西安黄土孔隙的研究

孔隙是黄土体内未被骨架颗粒和胶结物占据的空间。它的成因、形状、大小、多少及分布特征都直接影响着黄土的渗透性,湿陷性等有关的工程地质性质。关于它的研究虽有不少论述,但主要是偏光镜下的定性描述。为了定量研究黄土孔隙喉道德大小、分布特征及其所连通的相应孔隙体积大小。     

复合改性水玻璃加固黄土微观特征研究EI北大核心CSCD

进行压汞试验和SEM-EDS试验研究复合改性前后水玻璃加固黄土,分析其孔隙分布特征、颗粒和孔隙形态以及胶结物形态和化学元素含量,探讨宏观力学特性与微观特征的联系。压汞测试结果表明,改性前后加固黄土具有相近的孔隙分布特征,入口孔径主要分布在0.06~8μm之间,大、中、小和微孔隙分界值分别为8、2、0.06μm,加固时生成的凝胶填充作用不显著。SEM-EDS测试结果表明,改性后黄土仍保持其粒状、架空、接触-胶结结构不变,但加入硅酸钾材料后黄土颗粒表面变得粗糙并吸附有絮状物,EDS数据显示K元素含量随着硅酸钾掺入量的增加而增大,且试样无侧限强度与K元素百分含量正相关。研究还表明,土的颗粒联结强度和结构形态特征是导致黄土宏观力学性质差异的本质原因,在复合改性水玻璃加固黄土时在保持黄土架空孔隙基本不变的前提下,生成的含K凝胶在改变颗粒表面形态的同时强化了骨架颗粒之间的连接强度,从而改善了土体的强度。     

复合改性水玻璃加固黄土微观特征研究

进行压汞试验和SEM-EDS试验研究复合改性前后水玻璃加固黄土,分析其孔隙分布特征、颗粒和孔隙形态以及胶结物形态和化学元素含量,探讨宏观力学特性与微观特征的联系。压汞测试结果表明,改性前后加固黄土具有相近的孔隙分布特征,入口孔径主要分布在0.06～8 ?m之间,大、中、小和微孔隙分界值分别为8、2、0.06 ?m,加固时生成的凝胶填充作用不显著。SEM-EDS测试结果表明,改性后黄土仍保持其粒状、架空、接触-胶结结构不变,但加入硅酸钾材料后黄土颗粒表面变得粗糙并吸附有絮状物,EDS数据显示K元素含量随着硅酸钾掺入量的增加而增大,且试样无侧限强度与K元素百分含量正相关。研究还表明,土的颗粒联结强度和结构形态特征是导致黄土宏观力学性质差异的本质原因,在复合改性水玻璃加固黄土时在保持黄土架空孔隙基本不变的前提下,生成的含K凝胶在改变颗粒表面形态的同时强化了骨架颗粒之间的连接强度,从而改善了土体的强度。     

西安附近黄士孔隙特征

孔隙是黄土体内未被骨架颗粒和胶结物占据的空间。它的成因、形状、大小、多少及分布特征都直接影响着黄土的工程地质性质。关于它的研究确有不少论述,但主要是偏光镜下的定性描述。为了定量研究黄土孔隙的大小、分布特征及其所连通的相应孔隙体积的大小,笔者对西安东郊白鹿塬的刘家坡、水家咀及文家坡三处剖面不同时代的黄土孔隙作了压汞法测试,并在扫描电镜及偏光镜下进行了观察分析。     

南京下蜀黄土颗粒分形研究

根据分形理论,研究了南京下蜀黄土粒度分形结构特征,发现在双对数坐标下粒径和粒度含量之间存在明显的线性关系,表明粒度组成具有分形结构。通过对下蜀黄土颗粒分形的计算,结果显示颗粒分维值随着粘粒含量的增大而增大,且与不均匀系数和曲率系数有良好的非线性关系。在此基础上,讨论了粒度分维所具有的工程地质意义。最后指出粒度分维体现了土体工程地质性质的本质,可以考虑作为土体分类的一个合理指标。     

