高温高压下煤超微构造的变形特征

本文通过不同温、压实验条件下,不同煤级煤的应力-应变曲线及超微变形构造特征分析,深入探讨了不同煤化程度煤的变形行为及其影响因素。阐明了高温高压和差异应力作用是促使煤结构由无序向有序方向转化,使大分子结构有序畴和定向性增大的重要因素。论述了温度和压力在不同的煤级和不同的实验条件下,具有不同的作用。在中煤级阶段,虽然围压的增大可在一定程度上提高煤的强度,但温度的影响更为重要。较高煤级在小应变阶段,温度起主导作用;而到了大变形阶段,围压的作用又逐渐上升到主导地位。在整个变形过程中,定向压力都是不容忽视的重要因素。     

高温高压下金的浸滤实验

利用不同成分的浸取母液在温度550—250℃(间隔100℃)、压力800×10~5Pa条件下,分别对变质岩样品(含金240ppb)进行浸滤实验。实验表明,岩石中金在各种浸液中都有不同程度的迁出,淋滤迁出率最高可达28％。本文利用实验结果,对金在热水溶液中的迁移形式等作了探讨。     

高温高压下含水矿物对岩石熔点影响的实验研究

在温度约800—1300℃和压力1.0—3.5GPa下,对加入约2％水的钾质玄武岩和榴辉岩样品的熔融实验研究结果表明,两种岩石的固相线都明显低于干体系同类成分岩石熔融实验研究获得的固相线温度;其中前者由于相对富钾其熔点总体上又低于后者,与已有的研究资料一致。不同的是榴辉岩是随着压力的增大熔点温度增高,钾质玄武岩仅在1.5—2.5GPa和大于3.0GPa压力时其熔点随着压力的增大而增高,在2.5—3.0GPa压力范围内则相反。笔者认为这是由于钾质玄武岩在压力2.5GPa以下,存在着角闪石,2.5GPa以上存在金云母所致,二者矿物特定的成分决定了角闪石具有高于(或接近于)而金云母具有低于湿体系固相线的脱水温度;而含水榴辉岩实验的连续固相线特征则是其角闪石的脱水温度低于或接近含水条件的熔点温度所致。从而造成高压条件下岩石熔点的降低。因此,岩石圈中岩石的成分及其所决定的含水矿物类型和稳定温压条件是控制岩石固相线形式的重要因素,并可以很好地解释深部岩石的部分熔融和地震波低速带的成因。     

高瓦斯煤的渗透性试验

煤岩体变形和强度以及流体在多孔隙裂隙煤中的渗流规律,是高瓦斯煤层开采中关注的问题。阐述了高瓦斯煤力学介质属性、微结构模型、渗透特性及其孔裂隙和破碎块度的分形特征;利用电液伺服岩石力学试验系统,以数控瞬态渗透法进行了煤样全应力应变过程的电液伺服试验,研究了全应力应变过程中煤样渗透性的变化特征。试验结果显示:煤样的力学性能与其微结构和微孔隙特征密切相关,渗透率变化与试样内部裂隙发展变化过程密切相关。     

沁水盆地煤岩高温高压实验变形特征

对沁水盆地不同地区选取的5组煤岩样品进行高温高压变形实验,结果证实,在相同的实验条件下,(1)采自不同地区的煤岩强度在较低温压条件下表现出一致性,在较高温压条件下显现出差异性;(2)高煤级煤No.3煤样在某一温压条件下（100℃、100MPa）,应力应变强度都是最低的,为煤岩组分影响的结果。在不同的实验条件下, 煤岩在高温高压条件下（温压大于200℃、200MPa）,随着温度与围压增高,应力应变强度在降低,但这主要是温度影响的结果。在温压为100℃、100MPa和500℃、500MPa时,煤岩应力应变强度均很低,但却存在着本质的差别:前者产生的应力应变强度只有部分真实地代表了煤岩的强度（应变量ε<3％）,而持续的应力应变强度（应变量ε>3％）则是围压作用的结果;后者煤岩低应力应变强度显示出明显的韧性状态, 主要表现在温度对煤岩产生的影响。     

高温高压下辉长岩的电导率实验研究

在 1 .0～2 .0GPa和 3 2 0～ 70 0℃下 ,1 2～ 1 0 5Hz的频率范围内 ,进行了辉长岩的电导率就位测量 ,并用阻抗谱分析了其微观电传导机制。结果表明 ;电导率对测量频率具有依赖性。复阻抗平面上只出现了反映颗粒内部传导机制的阻抗弧 ,在高压下这种机制起主导作用 ,该阻抗弧出现在 1 0 5～n×1 0 2 Hz(n为 1～9的正整数 )的频率范围内。以本实验所获得的电导率结果和前人的工作为依据得出辉长岩不能在中下地壳形成高导层的结论。     

