南方地区页岩气储层工业组分与有机碳测井计算方法

通过南方地区页岩气藏的储层特征和赋存方式的研究,认为页岩各组分含量的准确计算直接关系到含气量评价的精度.以南方3个工区计74块岩心样品组分分析实验为基础,提出页岩的五元工业组分体积模型和体积含量计算方法.对其中表征页岩含气性最关键组分——干酪根（有机碳）含量,分别建立与三孔隙度、电阻率、铀元素等5条测井曲线的线性关系.通过有机碳敏感性分析,引入两种多元回归计算有机碳含量方法,确定了适用于3个南方地区有机碳含量的公式.3口探井应用实例表明该方法符合页岩气藏的实际,提高了页岩气层各组分含量的计算精度,取得了预期的地质效果.     

辽西黄土陡坡的冲刷破坏机制

以70°辽西黄土陡坡为例,在降雨强度为2.7 mm/min条件下对边坡坡面冲刷破坏特征进行了室内物理试验模拟。试验发现：随着降雨的持续坡面水流能量不断增加,致使侵蚀强度增强;边坡的侵蚀方式从试验初期的片蚀,到中期的细沟侵蚀,最后演化为坡顶部的切沟侵蚀和坍塌。基于试验成果,采用SEEP/W程序对降雨条件下边坡降雨入渗规律进行数值模拟,发现在降雨过程中坡顶部所产生的水头压力最大,随高度降低呈减小趋势;运用PFC2D颗粒流软件从微观角度对坡体土颗粒运动情况进行模拟,结果发现位于坡顶的颗粒最先被径流冲刷带走,且下落速度很快。经对比表明：数值模拟结果和物理模拟试验现象基本一致,可为进一步研究黄土边坡冲刷破坏规律提供参考。     

冰尘结构特征及形成分析——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

利用2007-2010年夏季在乌鲁木齐河源1号冰川采集的5个冰样, 对冰样中冰尘的特征、冰尘中蓝藻的种类及冰尘中无机矿物颗粒的粒度特征进行了分析研究. 研究表明: 冰尘为棕色球状聚合体, 粒径为0.27~3.5 mm, 分布在冰川消融区表面, 其组成成分为有机质、无机矿物颗粒和微生物. 冰尘有4种主要的内部结构: 类型Ⅰ, 具有同心层结构的冰尘;类型Ⅱ, 带有亚颗粒的冰尘;类型Ⅲ, 内部无明显结构的冰尘;类型Ⅳ, 中心位置处具有较大无机颗粒的冰尘. 冰尘中无机矿物颗粒的数量主要分布在d<3.5 μm的范围内, 且体积分布的粒径众数介于3~25 μm之间. 同时, 对冰尘中的蓝藻进行了16S rRNA基因序列的系统发育分析, 共从蓝藻16S rRNA基因文库中筛选了247个阳性克隆, RFLP分型得到10个不同的OTUs. BLAST比对, 系统发育分析将这10个OTUs归为颤藻目(Oscillatoriales)、色球藻目(Chroococcales)、未定种(Unclassified). 颤藻目为绝对优势类群, 占整个基因克隆文库的91%. 经估算, 冰尘中存在大量的有机物质和微生物, 无机矿物颗粒只占了很小的比例, 表明影响冰川消融区表面反照率的主要因素为冰尘中的有机部分, 包括有机物质和微生物.     

基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究

油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题,而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征,从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型,与理论分析成果进行比较,以说明该细观数值模型可行性,有效地模拟出砂过程中的渗流及流-固耦合效应。在该基础上,综合考虑流体压力梯度力和拖曳力,基于PFC3D模型模拟流体不同运动时的砂岩性态。数值分析得到的模型宏观应力图形说明流体运动对砂岩力学特性的影响不可忽略,且在相同条件下,流量越大,砂岩的塑性区越大,形成砂岩破坏出砂的几率也越大。同时,不同工况的砂岩黏结分布和颗粒转动图形表明,相同条件下流量越大,颗粒间平行黏结破坏越多,颗粒转动越大,失去黏结约束的颗粒也越多,出砂量就越大,可见两种细观特征图形与宏观应力图形变化规律一致,该模型可用于油井出砂机制的研究,可为出砂量预测及出砂控制提供新的研究思路。     

水源热泵井回灌堵塞颗粒迁移模型的建立

以地下水源热泵井回灌中的物理堵塞问题作为研究背景,建立基于质量平衡方程来模拟多孔介质中颗粒的迁移方程和颗粒的沉积造成孔隙损伤的数学模型。该模型充分考虑了颗粒流动速度修正系数、孔隙率修正系数以及颗粒在孔隙里发生捕获率3个因素;模型的建立考虑孔隙率变化的情况,在物质的迁移和堵塞的过程中,孔隙率的变化往往也是个动态的变化过程;与传统的过滤模型相比,考虑了速度折减系数和流量折减系数后新建模型更加系统、全面。该模型为解决回灌井物理堵塞的室内外试验研究提供理论依据。     

