基于核磁共振实验对页岩孔隙结构及分形特征研究——以荆门地区YT2井五峰组—龙马溪组为例

页岩气是化石能源低碳化革命的重要能源补充。孔隙结构特征是衡量和评价页岩储层的重要指标。以荆门地区五峰组—龙马溪组页岩为例,通过选取荆门地区页岩样品进行有机地球化学、矿物组成等分析的基础上,基于核磁共振(NMR)测试和分形分析,对比了核磁孔隙度与常规水测孔隙度的相关性,研究了页岩全尺寸孔隙结构和分形特征。结果表明：荆门地区研究层位核磁共振孔隙度与常规孔隙度具有较好的相关性。荆门地区YT2井核磁共振孔径主要为2～100nm,孔隙体积主要由中小孔提供。孔径为2～100nm范围内提供的孔隙度从样品YT2-4、YT2-18、YT2-2、YT2-11、YT2-12依次减小。NMR模型分形曲线并非直线,具有明显的转折点,页岩中小孔和大孔微观孔隙结构特征呈现出明显的各向异性分形特征。有机质含量与矿物组成对分形维数有明显的控制作用。应用核磁共振技术可以有效对页岩微观孔隙结构与形态特征进行分析,为页岩储层评价和页岩孔隙非均质性研究表明了新的思路。     

八岭山古墓群保护区地下水水化学特征及其对古墓的影响

湖北荆州八岭山地下埋藏有特大型、大型及中型古墓560余座,具有极大的历史文化价值,然而长期以来对影响古墓保存条件的地下水水文地球化学特征缺乏深入认识,因此,开展该保护区地下水水位动态监测与分析十分必要。基于水文地质调查、地下水水化学、同位素分析和地球化学模拟,识别了八岭山古墓群保护区地下水水文地球化学特征,揭示了地下环境中主要的水文地球化学过程。结果表明：研究区地下水主要来源于大气降雨,雨水经包气带入渗向下依次补给潜水、潜水-承压水、承压水,潜水-承压水经历了一定程度的蒸发过程;地下水pH值范围为6.50～8.06,总体上为微酸性到弱碱性的水环境条件;水化学类型以Ca-HCO₃型为主,溶解性总固体(total dissolved solids, TDS)含量范围为149.30～608.56 mg/L,离子组分主要来源于水-岩相互作用;硅酸盐岩的风化溶解以及方解石、白云石的溶解-沉淀平衡和离子交换是八岭山古墓群保护区地下水水化学的主要控制过程;垂向渗滤是八岭山古墓群保护区地下水运移和影响古墓葬埋藏条件的一个重要形式,强烈的水-岩相互作用形成的水环境条件可能对古墓葬埋...     

随钻测量、随钻测井与录井工具

摆动阀泥浆脉冲器本身可以产生较高频率的载波,成为高速泥浆脉冲传输的较好选择。由于工作时负载力矩复杂,影响因素众多,为电机输出特性研究带来较大困难。利用在井下工作时的动力学平衡方程,通过水循环实验方式测量得到摆动阀电机在最大转矩比电流控制方式下的位置角度和输出电流数据,进而计算井下工作时电机输出转矩和输出功率,并对其影响因素进行综合分析。结果表明,受惯性转矩、弹性转矩和动态水力转矩的影响,电机输出转矩在不同工作频段表现为不同特征;低频段时,电机输出转矩的变化幅度随载波频率的增大而减小,输出功率随载波频率的增大而缓慢增大;中低频段时,电机输出转矩和输出功率在该频段幅度变化较小,相对比较稳定;高频段时,电机输出转矩和输出功率均随频率的增大而快速增大。可以通过增大扭杆刚度系数和降低摆动阀转子轴系转动惯量的方式降低电机在高频段的输出,以保证电机在额定转矩和额定功率下可以控制摆动阀在井下实现高频快速的摆动,产生稳定高载波频率下的泥浆脉冲压力波形,实现高频载波的目的,为随钻测井数据的高速传输提供了保障。

     

初始含水率与竖向应力对弱膨胀土残余强度的影响

通过残余强度试验仪对合肥地区弱膨胀土进行四次反复剪切,可以证明弱膨胀土残余强度受初始含水率和竖向应力的影响。试验结果显示:初始含水率越高,竖向应力越大,残余强度下降幅度越大,高达60. 4%。竖向应力为100k Pa、200 k Pa作用下,初始含水率与弱膨胀土残余强度呈线性关系;竖向应力为300 k Pa、400 k Pa作用下,初始含水率与弱膨胀土残余强度呈指数关系。研究发现,初始含水率较低时,通过反复剪切试验可以得到弱膨胀土稳定的残余强度;初始含水率较高时,通过反复剪切试验不能得到稳定的残余强度,建议采用环剪试验。合肥地区弱膨胀土初始含水率分布范围在主要集中在18%～21%,可采用反复直剪试验测得弱膨胀土残余强度。该试验结果对合肥地区膨胀土边坡稳定性分析以及滑坡防治等具有重要意义。 更多还原     

