的关系,对结构稳定性及力学行为进行分析。结合失稳条件,以支架工作阻力为响应特征,找到回转过程中结构最易失稳点,提出工作阻力确定方法,并得到现场实证。理论计算结果表明,在大块度条件下,随着回转角θ的增大,挤压力T1总体上呈增大的趋势;当块度i<1时,T1随θ变化呈二次抛物线规律变化;而当i>1时,曲线逐渐表现为线性变化,且块度越大T1随θ变化幅度越小。通过失稳条件分析,揭示了大块度关键块在回转初期易发生滑落失稳,而抗回转变形失稳能力较强;针对块度i较大,结构自稳性弱、支架响应强烈的特点,需设计合理的支架工作阻力,分析3个回转阶段受力情况,得出块体处于回转初期与中期的临界角度时最易失稳,并给出该易失稳状态下工作阻力计算公式。     

大渡河瀑布沟水库红岩子滑坡变形特征与机理分析

库水涨落常诱发库岸滑坡变形破坏。为了研究库岸滑坡的变形特征及变形机理,以大渡河瀑布沟水电站红岩子滑坡为对象,通过详细的地表宏观变形调查和对监测数据的深入分析,结合GeoStudio数值模拟,深入研究了该滑坡的变形特征、渗流场、稳定性及库水对滑坡的作用机理。结果表明：红岩子滑坡地表宏观变形显著,累计位移曲线呈“阶跃”式特征,库水下降是滑坡变形的主要诱发因素;库水位由850 m高水位集中下降至830 m以下时,位移阶跃启动,“阶跃”段的累计变形量占全年总变形量的90%以上,当库水位下降速率大于0.5 m/d时,滑坡加速变形;滑坡变形模式为蠕滑-拉裂,库水升降导致滑体内部渗透力的变化,对滑坡稳定性影响很大,引发滑坡“阶跃”变形。     

北京门头沟区戒台寺滑坡的变形机理与特点

文章介绍了北京门头沟区戒台寺的地理位置、历史、文物价值和滑坡变形的现状及治理情况。通过对戒台寺山梁的地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质条件和矿层分布的阐述分析,论述了戒台寺滑坡发生的地质基础、坡体条件、变形特点和变形范围。通过对煤矿采空范围和采空区塌陷变形机理的独特论述和判断,指出大规模采煤形成采空区是产生滑坡的主要诱发因素。进而阐明了滑坡变形的机理和特点。     

深埋隧道层状围岩变形特征分析

层状岩体在地下工程中经常遇到的,它具有明显的各向异性力学性质。结合共和隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对层状岩体的破坏特征进行了分析,研究结果表明：围岩的变形位移、破坏区都主要集中隧道拱顶右侧,即靠河侧大于靠山侧。隧道围岩变形破坏区不在最大主应力方向上,而是在岩体层理垂直方向。层状岩体中洞室变形破坏特征除了因地形产生的偏压影响外,更重要的是受地层结构特征的影响,即与层状岩体的力学性质极大相关,其结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。     

西藏门巴地区嘉黎断裂带变形特征及演化

地质剖面测量和区域构造解析方法研究表明,嘉黎断裂是一条多期活动并在不同时期显示不同性质的、有着长期发展历史的深大断裂。在晚三叠世-侏罗纪时期,班公湖-怒江洋盆南侧比如弧后盆地发生裂解,此时的嘉黎断裂应是北倾的正断层,控制着弧后盆地的沉积。晚侏罗世-早白垩世时期,伴随着盆地的消亡,出现一系列由南向北的逆冲断裂和蛇绿岩的就位。中新世至第四纪,嘉黎断裂带表现为伸展构造体系,局部出现右旋走滑,形成机理是青藏高原隆升导致构造块体不均匀运动和塌陷所致。