重塑硅藻土抗剪强度的环剪试验研究

硅藻土是一种强结构性土,具有密度小、孔隙大、干燥土块吸水率高等特点。天然硅藻土的抗剪强度大,但在外界扰动或风化后,结构性强度丧失,易发生滑坡等斜坡变形破坏现象,因此,研究其在大变形下的力学性质很有必要。利用环剪仪可以研究土体在较大剪切位移条件下抗剪强度变化规律,对重塑硅藻土进行环剪试验研究,得到了不同竖向压力下的应力-位移曲线,认为重塑硅藻土为典型的应变软化型土;根据测试结果得到了重塑硅藻土的抗剪强度和残余强度,并从物质组成和微观结构特征方面对重塑硅藻土的力学性质进行了分析,为硅藻土滑坡的成因分析和灾害防治提供了依据。     

我国硅藻土矿产资源特征及供需形势分析

硅藻土是一种重要的非金属矿产资源,由于特殊的物理、化学性质,其应用非常广泛且空间巨大.我国华北、东北、西南、中南及华东地区均有分布,其中吉林白山临江—长白地区是我国最大的优质硅藻土资源蕴藏地.本文在搜集整理了国内及国外硅藻土矿资源情况、供需情况等基础数据,通过综合研究,阐述了全球硅藻土矿资源概况,介绍了我国硅藻土矿资源特征,分析了我国硅藻土矿供需情况及未来形势,以期对我国硅藻土产业发展提供借鉴.     

膨胀性硅藻土的力学性质及其灾害效应研究

在云南保山－腾冲高速公路建设中,遇到了与膨胀性硅藻土相关的边坡稳定问题。通过对云南腾冲五合乡、芒棒乡、团田乡多个地质剖面现场调查和室内物质成分、微观结构分析、力学性质测试表明,云南腾冲新近纪芒棒组硅藻土是一种富含膨胀性黏土矿物的黏土质硅藻土,在性状上属于膨胀性极软岩。天然硅藻土具有很强的结构性,导致其物理性质与力学性质的关系与传统岩土力学规律极不相符,如孔隙比高达2.20～2.78、液性指数为0.66～2.73的天然硅藻土单轴抗压强度竟高达1.09～2.11 MPa。综合研究表明,云南保山－腾冲高速公路建设中黏土质硅藻土边坡的滑坡灾害、风化剥落灾害与其工程特性密切相关。     

天然硅藻土的应力水平与孔隙空间分布的关系

采用压汞法研究了不同固结压力作用下具有强结构性的天然沉积硅藻土的微观孔隙入口孔径分布与应力水平的关系。研究结果表明：当应力水平小于固结屈服应力时,具有强结构性的天然沉积硅藻土的微观孔隙入口孔径分布几乎与应力水平无关,而当外加应力水平达到固结屈服压力时,虽然总体孔隙空间体积几乎与天然沉积状态时一样,但其微观孔隙入口孔径分布则发生显著变化。在屈服后阶段,随着应力水平的增大硅藻土的孔隙空间体积逐渐减少,最大孔隙变小,整体孔隙空间的孔径趋于均匀。并对微观结构变化与宏观力学特性的内在联系也进行了初步探讨。     

土体微观结构定量分析系统及应用

土体微观结构图像的计算机处理是土体微观结构定量化研究的关键技术之一.在分析我国土体微观结构定量研究的进展的基础上,针对土体微观结构图像计算机处理软件对土体微观结构非确定型参数定量分析功能的不足,设计和开发了新版土体微观结构定量分析系统,以太原高阶地黄土为例,通过各夯击次数对应土样的定量化结构效应分析,探讨了其动力固结的微观结构变化规律.该系统的应用对推动我国土体微观结构的研究具有积极意义.     

