利用热声发射技术测量岩石最高古温度的探索

根据岩石的热Kaiser效应,岩石能够记忆地质历史中经历过的最高温度.本次实验使用自行研制的岩石热声发射仪,利用人工加热的砂岩和灰岩样品证实了沉积岩存在热Kaiser效应,并探讨了根据热Kaiser效应测量沉积岩经历的最高温度的准确性.通过对塔里木盆地的系列埋深(2800~5300 m)的砂岩和泥岩样品及川西地区灰岩样...     

巴黎盆地下侏罗统的岩石磁学研究及其意义

通过下佛罗统磁性地层学研究,获得了一些能记录岩石形成时的地磁场的样品,根据常规的古地磁方法,等温剩磁和热退磁实验,说明这些岩石的主要载磁矿物为磁铁矿.磁滞回线参数的测量表明多数载磁矿物磁铁矿为假单磁畴,少量样品则可能为假单磁畴与多磁畴的混合物.通过与北美古生代重磁化岩石的磁滞回线参数比值对比,说明重磁化与非重磁化岩五磁滞回线参数比值的分布趋势有明显差别,这一差别可能用于判定岩石的重磁化和非重磁化性质.     

巴黎盆地下侏罗统的岩石磁学研究及其意义

通过下佛罗统磁性地层学研究,获得了一些能记录岩石形成时的地磁场的样品,根据常规的古地磁方法,等温剩磁和热退磁实验,说明这些岩石的主要载磁矿物为磁铁矿.磁滞回线参数的测量表明多数载磁矿物磁铁矿为假单磁畴,少量样品则可能为假单磁畴与多磁畴的混合物.通过与北美古生代重磁化岩石的磁滞回线参数比值对比,说明重磁化与非重磁化岩五磁滞回线参数比值的分布趋势有明显差别,这一差别可能用于判定岩石的重磁化和非重磁化性质.     

岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端

在岩石加载直到破裂的过程中,对岩石的红外辐射进行了遥感观测研究.使用的主要仪器有瞬态光谱仪、智能光谱仪、红外辐射温度计、红外光谱辐射计和红外热象仪.对26种岩石进行了实验.研究表明,岩石的红外辐射温度随应力的增加而增加;岩石的红外辐射波谱的幅值也随应力的增加而增加.岩石的红外热象的观测结果与岩石的红外辐射温度相一致.某些岩石样品破裂主断层形成前,在未来主断层的位置显示出条带状温度异常热象.本实验将遥感学中的最新技术引入岩石力学,以期在岩石力学中建立一个新的研究领域遥感岩石力学(或遥感岩石物理学).遥感岩石力学可望在地震预报,岩爆预报和岩体应力场的测量中得到应用.      

静围压下岩石纵波速的变化和各向异性

在500MPa静围压下研究了多种岩石样品的三维纵波速和波速各向异性。岩石样品采自美国南加州Whipple山的不同地层。实验得到如下结果:1.岩石的纵波速各向异性是一个普遍的特征。2.岩石样品的三维纵波速均随围压的增加而增加,但增量大小的次序与围压无关。3.岩石的各向异性普遍随围压的增加而减小。4.岩石内层理被压缩是岩石各向异性随围压减小的主要原因。 本文还首次提出了波的振幅随围压加载和卸载变化的现象。     

温度对岩石的弹性波速和声发射的影响

在实验室中研究了温度变化引起大理岩和辉长岩的波速变化和声发射活动.研究揭示了岩石热开裂的波速效应,并发现热开裂波速效应具有记忆性.实验同时表明岩石热开裂的波速效应,与过去被其他作者发现的热开裂声发射效应之间有着密切的关系.这些结果有助于阐明岩石热开裂的实质.      

缅甸掸邦地块二叠纪-三叠纪灰岩的岩石磁学初步研究结果

对缅甸东部掸邦地块二叠纪-三叠纪灰岩样品进行了饱和等温剩磁获得曲线及反向场退磁曲线、三轴等温剩磁的系统热退磁、磁化率-温度曲线等岩石磁学测试分析,试图通过岩石磁学方法识别缅甸掸邦地块二叠纪和三叠纪灰岩样品中的磁性矿物种类、含量等信息,为研究样品中主要磁性矿物所携带的特征剩磁分量的磁化年龄等性质提高可靠的基础,从而为进一步研究掸邦地块及滇缅泰地块晚古生代-早中生代的古地理位置等提供有力的证据.结果表明缅甸掸邦地块二叠纪和三叠纪灰岩样品中的主要磁性矿物为磁铁矿,或磁铁矿和针铁矿的组合,少部分三叠纪灰岩样品显示有赤铁矿、磁赤铁矿和针铁矿的组合.     