饱和度-压力曲线法预测柴油在毛细带中形成的透镜体厚度

轻非水相液体（LNAPL）进入到地下环境中,首先在非饱和带进行垂向迁移,到达毛细带后在地下水面以上形成饱和透镜体。准确预测LNAPL渗漏在毛细带形成的透镜体厚度,对于LNAPL的去除及污染含水层的修复具有重要的指导意义。通过模拟实验测定了水-油两相吸湿及脱湿曲线,采用水-油饱和度-压力曲线拟合出了吸湿及脱湿进入压力。根据透镜体达到稳定状态时脱湿、吸湿压力水头之间的关系,建立了透镜体厚度的预测计算方法,并以中砂和粗砂为例,预测出实验条件下柴油在毛细带形成透镜体稳定时的厚度分别为4.61 cm和1.29 cm。通过室内模拟槽实验,测得柴油在中砂和粗砂中迁移时形成的透镜体厚度分别为5.30 cm和1.50 cm。预测与实验结果的相对误差分别为13.0%和14.0%。误差产生的主要原因为脱湿与吸湿曲线是在非干燥情况下测得,从而导致预测的透镜体厚度偏小。     

交叉裂隙岩体裂纹扩展试验及混合有限-离散元数值模拟研究

对预制交叉裂隙岩石试样进行裂纹扩展试验,研究了裂纹萌生、扩展、聚合过程,分析了主裂隙和轴向载荷夹角及主次裂隙夹角对裂纹起裂应力和聚合应力的影响,并用混合有限元-离散元程序,即图形处理器并行化的3D Y-HFDEM代码对试验进行了仿真计算,实现了岩石破坏从连续介质向非连续介质的过渡,对裂纹类及损伤破坏模式进行了识别,捕捉到了试验中难以发现的现象。研究表明：随主裂隙与轴向载荷夹角增加,裂纹聚合区的拉伸裂纹数量增加;裂纹起裂和聚合应力与主裂隙与轴向载荷夹角成正比;主次裂隙夹角增加,岩石的破坏模式由拉伸破坏转为剪切破坏,交叉裂隙加剧岩石破碎程度;主裂隙尖端萌生扩展的拉伸-剪切混合裂缝引起的破坏在岩石破坏中占主导地位,是导致岩体失去承载能力的主控裂纹;混合有限元-离散元仿真软件GPGPU并行化的3D Y-HFDEM IDE在岩石裂纹扩展研究中具有优势,可以捕捉实验室难以发现的损伤断裂类型,可以作为岩石裂纹扩展研究的有力工具。     

不同水力荷载路径下煤体微观渗流特征及宏观破坏研究

为探究煤体在不同水力荷载路径下的微观渗流特征,通过CT三维重建技术,建立了基于煤体微观结构的双介质渗流模型,并设计了恒定速度加载（LP1）、常规脉动加载（LP2）和强加载缓卸载加载（LP3）3种水力荷载路径,进行了在不同循环荷载路径下的煤体注水渗流数值模拟试验。另外利用自行搭建的煤体注水装置,探究了3种荷载路径下的宏观损伤情况。结果表明：联通裂隙占孔裂隙结构的73.49%,是影响煤体渗流的主要因素,而孔径为9～23μm的孔隙是孤立孔隙中的主要部分,数量和体积占比均超过了50%;煤体内部孔裂隙结构和荷载路径对渗流速度和压力的分布特征具有重要影响。LP1沿注入方向平均渗流速度的波动较大,LP3则抑制效果明显,且LP3路径较LP1和LP2随时间有较大跨度。LP3的荷载路径相对于LP1具有脉动荷载的疲劳损伤效果,并且造成的损伤程度强于LP2。该研究可为煤体微观结构研究和煤层注水技术参数优化提供方向。     

西藏纳木错沿岸表层水体浮游细菌群落结构及生态功能预测北大核心CSCD

浮游细菌群落对高原湖泊变化具有高度响应性,并且会影响高原湖泊生境的地球化学平衡。因此,了解高原湖泊中浮游细菌群落的分布特征,阐明其在高原湖泊生态系统中的生态功能具有重要科学意义。2021年5月对纳木错沿岸浮游细菌群落分布特征进行了调查研究,并采用16S rDNA高通量测序技术对样品进行分析,通过α-多样性指数分析浮游细菌群落的差异性,通过共现网络分析浮游细菌群落之间的相互作用,利用Pearson相关系数衡量理化因子与α-多样性指数的相关性,采用冗余分析(RDA)探讨水体理化因子对浮游细菌群落结构的影响,并基于PICRUSTt2对纳木错浮游细菌进行功能预测。结果表明:浮游细菌群落主要由变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)组成,其中变形菌门相对丰度最高,主要包括γ-变形菌纲(Gamma-proteobacteria)和α-变形菌纲(Alpha-proteobacteria);噬氢菌属(Hydrogenophaga)和嗜冷菌属(Algoriphagus)为相对优势菌属。α-多样性指数表明,纳木错浮游细菌群落比较丰富。共现网络节点间关系以正相关为主;总溶解固体量(TDS)和盐度(Sal)是影响纳木错浮游细菌群落结构的关键因子。功能预测结果显示,纳木错浮游细菌群落功能主要涉及代谢、遗传信息处理、环境信息处理等6类生物代谢通路,以及膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢等46个子功能。综上所述,纳木错浮游细菌群落结构在各样点间存在一定差异,浮游细菌在门级水平上类群间相互作用主要为协同作用,其群落结构是多个因子共同作用的结果。研究阐明了纳木错浮游细菌群落组成和功能及其与环境因子的相互联系,可为当地生态环境保护提供科学依据。     