一种和田玉仿制品——含氟的硅碱钙石微晶化玻璃的初步研究

针对市场上出现的一种外观酷似和田玉的微晶化玻璃,利用常规宝石学测试手段、扫描电镜分析、X射线粉末衍射分析以及红外光谱分析等测试方法,对该材料样品的宝石学特征、表面微观形貌特征、光谱学特征等进行了研究。结果显示,样品为一种含氟的硅碱钙石微晶化玻璃,它是由以二氧化硅为主要成分的基础玻璃在特定的温度条件下逐渐析晶而成的,其微观结构与和田玉的有一定的差异,可以通过红外光谱和XRD对其进行结论性鉴定与区别。     

中国硅藻土矿资源特征及找矿方向

硅藻土是以含硅质生物为特征的沉积岩,是非金属矿产。我国硅藻土矿产资源十分丰富,具有矿床多、规模大、分布广、质地条件好等特点。通过硅藻土矿资料的分析,对其成矿地质背景、矿床地质特征、成因及找矿方向等进行综述。     

雷州半岛硅藻土煅烧中的结构变化

本文应用Ｘ射线衍射、红外光谱、扫描电镜等手段，对广东海康、徐闻的硅藻土在煅烧过程中热结构变化进行了探讨。结构表明，煅烧使硅藻内部矿物的微观结构发生变化而引起形变，主要为ＳｉＯ２从无序含水的蛋白石转变为有序的方石英晶体。形变温度随其硅藻的种类和杂质不同而各异。本研究为这两地硅藻土的开发提供了科学依据。     

雷州半岛田洋组的岩石组合特征及赋矿性

分布于雷州半岛南部火山湖盆及火山岩洼地内的田洋组,是第四纪中更新世晚期至晚更新世早-中期沉积的一套内陆湖相地层体,以富含硅藻为主要特征.其岩性组合下部由粘土质硅藻土、含粘土硅藻土和硅藻土组成,中部以含硅藻粘土和硅藻质粘土为主,上部为粘土质硅藻土和硅藻土.就单个湖盆而言,其岩性组合变化不大,不同的湖盆,岩性组合略有差异.沉积厚度以湖盆或洼地中心最厚,往边缘逐渐变薄.岩相变化自下而上由深湖亚相→浅湖亚相→滨湖亚相转变.由于田洋组在沉积过程中所具备的特殊地理地质环境,大量硅藻在湖泊富营养的水环境中生存、繁殖和死亡,从而形成了大厚度由硅藻遗骸堆积而成的硅藻土矿,其硅藻含量一般为60%～80%,最高达90%,总储量约215.8×106t,具有良好的开发利用前景.     

微观非均质性对砂砾岩储层致密化的影响机理: 以准噶尔盆地东道海子凹陷DN8井区上二叠统梧桐沟组为例

为研究砂砾岩储层微观非均质性特征,了解微观非均质性与储层致密化的关系,建立储层致密化评价标准,定量评价储层致密化程度.通过铸体薄片、扫描电镜、矿物XRD分析、高压压汞等资料,结合前人研究成果,对盆内东道海子凹陷DN8井区上二叠统梧桐沟组储层进行研究.结果表明,储层微观非均质性包括岩石学非均质性、孔喉非均质性及裂缝非均质性.岩石学非均质性中,岩石结构成熟度差异导致的岩石结构非均质性制约储层的初始物性;砾石、同沉积填隙物中塑性岩屑、胶结物类型及其含量的差异影响储层压实及胶结后的致密程度.溶蚀作用后,成岩-孔隙演化过程差异导致的孔喉非均质性及裂缝发育密度决定的裂缝非均质性影响了储层现今的致密程度.提出以成岩综合指数与地层脆性指数综合表征储层致密化程度,并将致密化程度分为3级.Ⅰ级致密化程度成岩综合指数大于4.0、地层脆性指数大于0.8;Ⅱ级致密化程度成岩综合指数介于3.0~4.0、地层脆性指数介于0.3~0.8;Ⅲ级致密化程度成岩综合指数小于3.0、地层脆性指数小于0.3.Ⅰ级致密储层孔喉结构最好、物性最高、微观非均质性最弱,为研究区有利储层.      