考虑土石料颗粒破碎和密度变化的次塑性本构模型建模方法

试验和现场观测都发现高土石坝的坝料在高压及湿化作用下会发生显著的颗粒破碎,颗粒破碎会改变土石料的级配曲线和密度,因而影响其后继力学行为,因此,土石料的颗粒破碎是当前岩土工程领域的研究热点。为了模拟土石料在高压及湿化作用下发生显著的颗粒破碎现象,以及循环加载中的颗粒破碎与应力诱导各向异性随动硬化共同影响下土石料的变形,本文提出了一个建模方法,考虑土石料颗粒破碎和密度变化的影响。所建议的次塑性本构模型在经过试验资料的验证后可用于动力有限元数值计算。     

锦屏大理岩蠕变损伤演化细观力学特征的数值模拟研究

岩石的蠕变损伤和断裂是岩石流变效应的重要表现形式,但其损伤演化过程往往难以直观观测,为此,采用二维颗粒流数值模拟方法(PFC2D)对岩石的蠕变损伤和断裂的细观力学机制进行了分析。在锦屏大理岩室内试验基础上,利用颗粒流应力腐蚀模型(PSC),建立了能反映其短期和长期强度特征的柱状岩样数值模型,并开展了大量数值试验。结果表明,蠕变损伤的演化过程与暂态的损伤演化过程具有明显的差异。在岩样蠕变损伤过程中,其内部微裂纹多沿加载方向开裂且分布均匀,先快速增加再稳定扩展,最后则发生快速断裂。当荷载较小时,岩样宏观上呈现劈裂破坏特征,当荷载较大时,岩样呈现剪切破坏特征。在岩样蠕变损伤初始和稳定演化阶段的前期,荷载大小对岩样的损伤演化过程影响不大;在稳定演化阶段的后期至断裂过程中,低荷载下岩样的损伤增速比高荷载下快。     

盾构切刀顺次破岩机制的数值模拟研究

在对盾构切刀顺次破岩实际工况提出合理简化的基础上,从岩土细观角度出发,采用颗粒离散元法建立了切刀破岩的二维数值模型,研究了两把盾构切刀顺次作用下的破岩机制和影响因素,并通过试验对切刀破岩过程中切屑堆积现象及破岩力学特性进行了验证。研究表明,刀具尖端的破坏作用最为明显;切削岩石时切削力随着切削行程不断波动,水平切削力大于垂直切削力;不同于单刀切削,切刀顺次作用时前刀刮过的岩面留下了大量残余裂纹,使得后刀所受的切削力减小;从切削性能来看,随着切削深度的增加,岩石破碎块度不断增大,切削力和裂纹数迅速增加,说明切深与切削力密切相关;切削试验观测到了切屑在前刀面堆积和切削力的波动现象,与数值模拟具有较好的一致性。     

重庆地区岩溶地下河水溶解无机碳及其稳定同位素特征

稳定碳同位素是指示岩溶动力系统碳来源及转化的重要指标。为揭示重庆地区岩溶地下水中溶解无机碳基本特征和碳来源,本文对该地区63条岩溶地下河水样进行了水化学和碳同位素分析。研究结果表明,重庆地区地下河水溶解无机碳主要表现形式为HCO3-,雨季由于稀释作用其浓度低于旱季。重庆岩溶地下河水δ13C-DIC（V-PDB）旱季变化范围为-15.34 ‰～-5.89 ‰,雨季变化范围为-17.40 ‰～-4.23 ‰。根据δ13C同位素质量平衡方法,计算得到重庆地下河旱季碳酸盐岩溶蚀对DIC贡献为45.1 % ～79.7 %,雨季平均为34.6 %～82.1 % 。计算结果表明,在人类活动不断增强的情况下,岩溶水体DIC通量中碳酸盐岩溶解来源的DIC和其参与岩溶地下水δ13C值的形成并不一定是岩溶作用理论方程中所计算的50 %,而是有一定的变化范围。因此在计算岩溶作用碳汇时,建议通过δ13C值扣除碳酸盐岩溶蚀形成DIC的通量后再来推算岩溶作用形成的碳汇量。      

Storage and density of soil organic carbon in urban topsoil of hilly cities: A case study of Chongqing Municipality of China

Rapid urbanization results in the conversion of natural soil to urban soil,and consequently,the storage and density of the soil carbon pools change.Taking Chongqing Municipality of China as a study case,this investigation attempts to better understand soil carbon pools in hilly cities.First,the vegetated areas in the study area were derived from QuickBird images.Then,topsoil data from 220 soil samples(0-20 cm) in the vegetated areas were collected and their soil organic carbon(SOC) densities were analyzed.Using the Kriging interpolation method,the spatial pattern of SOC was estimated.The results show that the SOC density exhibited high spatial variability in the urban topsoil of Chongqing.First,the SOC density in topsoil decreased according to slope in the order 2°-6° < 25°-90° < 0°-2° < 6°-15° < 15°-25°.Second,the newly developed areas during 2001-2010 had a lower SOC density than the areas built before 1988.Third,urban parks and gardens had a higher SOC density in topsoil,residential green land followed,and scattered street green land ranked last.For hilly cities,the variability of terrain affects the distribution of SOC.The Kriging results indicate that Kriging method combining slope with SOC density produced a high level of accuracy.The Kriging results show that the SOC density to the north of the Jialing River was higher than the south.The vegetated areas were estimated to amount to 73.5 km2 across the study area with an SOC storage of 0.192 Tg and an average density of 2.61 kg/m2.