构造煤结构演化及其应力-应变环境

基于不同变形类型和程度煤样品的X 射线衍射分析（XRD）,研究了构造煤的结构演化及其应力- 应变环境。结果显示, 弱变形构造煤芳香结构参数面网间距（d 002）随煤化程度增高呈阶跃式减小,阶跃点为最大油浸镜质组反射率等于0.69% 左 右,阶跃点后变化不大;鳞片煤Ⅱ的面网间距最小,揉皱糜棱煤与片状碎裂煤Ⅱ相当,介于弱变形构造煤与鳞片煤Ⅱ之间, 揉皱煤的面网间距稍大于揉皱糜棱煤;堆砌度随煤芳香结构演化与面网间距协调变化。认为应力- 应变作用类型和程度的 差异控制了不同变形类型和程度构造煤的形成,应力- 应变作用不仅改变煤体宏观和微观结构,也影响着煤芳香结构的演 化,且不同类型和程度应力－应变作用的影响程度存在较大差异。形成构造煤的应力- 应变环境可分为脆性碎裂变形环境、 韧性变形环境和剪切变形环境三类。弱和中等脆性碎裂变形作用对煤芳香结构影响不大;韧性和剪切变形作用分别以一定 的温压条件和定向的应力作用为主要特征,前者有利于煤中杂原子团的脱落和新芳环的形成,后者有助于煤中分子结构的 有序化,均可促进煤中芳核的生长。     

三向应力状态下大理岩压缩变形试验研究

本文着重讨论大理岩在三向应力状态下压缩变形特性试验研究.探讨了不同的加荷路径对应力-应变关系、强度及破坏机制等的影响.进行了恒侧压、反复加压、等比加压、应力常量,卸荷等试验研究,此外还进行了无侧向应变及静水压等试验.该试验采用了我所自制的 CBS-2型数字显示位移测量仪进行测量,探头直接固定在高压筒体内岩样上下垫块之间,可以测出岩样破裂后的变形,克服了过去采用电阻片量程不够的问题.     

岩石圈深部温压条件下萜烷演化的实验研究

在密闭体系中700℃、压力高达3 GPa条件下进行褐煤加水的模拟实验,分析实验产物中的萜烷的变化规律,进而对高压高温下有机质演化进行研究.实验结果表明,相同压力条件下,温度升高有利于有机质的成熟演化;压力增加会抑制或延迟油气的生成和有机质成熟;五环三萜烷ββ生物构型转化为αβ地质构型所需能量比烯烃双键加氢饱和更高.高温超高压条件下,研究样品中C24四环萜烷存在4种同分异构体,含量由高到低依次包括10β(H)-降A-羽扇烷、10p(H)-降A-奥利烷、C24-17,21-断藿烷和10β(H)-降A-乌散烷.高碳数烷烃在地幔高压力条件下仍可以存在,这为认识超压盆地的油气资源与深层油气成藏及保存提供了新的思路.     

围限压力下煤岩孔隙度的变化特征及应用

在对30多个煤岩样品在不同围限压力下测得的孔隙度进行研究的基础上,结合煤层甲烷开采的生产特点,讨论了煤岩孔隙度在围限压力下的变化特征。进而探讨了煤岩地下孔隙度的计算方法和煤岩有效孔隙体积压缩系数的变化特征。     

影响煤层构造变形特性与机理的关键因素

3个煤级的煤样高温高压实验结果表明,煤是一种温度敏感性较弱的岩石。影响煤层构造变形机理的关键因素是煤级,随煤级增高煤层塑性减弱、脆性增大。韧性变形主要发生在煤级较低的煤层,煤级较高煤层主要发生脆性变形。不能完全用煤层本身强度特性解释煤层容易发生强烈流变或成为拆离、滑脱层的现象,需考虑其它可能因素。     