黔西北地区石炭系祥摆组页岩微观孔隙结构及分形特征

为研究海相含煤地层页岩的微观孔隙特征,选取黔西北地区石炭系祥摆组页岩作为研究对象,利用扫描电镜(SEM)和液氮吸附实验研究孔隙特征,同时研究其分形特征,并探讨孔隙结构的影响因素。研究结果表明:研究区石炭系祥摆组页岩在扫描电镜下可观察到4类微观孔隙(粒内孔、粒间孔、有机质孔、微裂缝),其中微裂缝、有机质孔发育较丰富,具有较强的生成烃类气体能力和良好的储集性能;液氮吸附等温线在形态上呈反“S”形,表明中孔在微观孔隙中最为发育,滞后回线类型主要为H2型的细颈广体的墨水瓶孔;BJH总孔体积和BET比表面积值均较大,平均值分别为0.0155 cm³/g和13.20 m²/g,平均孔径为6.22 nm,纳米级微观孔隙大量发育,为烃类气体提供丰富的储集空间;页岩样品微观孔隙结构分形维数D较大,主体大于2.723 2,反映出孔隙结构复杂、非均质性较强;BET比表面积与TOC、石英含量呈一定的负相关性,与分形维数呈一定的正相关性;平均孔径值与石英含量正相关性较好,与分形维数负相关性较好,与黏土矿物含量呈一定的负相关性。石炭系祥摆组页岩微观孔隙的BET比表面积较大、平均孔径较小,微观孔隙结构较为复杂。     

基于IPP图像处理的膨胀土微观结构定量研究

利用环境扫描电镜（ESEM）获取不同浸水时间下合肥膨胀土的微观结构扫描图像,基于专业图像处理软件Image-Pro Plus（IPP）对膨胀土的ESEM图像进行处理和分析,研究了不同浸水时间下合肥膨胀土的表观孔隙比、分形维数和大小组成情况。研究表明,膨胀土的表观孔隙比随着浸水时间的增大逐渐增大,其增长速率逐渐减小。运用小岛法对土样的颗粒和孔隙的分形维数进行研究,结果表明,膨胀土的颗粒和孔隙均具有明显的分形特征,分形维数在1.1～1.3之间。随着浸水时间的逐渐增大,颗粒的分形维数在减小,孔隙的分形维数在增大,二者呈现相反的变化趋势。对土样的颗粒和孔隙按照大（>5 μm）、中（2～5 μm）、小（1～2 μm）、微（<1 μm）4组进行分类,分析了不同浸水时间下各类颗粒和孔隙占比的演变趋势。     

Qualitative and Quantitative Characterization of Shale Microscopic Pore Characteristics Based on Image Analysis Technology

In order to evaluate the shale microscopic pore characteristics more economically and effectively in limited circumstances, the pore characteristics of Longmaxi Formation in Pengshui area, Sichuan Basin, were qualitatively observed and analyzed with Scanning Electron Microscopy (SEM) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) with argon ion polishing method at the same time. Pore quantitative information were extracted from shale SEM and FESEM images with the help of a professional image analysis software IamgeJ2x, and combined with statistical methods, the whole pore size distribution as well as shale pore fractal dimension and the relevance between fractal dimension and organic matter content, mineral composition and pore adsorption capacity and the corresponding pore structure characteristics of Longmaxi Formation in Pengshui area were analyzed. The study shows that under SEM, there are mostly micro pores of Longmaxi Formation in Pengshui area. The main pore types include intergranular pore, clay mineral layer pore, intragranular pore and micro cracks, etc. Through argon ion polishing FESEM, there mainly develop nanoscale pores. The main pore types contain organic pore, inorganic mineral pore (pyrite intergranular pore, intragranular pore, clay mineral layer pore and intergranular pore, etc.) and micro cracks. The use of both of the two methords is more advantageous to qualitatively analyze shale pore. The whole pore size distribution of shale pore has four main peaks and the main distribution range is 3~10 nm, 10~40 nm, 100~400 nm, 1~4 μm, respectively. The shape factor of shale organic matter pore is distributed between 0.9~1 and inorganic mineral pore is distributed between 0.5~0.7. It shows that the organic matter pore is circular, nearly circular and inorganic mineral pore shape is triangle, polygon, slit shape and so on. The inorganic mineral pore shape is relativly complex because of the different pore causes. The shale pore of Longmaxi Formation in Pengshui area conforms to the fractal features, and the organic pore fractal dimension is smaller than that of inorganic mineral pore, showing that the organic matter pore structure is relatively simple. There is a certain relevance between fractal dimension and organic matter content, mineral composition, porosity, and adsorbed gas content. With the increase of the organic matter content, the shale pore fractal dimension increase, the pore structure characteristics become complicated. With the shale pore fractal dimension increasing, the biggest gas adsorption quantity increases and the ability of pore adsorption strengthens.     