拉萨地块中二叠统洛巴堆组岩石磁学及其地质意义

拉萨地块是研究班公湖—怒江特提斯洋和雅鲁藏布江特提斯洋演化过程的关键,但印度—亚洲大陆的碰撞可能导致拉萨地块遭受不同程度的重磁化影响,为寻找理想地层进行古地磁研究,本文对拉萨地块中二叠世洛巴堆组砂岩、火山岩及灰岩样品进行详细的岩石磁学研究,以确定各类岩石是否具备记录原生剩磁信息的能力．结果表明砂岩样品中主要载磁矿物为磁黄铁矿,火山岩及灰岩样品中主要为磁铁矿或赤铁矿．结合区域地质资料和部分样品退磁实验,本文认为砂岩样品可能遭受林子宗群火山和岩浆活动所提供的区域热扰动影响,记录了古近系重磁化信息;火山岩和灰岩样品可能记录了岩石形成时期的原生剩磁信息,有望从中获得可靠古地磁数据．     

漳州热田的对流热流和传导热流的研究

漳州地热系统属对流型地热系统.漳州热田是我国东南沿海地区目前所见热田中温度最高（121.5℃）的一个.地表热流值的研究表明,热田中心具有最大的实测热流值（359mw/m²）.本文根据热田内152个钻孔的测温资料和56块岩石样品的热导率数据,采用三种不同方法计算出漳州热田及其邻近地区的大地热流值,并讨论了热流值分布的特点.     

羌北地块早-中志留世古地磁学初步研究结果及其构造意义

本文报道羌北地块早-中志留世龙木措组灰岩古地磁研究初步结果,据此探讨羌北地块早-中志留世的古位置及其起源问题.在日土县龙木措北岸(34.4°N,80.3°E)龙木措组中采集了10个采点,共125块古地磁独立定向样品.岩相学与岩石磁学结果表明样品中主要载磁矿物为磁铁矿.系统热退磁与交变退磁显示,退磁曲线具有双分量或单分量...     

华北平原区地温梯度与基底构造形态的关系

本文根据部分实测温度资料和有限单元法的数值模拟计算结果,研究了华北平原区地温梯度和地表热流值与基底构造形态的关系,分析了盖层相对厚度、基岩侧界面倾角以及不同岩石热导率比值对地温梯度和地表热流分布图式的影响,并讨论了地壳浅部热流的折射和再分配问题。在此基础上,提出了华北平原区地温梯度和热流值基底构造形态的相关直线校正法,即根据不同构造部位上钻孔的实测地温梯度和盖层相对厚度的相关直线推算区域平均地温梯度和具代表性区域热流值的方法。     

Numerical determination of pressure-dependent effective thermal conductivity in Berea sandstone

In this paper, the methods of digital rock physics are applied to determine pressure-dependent effective thermal conductivity in rock samples. Simulations are performed with an in-house three-dimensional finite volume code. In the first step, four numerical models are derived from a given tomographic scan of Berea sandstone. Consequently, simulations of the thermal conductivity at ambient conditions are performed and validated with experimental data. In a second step, a new workflow for the determination of the pressure-dependent thermal conductivity in rock samples is elaborated, tested and calibrated. Results originating from the derived workflow show very good agreement with experimental data.     

A METHOD FOR THE DETERMINATION OF THE THERMAL CONDUCTIVITY OF SANDSTONES USING A VARIABLE STATE APPROACH*

Common problems encountered during the determination of the thermal conductivities of tight sandstones are rock specimen-to-heat source contact and complicated sample preparation. An experimental technique using an electromagnetic heat source solves the direct contact problem between the heat source and the sample. Also, it simplifies the sample preparation and reduces the measurement time. A CO₂ laser operating in a pulsed mode is used as a heat source with about 500 W output power. Thus, heat losses due to radiation and air convection are negligible. Unpolished penny-sized samples of tight sandstones are irradiated on one side and the temperature is measured on the opposite side. The temperature is recorded with 12-bit accuracy by a digital data acquisition system. Carbon black is used to give the samples a uniform absorption. The transient temperature data are acquired, processed, and interpreted with interactive computer programs. Transients for each sample can be stacked, to improve the signal-to-noise ratio, and normalized. The thermal conductivity is calculated from the rise portion of the transient using a ridge-regression type generalized linear inversion scheme. As many as 20 samples per hour can be measured with this simple but expensive set-up. In the long run, this means a reduction of laboratory expenses. In addition, the resolution of this method is superior to other variable-state measurement methods due to the real time controlled data acquisition and the numerical interpretation.     

QTM导热仪测试条件的研究

本文报道用QTM导热仪测量岩石导热系数的测试条件,并论证测量结果的可靠性。作者将样品用其它QTM导热仪及稳定平板导热仪进行检测,证明对各向同性样品之间的误差<5％,对岩石样品用同类型仪器的测量结果比较测量误差一般在10％以内     

Interrelations Between Thermal Conductivity and Other Physical Properties of Rocks: Experimental Data