胶东夏甸金矿床构造-热历史: 成岩-成矿年代学与磷灰石裂变径迹热年代学综合约束

胶东是全球唯一已知前寒武纪变质地体内的晚中生代巨型金成矿系统, 其成矿机制独具特色, 属胶东型金矿床成因新类型; 深入剖析该成矿系统的形成、变化与保存过程对丰富和完善金成矿理论具有重要意义。夏甸超大型金矿床位于胶东招平金矿带中南段, 赋存于晚侏罗世玲珑花岗岩和早白垩世郭家岭花岗岩中, 是一典型的胶东型金矿床; 该矿床成岩-成矿时代已有精确限定, 但其精细演化过程与成矿后变化-保存尚缺乏有效约束, 是开展矿床形成与隆升剥蚀研究的理想选择。因此, 本文通过成岩-成矿年代学与磷灰石裂变径迹热年代学综合约束该矿床的构造-热历史, 揭示其主控因素, 提高对该成矿系统的认识, 为深部找矿潜力评价提供支撑。本次获取的锆石U-Pb定年结果显示玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩分别于151.7±2.1Ma(2σ)和125.8±1.6Ma(2σ)侵位。区域已有黑云母和白云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄表明玲珑岩体侵位后缓慢冷却, 并发生韧性变形; 郭家岭花岗岩则经历了同岩浆韧性变形和快速冷却; 约于124Ma两者均冷却至350±50℃, 区域发生韧脆性变形转换。夏甸金矿床与载金矿物共生的热液绢云母⁴⁰Ar/³⁹Ar和热液独居石U-Pb年龄表明, 该区于约120Ma发生大规模脆性构造活动和金成矿作用。本文利用采自夏甸金矿床-652m中段532巷道中包括主控矿断层上、下盘经历不同变形程度的7件岩/矿石样品进行磷灰石裂变径迹(AFT)分析。除遭受异常热事件影响的主断裂上盘次级断层断层泥样品外, 其余6件样品AFT中值年龄在32.5±1.7Ma(1σ)至23.6±2.9Ma(1σ)之间, 其径迹长度平均值低于14μm(范围为12.0±0.3μm~13.8±0.3μm)、为单峰分布、并略具负偏斜特征, 表明该矿床大致在32~23Ma单调缓慢通过磷灰石裂变径迹部分退火带(125~60℃)。综合区域已有热年代学资料与上述锆石U-Pb、AFT数据, 重建了夏甸金矿床自赋矿玲珑和郭家岭花岗岩侵位以来的构造-热演化历史, 计算出自120Ma金成矿至今该矿床平均冷却和剥蚀速率分别为1.8℃/Myr和0.059km/Myr, 总剥蚀量约为7km, 对比前人对胶西北地区整体剥蚀程度与深部成矿潜力的定量评估以及目前~1.5km的钻孔最大见矿深度, 推断其深部找矿潜力良好。

     

Determination of Early Paleozoic metamorphic event in the Longshan Complex and its geological implicationSCIEI北大核心CSCD

长期以来,陇山杂岩的归属问题一直存在争议。本文对出露于秦岭-祁连山结合部位的陇山杂岩中石榴黑云斜长片麻岩和石榴斜长角闪岩进行了详细的岩石学、P-T温压计算、独居石和榍石U-Pb年代学研究。通过详细的岩相学观察,石榴黑云斜长片麻岩的变质峰期矿物组合为石榴子石+黑云母+斜长石+石英;石榴斜长角闪岩中则识别出了以石榴子石+单斜辉石+角闪石+斜长石+石英为峰期的变质矿物组合。通过传统温压计计算,石榴黑云斜长片麻岩(样品21LS40)和石榴斜长角闪岩样品(样品21LS42-1)的峰期变质P-T条件分别为700℃、0.72GPa和710℃、0.74GPa。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS) U-Pb数据表明,石榴黑云斜长片麻岩中独居石的206Pb/238U的加权平均年龄为407~435Ma。石榴斜长角闪岩中榍石的下交点年龄分别为410±7Ma、409±5Ma和426±10Ma,榍石中Zr含量温度计的计算结果分别为750℃、751℃和748℃(假定压力为0.7GPa)。本文从变质作用的角度出发,将陇山杂岩与秦岭杂岩进行温压条件和变质时代对比研究,认为陇山杂岩与东秦岭杂岩高压-超高压岩石的最后一期退变质作用和西秦岭天水地区的秦岭杂岩麻粒岩相变质作用类似,可能为北秦岭造山带的西延。