基于不同分形模型的冻融黄土孔隙特征研究

为了得到冻融作用对黄土孔径分布的影响规律, 以重塑黄土为研究对象, 利用压汞法测试经历不同冻融循环次数后黄土样品的孔隙特征, 采用3种分形模型对冻融作用后的黄土微观孔隙结构进行定量表征和对比研究。结果表明： 未经冻融作用的黄土孔隙分布曲线呈单峰分布, 经历冻融作用的黄土孔隙分布曲线呈双峰甚至多峰分布。冻融作用对黄土中孔径分布在0.1 ~ 10 μm范围内的孔隙影响较大。前10次冻融作用使黄土孔隙率增加, 特别是经历6次冻融作用后, 与未经历冻融作用的黄土相比孔隙率增大约18.8％。随着冻融作用的继续, 黄土孔隙率减小且趋于稳定。经历不同冻融循环次数后的黄土孔隙分布均具有良好的统计分形特性。基于热力学模型和毛细管压力曲线法表征黄土孔隙结构时, 黄土孔隙呈现显著的分形特性, 可在整个孔径尺度范围内给出唯一且合理的分形维数。基于Menger海绵模型表征的经历冻融作用后黄土孔隙分形特征呈现多尺度分形, 在不同的尺度范围内, 有不同的分形维数。结合分形理论可知冻融作用改变了黄土孔隙均匀性及复杂程度。     

石碑塬滑坡黄土液化特征及其影响因素研究

石碑塬滑坡是1920年海原地震触发的大型黄土流滑,认识其破坏特征与发生机制对于黄土边坡长距离液化失稳机制的研究非常重要。对石碑塬黄土滑坡的调查和研究表明,饱和黄土或高含水率黄土具有很高的液化势和流态破坏势,在强震作用下,饱和黄土易发生液化或流滑。对石碑塬滑坡的7组原状黄土样品进行振动三轴剪切试验,并结合其微观特征分析,探讨了循环振动荷载作用下的饱和黄土孔隙水压力-应变增长模型,分析了振动液化过程中液化应力比与黄土粒度组成、土体微观结构参数及饱和度之间的关系。结果表明：黏粒含量越低,振动作用下饱和黄土孔隙水压力响应越快,液化应力比越低;黄土孔隙比越大,孔隙结构分形维数越大,液化应力比越低,振动液化后黄土孔隙分形维数降低,结构较液化之前更为致密;饱和度对黄土粒间胶结物质的赋存状态及黄土结构强度影响很大,同一土体饱和度越高,溶滤于孔隙水中的离子浓度越高,土体粒间接触点（或胶结点）越容易发生断裂,使得黄土结构强度降低,液化应力比降低。     

低渗砂岩储层孔喉的分布特征及其差异性成因

应用筛析粒度、铸体薄片、图像孔隙、扫描电镜与高压压汞等方法,对苏北盆地沙埝地区E1f3和三塘湖盆地牛圈湖地区J2x两类不同低渗储层的孔喉类型和分布特征进行了分析对比,对其差异性成因进行了探讨。研究表明,E1f3储层孔隙类型主要为碳酸盐胶结物和长石溶孔,J2x储层主要为凝灰质和长石溶孔,前者溶蚀成因的粗大孔隙较多,而后者细小的晶间孔较多。E1f3储层喉道分布为溶蚀成因的粗单峰分布、压实或压实胶结混合成因的细单峰分布、管束状喉道的无峰分布,以及溶蚀成因与压实或压实胶结混合成因组成的双峰分布四类;J2x储层喉道为溶蚀成因的粗单峰分布、管束状喉道的细单峰分布,及管束状喉道与压实或压实胶结成因组成的双峰分布三类,未见溶蚀成因喉道与其他成因喉道组成的双峰分布。两区孔隙半径、喉道半径均随粒级变细呈减小趋势,平均孔隙半径也总是小于碎屑颗粒半径;在粒度相近的情况下,J2x储层孔隙、喉道半径均小于E1f3储层。E1f3储层较高的成分成熟度与结构成熟度和早期碳酸盐胶结作用使其在压实过程中保存了较大的原始粒间孔隙空间,且为后期溶蚀作用所扩大,牛圈湖地区J2x储层较高的塑性岩屑含量和同沉积期形成的凝灰质,使储层原始孔隙空间在压实过程中大量减少,后期溶蚀作用较弱。杂基对原始孔隙空间的充填程度及其与塑性岩屑共同造成的压实与溶蚀强度的差异,是造成两区目前孔隙结构差异的主要原因。     