— A new non-contact and non-destructive optical scanning instrument provided a large number of high-precision measurements of thermal conductivity tensor components in samples of sedimentary and impact rocks, as well as new insights into interrelations between thermal conductivity and other physical properties. More than 800 core samples (dry and fluid-saturated) of sedimentary rocks from different Russian oil-gas deposits and impact rocks from the well “Nördlingen 1973” drilled in the Ries impact structure (Germany) were studied using optical scanning technology. It was established that the thermal conductivity parallel to the stratification is more informative for petrophysical investigations than the thermal conductivity perpendicular to the layering. Different approaches were developed to estimate porosity, permeability, pore space geometry, and matrix thermal conductivity with a combination of thermal conductivity measurements in dry and fluid-saturated samples and mathematical modelling. These approaches allow prediction of the rock porosity and permeability and their spatial distribution along a well using thermal conductivity measurements performed with the optical scanning instrument directly applied to cores. Conditions and constraints for using Lichtenecker-Asaad's theoretical model for the estimation of porosity and thermal conductivity of sedimentary rocks were determined. A correlation between thermal conductivity and acoustic velocity, porosity, density, and electric resistivity of impact rocks was found for different rock types. New relationships between permeability, electrical and thermal conductivity found for sedimentary rocks are described.     

含湿孔隙岩石有效热导率的数值分析

本文采用有限元方法研究含湿孔隙岩石的有效热导率,即随机划分网格并指定材料性质,建立三维含湿孔隙岩石的有限元模型,模型的上下表面施加不同的温度,侧面绝热,计算出总热流,然后结合上下表面的温度梯度计算出岩石的有效热导率.考虑到单个随机模型不一定具有代表性,对给定的孔隙率和饱和度均生成了200种矿物、水、空气随机分布的岩石模型,进行Monte Carlo实验和统计分析,统计分析结果与前人实验结果吻合良好.数值分析结果表明,孔隙岩石的有效热导率与岩石的孔隙率、饱和度、固体矿物组分及孔隙的分布情况有关,数值计算的误差随着网格数目的增加而减小.此有限元方法可以用来估算岩石的有效热导率,在已知组分性质的多矿物岩石物性计算方面有广阔应用前景.     

岩石红外比辐射率简易测定方法及意义

利用地表辐射 (亮温 )求取地面温度需要通过岩石比辐射率进行换算。地球上的岩石千差万别 ,即使岩石学上分类一致的岩石 ,比辐射率也可以显著不同 ,需要大量的比辐射率时 ,现有测量方法显得过于复杂或环境要求过高 ,发展简便的比辐射率测量方法十分必要。实际上 ,在室温情况下 ,比辐射率为常数 ,可以通过测量一系列的温度和相应的辐射值 ,仪器本身的辐射和环境辐射可直接当作未知量参加反演 ,最终利用最小二乘法拟合获得比辐射率 ,大大降低了测量的难度。文中测量了1 6种岩石标本的比辐射率 ,方差一般保持在 0 .0 1左右 ,大多数 <0 .0 1 ;线性拟合的相关系数均 >0 99     

基于二维图像的数字岩心电导率计算方法研究

电导率是表征岩石电学性质的重要物理参数,在地质资源勘查和测井解释等领域发挥着巨大作用.快速、准确地确定岩石电导率具有重要的理论和实践意义.作为近年来发展的一种岩石物理数值模拟工具,数字岩心技术在定量计算电导率等物性参数方面应用广泛.三维微观结构的准确获取是数字岩心技术计算岩石电导率的关键,但传统获取岩石三维微观结构的方法较为复杂费时.为了方便快速地通过数字岩心技术计算岩石的电导率,本文研究了岩石二维与三维数字岩心的电导率联系.我们基于微米级X射线CT扫描得到的三个砂岩样品的微观结构信息建立了三维数字岩心,并通过有限元法计算的三维数字岩心电导率与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.随后我们数字地扩展了岩石的孔隙,产生了较大孔隙度的三维数字岩心样本,在此基础上,计算了三维数字岩心和相应二维数字岩心的电导率,并通过Archie公式分别拟合了电导率与孔隙度之间的关系,得到了相应的胶结系数.结果表明,三维数字岩心的胶结系数小于二维数字岩心的胶结系数,且二者的比值与岩石实测孔隙度呈线性负相关关系.以该联系为纽带,通过二维图像快速计算得到的电导率与孔隙度关系,确定了三维数字岩心的电导率与孔隙度关系,并进一步通过三维数字岩心的孔隙度计算其电导率.该方法计算得到的人工砂岩样品的电导率与其三维数字岩心电导率相关系数高于96%,验证了基于二维图像的数字岩心电导率计算方法的有效性.本文的研究结果为快速、准确地计算岩石电导率提供了新的思路,在油气勘探开发中有广阔的应用前景.     

Porosity determinations and the thermal conductivity of rock fragments with application to heat flow on Cyprus

A standard core analysis technique has been modified to estimate porosities from measurements on rock fragments. For the range of rocks tested, chip-determined fractional porosities were within ±0.025 of the values measured on solid-core samples. This has enabled thermal conductivity measurements on rock fragments to be corrected for the effect of porosity, yielding agreement with conductivity determinations on solid core generally to better than ± 10%. The application of this is illustrated by the determination of heat flow in a 300-m borehole in western Cyprus (latitude 34°54′N, longitude 32°34′E, elevation 82 m). A decrease in temperature gradient with depth is almost completely compensated for by increasing thermal conductivity, and the best value for heat flow at this site is 23 ± 4 mW m^?2.