三峡库首煤系高岭石研究

研究了三峡库首宜昌地区煤系高岭岩的性质和高岭石在高温状态下的热物理性能及其在橡胶工业中的应用.通过化学成分分析证明了高岭岩中含有95%的高岭石,采用X射线衍射、透射电镜、差热分析方法对高岭石在不同温度(500～1 300°C)条件下煅烧过程中的变化进行了表征,在1 000°C以上的相变产物为莫来石和方英石,依据高岭石的高温煅烧机理,选择在900～980°C条件下直接煅烧高岭石,制备的超细高岭石微粉可用作氯化丁基橡胶的功能填料,能达到或超过美国同类产品的效果,同时也符合技术标准的要求.     

Methane-rich fluid inclusions and their hosting volcanic reservoir rocks of the Songliao Basin, NE China

Methane-rich fluids were recognized to be hosted in the reservoir volcanic rocks as primary inclusions.Samples were collected from core-drillings of volcanic gas reservoirs with reversed δ12C of alkane in the Xujiaweizi depression of the Songliao Basin. The volcanic rocks are rhyolite dominant being enriched in the more incompatible elements like Cs, Rb, Ba, Th, U and Th with relative high LREE, depleted HREE and negative anomalies of Ti and Nb,suggesting a melt involving both in mantle source and crustal assimilation. Primary fluids hosted in the volcanic rocks should have the same provenance with the magma. The authors concluded that the enclosed CH4 in the volcanics are mantle/magma-derived alkane and the reversed δ13C of alkane in the corresponding gas reservoirs is partly resulted from mixture between biogenic and abiogenic gases.     

冻融循环对原状过湿土固结变形特性的影响

为了研究季冻区过湿土的固结变形特性,对黑大公路青冈段路基原状过湿土进行固结试验和渗透试验,研究了冻融循环作用下原状过湿土的固结变形特性。试验结果表明：原状过湿土的含水率越高,土体的压缩性越高;初始孔隙比越大,渗透性越高。冻融循环后,过湿土产生不规则裂缝,土的结构也发生改变,土的压缩系数有所增大,随着冻融循环次数的增加,压缩性先增大后趋于平缓。冻融后过湿土的竖向渗透系数明显增大,且随着冻融循环次数的增加渗透性呈现先增大后趋于平缓的规律,而横向渗透系数冻融前后无明显差异。     

基于3D雕刻技术的岩体结构面剪切各向异性研究

相同形貌结构面重复性剪切试验和各向异性剪切试验一直是岩体结构面剪切力学特性试验研究中的难点,而该问题对于工程岩体的开挖力学响应和稳定性分析、评价与控制至关重要,问题的关键在于同一种岩石的结构面形貌的再现。为此,基于3D扫描和3D雕刻技术,重复制备了3种不同粗糙度的大理岩结构面试样,开展了不同法向应力下相同形貌结构面的各向异性剪切试验。试验结果发现：（1）同一法向应力、不同剪切方向下,相同形貌结构面的剪切强度、剪胀和剪切破坏特征均呈现明显各向异性;（2）结构面粗糙度各向异性很大程度上决定了剪切强度的各向异性,两者具有较好的正相关性;（3）随着法向应力的升高,结构面剪切特征的各向异性有逐渐弱化的趋势。同时,研究还充分表明,3D雕刻技术是系统开展结构面剪切力学特征各向异性研究的可靠手段,可在将来研究中发挥更为重要的作用。     