上新世红土微观结构参数与渗透系数的变化关系研究

新近系上新世（N₂）红土是实现我国西北地区保水采煤和生态环境保护的关键隔水层,研究红土的微观结构有利于分析其渗透性变化的内在机理。文章利用Matlab对不同渗透系数的N2红土的SEM图像进行了预处理和二值化分割,提取孔隙轮廓,得到其孔隙大小、排列、形态和类型等微观特征,并分析了红土的灰度熵、平均孔径、扁圆度、分布分维和概率熵等孔隙微观结构参数与渗透系数之间的关系。结果表明:图像灰度熵与渗透系数之间无明显变化规律,灰度熵在0.88~0.92之间;平均孔径在2.7~3.7μm之间,渗透系数随平均孔径的增加呈指数型增加;对孔隙大小按照微孔隙（<1μm）、小孔隙（1~4μm）、中孔隙（4~16μm）、大孔隙（> 16μm） 4组进行分类,发现小孔隙的数量最多,约占总孔隙数的50%以上,中孔隙和大孔隙的面积约占总孔隙面积的80%以上,渗透系数的增大主要与中孔隙和大孔隙有关;孔隙扁圆度在0.54~0.57之间,形状系数在0.63~0.75之间,孔隙主要呈扁椭圆状,渗透系数随扁圆度的增加呈指数型缓慢减小,随形状系数的增加呈线性减小;孔隙的分布分维数在1.00~1.40之间,随着分布分维的增加,孔隙由大变小,渗透系数随之呈指数型减小;不同土样的概率熵在0.97~0.99之间,孔隙缺乏明显定向性。     

川东南彭水地区五峰组-龙马溪组页岩孔隙结构及差异性

页岩孔隙结构及差异性是页岩含气性和产能评价的基础性问题.针对川东南彭水地区五峰组与龙马溪组页岩的孔隙结构已有若干研究成果,然而在页岩孔隙结构差异性和有机孔定量特征方面还缺乏研究.利用低温低压氮气吸附测定和氩离子抛光-场发射扫描电镜（FE-EM）技术,对页岩样品纳米孔隙进行了二维观察与统计以及分形特征计算,研究了3nm至几百nm页岩孔径范围的孔隙结构及其差异性.研究区五峰组-龙马溪组页岩有机孔十分发育;氮气吸附测定页岩孔隙形状包含开放型圆筒状、层状结构狭缝状和墨水瓶状等;扫描电镜观察有机孔形态主要有近圆形、椭圆形和多角形等.五峰组和龙马溪组页岩孔隙结构具有明显的差异性,主要体现在孔径大小、形态和数量上.氮气吸附测定表明,五峰组页岩孔隙比表面积和总孔容较龙马溪组大,微孔所占总孔的比例也较高;五峰组页岩孔径相对龙马溪组更细窄.扫描电镜二维图像观察与统计结果表明,五峰组有机孔径以小于3nm为主,形态以多角形为主;龙马溪组有机孔径以小于0nm为主,形态多呈近圆形和椭圆形.五峰组页岩的分形维值大于龙马溪组页岩,说明前者孔隙复杂程度较高.      