Pore and Pore-Throat Size Distributions of Low Permeability Sandstone Reservoir and Their Differential Origin

应用筛析粒度、铸体薄片、图像孔隙、扫描电镜与高压压汞等方法,对苏北盆地沙埝地区E1f3和三塘湖盆地牛圈湖地区J2x两类不同低渗储层的孔喉类型和分布特征进行了分析对比,对其差异性成因进行了探讨.研究表明,E1f3储层孔隙类型主要为碳酸盐胶结物和长石溶孔,J2x储层主要为凝灰质和长石溶孔,前者溶蚀成因的粗大孔隙较多,而后者细小的晶间孔较多.E1f3储层喉道分布为溶蚀成因的粗单峰分布、压实或压实胶结混合成因的细单峰分布、管束状喉道的无峰分布,以及溶蚀成因与压实或压实胶结混合成因组成的双峰分布四类;J2x储层喉道为溶蚀成因的粗单峰分布、管束状喉道的细单峰分布,及管束状喉道与压实或压实胶结成因组成的双峰分布三类,未见溶蚀成因喉道与其他成因喉道组成的双峰分布.两区孔隙半径、喉道半径均随粒级变细呈减小趋势,平均孔隙半径也总是小于碎屑颗粒半径;在粒度相近的情况下,J2x储层孔隙、喉道半径均小于E1f3储层.E1f3储层较高的成分成熟度与结构成熟度和早期碳酸盐胶结作用使其在压实过程中保存了较大的原始粒间孔隙空间,且为后期溶蚀作用所扩大,牛圈湖地区J2x储层较高的塑性岩屑含量和同沉积期形成的凝灰质,使储层原始孔隙空间在压实过程中大量减少,后期溶蚀作用较弱.杂基对原始孔隙空间的充填程度及其与塑性岩屑共同造成的压实与溶蚀强度的差异,是造成两区目前孔隙结构差异的主要原因.     

微生物诱导碳酸钙沉积技术改性黄土结构强度试验研究

我国黄土地区的水土流失和地质灾害问题异常严重,这主要与黄土较差的工程地质性质有关.提出采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对黄土进行改性处理,以改善其力学性质.采用喷洒法的方式将制备好的微生物菌液和胶结液依次喷洒在土样表面进行MICP处理,基于贯入试验和碳酸钙含量测定试验,分析不同MICP胶结轮次(3次、5次、7次...     

中国黄土粒度的双峰分布及其古气候意义

中国黄土的粒度分布由分布峰度较高、分选较好的粗粒组分和分布峰度较低、分选较差的细粒组分叠加组成;前者代表了冬季风盛行季节近距离低空搬运的粉尘物质,其粒度指示了东亚冬季风所主导的近地面气流的强度,它在全样中的含量可能反映了冬季风粉尘的沉积通量;细粒组分可能主要为常态存在的、由高空气流搬运的远源粉尘,代表了黄土高原原始粉尘的本底,它的粒度特征与北太平洋西风带粉尘基本一致,可能指示了主要由西风带控制的高空气流的强度。黄土的粒度分布函数可用代表这两个组分分布的两个WEIBULL函数的和函数表示。用实测粒度分布数据对分布函数进行拟合可计算出该分布函数的各参数,同时可获得黄土粒度的两个组分各自的分布函数及两个组分在总样中所占的百分比。     

Grain size distribution expressed as tanh-functions

The grain size distribution within a unimodal sediment can be described as a lognormal distribution when the distribution is formed by only one process. However, most sediments are formed by more than one process giving polymodal sediments. Polymodal sediments have to be described as the sum of several normal distributions, one for each process involved within the formation. Grain size distributions are usually interpreted with the help of graphical methods. Interpretations of polymodal sediments require mathematical methods. In mathematical terms a unimodal sediment can be described as a tangential hyperbolic function (tanh) and a polymodal sediment can generally be described by the sum of two or three tanh-functions. The tanh-method is a tool for identifying and estimating the number of modes within a grain size distribution and helps interpret the processes involved within the formation of a deposit. The mathematical method can also be used to computerize sediment data, allowing storage with just a few numbers. Different samples can easily be compared and classified. Also, this method could be a valuable tool for calculations of various sediment parameters both in geotechnology and hydrogeology.     