不整合体结构特征研究: 以永1井区侏罗系-白垩系不整合为例

永1井区位于准噶尔盆地腹部昌吉凹陷,中晚侏罗世受燕山运动的影响在盆地腹部形成车莫隆起带,使得下伏西山窑组地层受到超覆、削蚀,形成了一系列岩性、地层及复合油气藏。在油气运聚成藏过程中不整合体的结构发挥了重要作用,故对不整合结构进行了三级层次划分:一级为盖层和不整合体层;二级将不整合体层分为上覆层、不整合层及下伏层;三级是成藏要素级,包括运聚层、隔挡层、风化黏土层和风化淋滤带。借助测井资料,运用岩性、物性、岩石学特征等分析不整合体纵向结构,研究区不整合体三级结构发育完整。地震资料结合测井资料,通过自然伽马反演明确不整合体结构层中运聚层和隔挡层的展布。风化淋滤带厚度自高部位向凹陷方向逐渐减薄,风化黏土层反之,二者具有较好的负相关性。不整合体的结构控制了本区最重要的两类储盖组合,分别是不整合体上覆层-不整合体盖层的储盖组合及不整合体下伏层-风化黏土层的储盖组合。     

Rock Mass Characteristics in Beishan, A Preselected Area for China’s High-Level Radioactive Waste Disposal

Geological and hydrological characteristics, joint geometric features, rock physical and mechanical properties and rock mass quality are studied in the Beishan area, preselected for China’s high-level radioactive waste (HLW) disposal engineering. A comprehensive survey method is developed to study joint geometric features in the outcrop and samples from borehole BS06 into the Xinchang rock mass were tested. The optimal joint sets are determined by rose diagrams and equal-area lower hemisphere plots of joint poles. Results show that: 1) the distribution of joint occurrence obeys a normal distribution, while the distribution of joint spacing obeys a negative exponential distribution; 2) concentric circular and tangent circular sampling windows are applied to study the trace length and the trace midpoint density. Results indicate that tangent circular sampling window is more stable and reasonable; 3) Beishan granite shows high density, low porosity and high strength based on many laboratory tests and the physical properties and mechanical properties are closely related; and 4) a synthesis index, Joint Structure Rating (JSR), is applied to evaluate the quality of rock mass. Through the research results of rock mass characteristics, the Xinchang rock mass in the Beishan preselected area has the favorable conditions for China’s HLW disposal repository site.     

硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展

碳酸盐岩的H2CO3溶蚀产生岩溶碳汇,占整个岩石风化碳汇的 94%。西南岩溶区硫酸型酸雨严重,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀。H2SO4参与的碳酸盐岩风化是一个大气CO2净释放过程,具有减汇作用巨大。另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有巨大的缓冲作用,大气酸沉降在碳酸盐岩地区可能并不会造成地下水的HCO3-和pH降低;相反,较高浓度的SO42-所产生的盐效应和SO2-4与各种阳离子形成的离子对会增大方解石、白云石溶解度,可增强H2CO3对碳酸盐的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应。因此,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸盐岩的H2CO3溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用。应结合石灰土壤对大气酸沉降的缓冲容量和阈值及大气酸沉降的H+与土壤中盐基离子的交换量,并综合考虑盐效应、离子对作用、同离子效应,客观评价硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对碳酸盐岩溶蚀吸收大气/土壤CO2的影响      

准饱和多孔介质中圈闭气体对渗透系数的影响

含圈闭气体的地下水流称为准饱和流,准饱和流中的圈闭气体对含水层渗透系数有重大影响。通过柱试验开展了粉砂、细砂、中砂和粗砂4种介质圈闭气体饱和度与准饱和渗透系数关系的研究。结果表明:圈闭气体饱和度明显受介质的粒径影响,在细粒介质中圈闭气体饱和度明显较大;4种介质圈闭气体饱和度在0~15%范围内,准饱和渗透系数与完全饱和相比减少了32.82%~56.38%,且准饱和渗透系数与圈闭气体饱和度之间可表达为一个负线性相关的经验公式;该公式与Faybishenko公式等效,但形式简单,参数较少,使用方便;准饱和渗透系数的变化规律可概化为圈闭气体占据了原有的有效孔隙,造成原有效孔隙度减少,从而使渗透系数减小。利用该理论,Kozeny-Carman方程能较准确地描述准饱和渗透系数的变化规律,而基于哈根-泊肃叶方程的渗透系数公式则存在较大误差,不适用于描述准饱和渗透系数;试验结果证明了室内测定饱和渗透系数时排除圈闭气体的必要性。