常规砂岩与砂砾岩分形特征对比及成因分析:以乌石凹陷X构造流沙港组为例

基于常规物性、铸体薄片、高压压汞等实验分析资料,运用分形理论研究乌石凹陷X油田始新统流沙港组常规砂岩与砂砾岩储层分形特征,分析分形曲线特征,分形维数及其与储层物性、孔隙结构参数之间的关系,评价分形维数对不同类型砂岩储渗能力表征的有效性.结果表明:相比常规砂岩,砂砾岩高压压汞分形曲线呈现分段特征,指示发育大孔、小孔、微孔...     

基于压汞法的冻融循环对土体孔隙特征影响的试验研究

冻融循环会改变土的微观结构, 孔隙特征的变化是其结构性发生改变的重要体现. 以青藏铁路沿线粉质黏土为研究对象, 借助压汞技术对不同冻融次数下重塑土样的孔隙特征进行了研究. 结果表明:土体孔隙特征分布曲线表现出明显的双峰特征, 据此可将土样的孔隙分为大孔和小孔两大类; 冻融循环次数对小孔隙的影响较小, 小孔隙直径和体积基本保持不变; 冻融循环次数对大孔隙的影响较大, 特别是孔径为20～40 μm的孔隙, 其直径和体积均随冻融次数的增加而增大. 试样的孔隙率随冻融次数的增加并无明显规律, 但总体的变化趋势是先增大后减小. 由孔隙分形维数计算结果可知, 冻融循环在改变土体孔隙结构的同时, 使孔隙内壁的粗糙程度及孔隙结构的复杂程度降低.     

渝东南地区龙马溪组高演化页岩微纳米孔隙非均质性及主控因素

对页岩气赋存的主要场所页岩孔隙的研究是解决页岩气赋存和保存机理的关键,但目前缺少有效的手段去定量刻画高演化页岩微纳米孔隙的非均质性特征。通过低压N2吸附/解吸、高压压汞、场发射扫描电镜(FE-SEM)等实验,运用分形维数对渝东南地区龙马溪组高演化页岩微纳米孔隙非均质性进行了定量分析。结果表明：高演化页岩的微纳米级孔隙非均质性极强。中孔(2.0~50.0 nm)中2.0~4.5 nm 的孔隙分形维数平均2.853 4,4.5~50.0 nm 的孔隙分形维数平均2.7367,这种极强非均质性主要受有机质控制。总有机碳(TOC)含量大于1.7 %时,有机质孔在中孔中占主导地位,粘土矿物含量的增加会在一定程度上增加中孔的非均质性。宏孔(＞50.0 nm)分形维数平均2.8441,非均质性较强,主要受石英和碳酸盐等脆性矿物控制,随着碳酸盐矿物含量的增大,非均质程度增加,有机质对页岩宏孔的非均质性影响不明显。     

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。     

致密气储层孔喉分形特征及其与渗流的关系--以鄂尔多斯盆地下石盒子组盒8段为例

选取鄂尔多斯盆地盒8段16块致密砂岩样品进行恒速压汞测试,结合同位样品核磁共振实验,分析了致密气储层孔喉分布特征;在此基础上,运用分形几何原理和方法,开展了致密气储层孔喉分形研究,并表征了分形与储层渗流特征和孔隙结构参数的关系。结果表明:致密气储层有效孔隙被亚微米-微米级孔喉所控制,其中孔隙主要为大孔和中孔,喉道由微喉道、微细喉道和细喉道所组成;致密气储层孔隙分布不具分形特征,而孔喉整体和喉道则符合分形结构,且分别对应分形维数D₁和D₂;基于储层孔喉分形结构与其渗流特征,将盒8段致密气储层孔喉分形结构划分为2种类型:Ⅰ型表现为阶段式分形特征,以进汞压力1 MPa为界,大于1 MPa孔喉具有分形特征,且储层阶段进汞饱和度主要由喉道贡献,反之,孔喉不符合分形特征,其进汞饱和度增量由孔隙贡献;Ⅱ型为整体式分形,进汞饱和度几乎全由喉道贡献。储层孔喉分形维数与渗透率、平均喉道半径和主流喉道半径存在较好的负相关性,与微观非均质系数呈现较明显的正相关性,而与孔隙度、平均孔隙半径和平均孔喉半径比之间没有明显的相关性。