The ultrafine component in Chinese loess and its variation over the past 7·6 Ma: implications for the history of pedogenesis

Grain‐size data from different climatic zones across the Chinese Loess Plateau show that the loess generally contains an ultrafine component, which has a consistent modal grain size of ca 0·37 μm and a variable proportion of 4 to 10%. The variation of the ultrafine component through a loess section is characterized by a high proportion and fine grain size in palaeosols, and by a low proportion and coarse grain size in loess layers. Its proportional content in a stratum roughly increases from north‐west to south‐east across the Loess Plateau. Quantitative X‐ray diffraction analysis indicates that the ultrafine component is composed mainly of clay minerals (ca 70%), which are mostly illite (ca 80%), and with significant amounts of kaolinite (ca 8%) and chlorite (ca 2%). The temporal and spatial variations of the ultrafine component, and the degree of illite crystallinity, suggest that this component in aeolian sediments is linked closely to the process of pedogenesis. Weakly altered loess on the north‐western margin of the Loess Plateau contains considerable amounts of detrital clay minerals derived from the aeolian source areas. Results from a loess section with a basal age of 7·6 Ma in the central Loess Plateau show that the ultrafine component increased from 7·6 to 5 Ma, and progressively decreased thereafter. This trend was punctuated by two abrupt changes at 2·6 and 0·6 Ma. These variations reflect to a considerable extent the history of pedogenesis during the Late Cenozoic.     

全新世时期北京-张家口地区与黄土高原地区风成系统的差异

近年来,中国北方的沙尘暴对北京地区的影响越来越受到人们的重视,从地质记录上分析研究北京—张家口地区沙尘暴的粉尘来源对确定重点治理区、改善北京地区的大气环境质量具有积极意义。黄土是地质时期沙尘暴形成的风成沉积物,其粒径分布蕴含了粉尘搬运过程中的大气环境信息,本文利用黄土-古土壤沉积的粒径分布特征,分析了北京—张家口地区和黄土高原地区风成系统的差异,并根据粉尘动力学原理,结合遥感信息揭示的地面风蚀痕迹,探讨了北京—张家口地区黄土粉尘的主要来源,指出北京—张家口地区和黄土高原地区分属不同的风成系统,有不同的粉尘源区和不同的大气动力条件。北京—张家口地区大气动力强度大,粉尘源区近,粉尘主要来自阴山以北的内蒙古苏尼特右旗—二连浩特方向,与浑善达克沙地关系不大,也与黄土高原地区主要粉尘物源区不同     

不同沉积环境下马兰黄土孔隙分布与土水特征的模式分析

为研究黄土的孔隙分布(PSD)和土 -水特征曲线(SWCC)与黄土沉积环境的关系,在甘肃榆中县和平镇和正宁县及陕西泾阳县等黄土台塬上部采取原状马兰黄土样,先测定其基本物理指标,再用压汞法测得各土样的PSD曲线,同时用滤纸法测得其SWCC。结果表明:和平镇马兰黄土的PSD曲线为单峰形态,泾阳县马兰黄土的PSD曲线为双峰形态,正宁马兰黄土的PSD曲线具有三峰特点。各土样的SWCC具有与PSD曲线相对应的阶梯状形态。SWCC与PSD曲线之间的对应关系,说明黄土的土水特征受孔隙分布的控制。获取3个原状样扫描电镜图像,微结构显示出这种地域性分异现象。对各采样点的气候环境分析表明,黄土PSD曲线之间的差异主要是由成土作用强弱决定的。将降水量与蒸发量的比值定义为蒸渗系数 (CEI),作为刻画成土作用强弱的指标。发现当CEI≤0.3时,PSD曲线为单峰模式;0.3＜CEI≤0.4时,PSD曲线为双峰模式;0.4＜CEI≤0.5时,PSD曲线为三峰模式,相应的SWCC分别为单拐点、双拐点和三拐点模式。     