高温作用后花岗岩单轴压缩下变形破坏特征研究

本文采用TAW 2000伺服三轴试验机及声发射检测设备,对高温作用后的花岗岩在25~650℃单轴压缩下的声发射特征进行试验研究,分别分析了高温作用后的花岗岩纵波波速、最大强度及振铃计数随时间的变化规律。研究结果表明:花岗岩的纵波波速和最大强度随着温度的升高而下降,当温度超过500℃时,纵波波速和最大强度下降幅度最大,可见花岗岩的阈值温度为500℃左右。高温作用后的花岗岩在加载过程中始终伴随声发射信号,并且与应力-时间曲线具有较好的对应关系,不同温度作用后的花岗岩声发射活动程度不同,温度越高,声发射活动愈强烈。500℃前花岗岩试样主要以劈裂破坏为主,温度达到500℃,花岗岩试样以剪切破坏为主,高温导致花岗岩试样内部结构发生改变,试样内部的裂纹逐渐发生扩展、贯通,最终发生破坏。     

矿物中元素迁移变化的高温高压实验研究

实验证实,岩块在高温高压受力变形后,其矿物中的元素将发生迁移和变化,在相同条件下,同一矿物中的不同元素或相同元素在不同矿物中具有不同的迁移和变化规律。实验结果说明,就许多内生金属矿床成矿作用而言,构造及构造变形不仅为成矿热液的运移、沉淀提供场所,而且在某种程度上能促使成矿元素的活化、分异甚至富集。      

高围压条件下孔隙介质渗透特性试验研究

为研究不同围压条件下孔隙介质的渗透性能,利用新研制的高压渗流仪,对大尺寸低渗透性软弱岩进行了系统的试验测试。试验渗透压差波动幅度仅为0.02MPa,渗出端溶液体积变化量测试精度可达0.03mL。通过溶液体积变化与时间的线性关系,稳定渗流量大小可以精确测定。以稳定压差、流量法(即稳压法),试验验证了岩石的渗透系数随着围压的增加而下降,当围压降低时,岩石渗透系数回升,但回升路径低于原始路径。根据轴向应变的变化情况,提出了室内试验应力-渗流耦合过程中渗透性的变化主要是侧向压力使孔隙、喉道产生压缩变形所致。     

气固耦合作用下温度对煤瓦斯渗透率影响规律的实验研究

为得到温度对煤瓦斯渗透率的影响规律, 在实验室通过改装三轴渗透仪, 进行了不同温度条件下煤瓦斯的渗透率测定实验。实验结果表明, 在不同温度下, 渗透率随有效应力的减小均呈二次抛物线趋势, 即渗透率先减小后增大。在卸载初期, 温度较低时煤瓦斯渗透率下降梯度比高温时大, 渗透率值较高; 卸载后期, 较高温度时煤瓦斯渗透率上升梯度比低温时大, 渗透率值大。由实验可知, 煤层气开采过程中, 对于不同温度, 煤瓦斯渗透率的变化关系均具有典型煤层气开采的三阶段主导作用特征。有效应力、气体吸热和煤固体受热是影响煤体渗透率的重要因素。在卸载初期, 煤固体受热膨胀及有效应力对渗透率起主导作用, 卸载中后期, 气体滑脱和气体吸热对渗透率起主导作用。实验分析后认为, 开采煤层气时采用先压裂后注热的方式将有助于提高煤层气的产量。      

大埋深粘土三轴高压卸载变形与强度特征

以取自山东巨野矿区埋深近 4 30～ 6 0 0m的深部粘土样为例 ,分析测试了土的常规物理力学性质参数。考虑该埋深土的天然应力水平及其在煤矿建井开挖中的卸载应力变化 ,在三轴伺服仪上 ,进行三向等压分别达 11MPa、12MPa、14MPa下的卸除围压、保持轴压的三轴高压卸载试验 ,分析了深部粘土三轴高压卸载变形和强度特点 ,得到了相关力学参数。成果丰富了土的高压卸载力学性研究 ,并为巨野矿区煤矿立井建设提供了工程地质基础参数     

高温高压下辉石岩的电导率实验研究

使用YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和1260阻抗／增益-相位分析仪,在1．0～4．0GPa和773～1134K下用阻抗谱法就位测定了辉石岩的电导率。实验结果表明,电导率对频率具有很强的依赖性;温度是决定辉石岩电导率的一个重要物理参数,电导率随着温度升高而增大,lgσ与I／T之间符合Arrenhius关系式;随着压力升高。电导率降低,活化焓和独立于温度的指前因子亦降低。     

一种高温高压下防止试块爆炸的新技术

本文采用在传压介质（如叶蜡石等）棱边附近埋置加强筋的方法，有效地防止了样品从传压介质中被挤压冲出来，从而提高了实验的成功率。对此方法的防爆原理，及加入加强筋后高压腔中的温度、压力等进行了讨论，实验在立方体高温高压装置上完成，压力测至6．0GPa，温度测至1740℃