粒度端元模型在新疆黄土粉尘来源与古气候研究中的初步应用

基于新疆伊犁盆地肖尔布拉克黄土剖面粒度数据,以贝叶斯粒度端元模型法为主,粒级标准偏差法为辅探寻对气候变化响应敏感的粒级组分及其对粉尘来源示踪和古气候重建的意义。研究结果表明粒度端元组分EM1（众数粒径:21.22 μm）代表大气粉尘中较为稳定的背景值,其含量的变化与高空西风环流强度有关。EM2（75.29 μm）主要代表了近源河流沉积物的悬移搬运组分,可视为较敏感的古气候指标。EM3（47.5 μm）也代表了近距离的悬移搬运组分,可能主要由较粗颗粒对地表的碰撞磨蚀作用而产生。EM2记录了深海氧同位素2阶段（MIS2）以来的北大西洋气候波动事件,如Heinrich事件、YD事件等。贝叶斯粒度端元模型能够区分不同的沉积动力过程,在新疆黄土古气候研究中具有广泛的应用前景。     

末次冰期以来松嫩盆地东部榆树黄土堆积及其环境意义

通过对松嫩盆地东部末次冰期以来榆树黄土剖面的粒度、磁化率等指标分析研究后认为:(1)该地区的黄土至少于4万年前的末次冰期开始沉积,沉积物类型为黄土与河流沙混合沉积,粒度可有4个组分,其中46kaB.P.以前主要是以第④组分为主导的水成河流沙,46kaB.P.以后主要以第③组分为主的黄土粉尘。(2)松嫩盆地东部的黄土粉尘主要来源于科尔沁、松嫩等西北广大沙地,末次冰期是科尔沁等沙地大规模发育的时期。(3)东北地区全新世气候演化可分成5个阶段:10000aB.P.左右,9000aB.P.左右,6000aB.P.前后,4500aB.P.左右,2500aB.P.以后。     

2006年4月17日北京降尘的粒度分布与磁学特征

对2006年4月17日北京降尘的粒度和磁学性质进行深入分析,提出降尘磁化率相对黄土样品较高是现代降尘磁化率的特点,源区表土磁化率普遍较高是本次降尘磁化率值高的主要原因,污染产生的磁性物质对其也有一定的影响。同时通过对比几次降尘的粒度特征和传输方式提出粒度可以有效地指示源区的变化。结合降尘的粒度、磁化率分析与沙尘暴的监测信息和卫星云图,认为此次降尘粒度为0.8～20.0μm的组分可能是来自内蒙古西部的物质;20～70μm与>70μm的组分可能是来自距离北京较近的河北北部和内蒙古中部发生强烈沙尘暴的地区。     

天山北麓黄土记录的30万年以来古气候演变

对天山北麓黄土分布特点与形成年代的研究,以及以此为载体应用各代用指标的古气候重建已经取得了不少进展。在前人工作的基础上,选取黄土—古土壤序列分明,底部S3古土壤发育的鹿角湾剖面为主要研究对象,结合天山北麓的其他多个典型黄土剖面,运用色度、粒度、常量地球化学元素含量和环境磁学参数等指标,探讨大约30万年以来的古气候演变。鹿角湾黄土实验结果显示,各古气候代用指标随剖面深度变化与黄土—古土壤更替大概一致,剖面上部（L2及其以上）与下部区别明显。粒度分布揭示黄土物源输入主要受控于两股不同风系,随黄土古土壤的更替两者的主次地位发生变化。环境磁学实验结果显示,剖面下部磁性弱,频率磁化率低,但古土壤层稳定单畴含量较高,反映湿润成壤环境下超顺磁亚铁磁性矿物溶解或转化为弱磁性矿物;剖面上部比剖面下部的磁性要强,磁性矿物粒度更粗;S0为磁性成壤增强模式,与其他黄土古土壤层不同。再结合其他典型剖面的记录,可以推断研究区30万年以来有干旱化的趋势,但S2发育阶段总体上可能比S3发育阶段略为湿润,这一阶段之后气候明显变干,S1发育阶段明显比S2与S3发育阶段干旱,干旱化趋势一直保持至全新世开始之前。