HYDRATION SWELLING OF WATER-ABSORBING ROCKS: A CONSTITUTIVE MODEL

Water-absorbing rocks are formed from minerals that can hold water in their crystal structure or between grain boundaries. Such water absorption is often accompanied by a change in the crystal dimension that manifests itself as a swelling of the rock. Swelling is particularly pronounced in rocks containing phyllosilicates because of the ease with which these minerals hydrate; it is thus of geological and geotechnical relevance in shales, clay-rich soils and zeolitized tuffs. The model of hydration swelling that we present here is based on extended versions of the equations of poroelasticity and Darcy's transport law, which we derive using a non-equilibrium thermodynamics approach. Our equations account for the hydration reaction under the assumption that the reaction rate is fast in comparison with the rate at which hydraulic state changes are communicated through the rock, i.e. that local physico-chemical equilibrium persists. Using a finite-element scheme for solving numerically the governing equations of our model, we simulate the creep of shales during a routine swelling test and calculate the stress and strain distributions around wellbores drilled in shale formations that undergo swelling. We show that swelling effects promote tensile failure of the wellbore wall.     

首都圈地区数字化钻孔应变观测资料分析

结合地震活动性、气压及钻孔体应变观测资料,对首都圈地震活动与应变场变化关系进行了研究。结果表明:首都圈地震活动与测区钻孔体应变信息合成值的异常变化具有密切关系;地震活跃时间与体应变变化的时间同步;地震活跃区与体应变增强性异常变化分布区域一致。     

胶东地热田地热流体的补径排特征——以招远东汤地热田为例

招远东汤地热田是胶东现有16处天然温泉典型之一,以东汤地热田为例,剖析胶东地热田的补径排特征,对胶东各地热田的资源评价及开发利用具有重要的现实意义。该文通过地热地质条件综合分析、地热流体与基岩水及第四系水水化学成分对比、D,18O同位素分析、模型概化等手段综合研究,认为东汤地热田主要受招平断裂带与玲珑断裂带的控制,其复合部位为地热流体入渗、深循环的主径流通道。地热流体的Cl-,F-,Ba2+,Li-,Sr2+,H2Si O3等离子及TDS含量明显高于其周边的水体,且随第四系水、基岩水及地热流体埋藏深度的增加,其δD与δ18O值逐渐偏负,确定地热流体与其周边的水体并无水力联系;通过地热流体D,18O同位素与大气降雨线的关系,得出地热流体补给来源于大气降雨。由D同位素高程效应,算得地热流体补给高程为314～414 m左右,结合招平断裂与玲珑断裂的复合部位延伸方向,确定地热田的主要补给区为距离地热田东北方向15 km的双顶山山区。该文补径排特征的研究,对胶东其他天然温泉的补径排特征及补给区的研究具有一定的借鉴意义。     

山东省枣庄市中心城区三维地质模型建立研究

目前,直接基于钻孔构建三维地质模型的研究中存在钻孔难于获取、产状信息分布稀疏、建模结果难以人工交互干预等问题,该文以山东省枣庄市中心城区三维地质建模为例,提出一种基于剖面单元格,借助平面地质图添加虚拟钻孔的三维地质体建模方法,实现了基于平面地质图添加虚拟钻孔方式生成精准的剖面图。该方法不仅为解决当前建模中存在的数据不足、建模自动化程度较低及精度不够的问题提供了新的思路,扩大了三维地质建模可利用的数据源,实现了三维地质模型构建,为进一步实现钻孔、剖面与平面地质图数据融合进行模型优化和逐步求精打下了基础,为今后开展三维地质建模工作提供了参考。     

地下水循环对围岩温度场的影响及地热资源形成分析——以平顶山矿区为例

地下水循环方式的不同对围岩温度场产生的影响有很大差异。当低温地下水向下运动时 ,将引起围岩温度降低 ,出现低温异常 ,从而阻碍地热资源的形成 ;当深循环的地下水在循环过程中被岩温加热 ,并在一定地质条件下向上循环时 ,将引起流经围岩的局部温度升高 ,在浅部形成局部地热异常 ,进而促进地热资源的形成。因此 ,地下水循环对围岩温度场的影响在一定程度上决定着地热资源的形成。本文在研究地下水循环对围岩温度场的影响基础上 ,利用地球化学地热温标和同位素方法对平顶山矿区地热资源的形成进行了分析 ,预测了该区地温场温度     

物探测井在地热开发中的应用

地热资源的开发利用愈来愈受到广泛的重视 ,本文阐述了物探测井在地热开发中的作用 ,并介绍了视电阻率、温度、套管磁测井等方法在地热开发中的应用。     

浅层地热能开发利用地质环境影响与监测系统建设研究

浅层地热能的开发利用能取得的环境、社会和经济效益显著,已被社会广泛认可。但它的开发利用是通过热泵系统,从地质体中汲取地温资源与建筑物间进行能量交换,必然打破地质环境的自然生态平衡。该文分析了地源热泵工程对岩土体和地下水的温度、地下水水位、水质、微生物生存环境等产生的影响。介绍了地质环境监测系统建设内容,包括前端数据采集系统、数据传输系统和控制系统,重点介绍了地埋管和地下水2种不同换热方式热泵工程各自前端数据采集系统中地质环境监测点(孔)平面布置位置和数量、垂向上监测仪器的深度和间隔距离、主要的监测项目、监测精度、频率要求,以及利用监测数据可进行分析的内容等。     

山东省菏泽市城区岩溶热储回灌试验

鉴于菏泽市目前地热资源开发利用现状,随着地热井数量的增多,地热水开采量逐年增大,导致地热水水位呈逐年下降的趋势,为了保护这一绿色清洁能源,缓解地热资源过度开发造成的地热水水位持续下降、尾水外排污染水、土体等一系列负面影响,有必要采取地热尾水回灌措施,来保证地热资源的可持续发展。采用地球物理勘探,地热井钻探、单孔及对孔抽水试验、回灌试验及水质测试等方法,分析了回灌对水位、水温的影响,分析结果认为回灌对水温、水质影响不大。在回灌量相同的条件下,回灌尾水水温越低,回灌的升幅越小,回灌越容易。经综合分析认为,菏泽市城区奥陶系回灌效果良好,回灌潜力巨大,在菏泽市奥陶系热储中进行回灌是可行的。     

淄博市周村区浅层地温能开发利用资源潜力评价

通过对周村区浅层地温能赋存条件的研究,结合岩土样测试等数据的分析,运用层次分析法对研究区进行了开发利用适宜性分区,同时进行了浅层地温能开发利用资源潜力评价及经济效益分析。结果表明:适宜性中等区面积共53.89km~2,占研究区面积的89.76%;研究区内全部应用地埋管地源热泵系统,夏季可制冷面积873.57×10~4 m~2,冬季可供暖1 265.80×10~4 m~2。因此,研究区浅层地温能开发利用潜力大,可带来巨大的经济效益。     

钻孔槽波地震勘探的研究

槽波地震勘探通常是在一条或几条巷道中进行。本文讨论了利用钻孔进行槽波地震勘探的方法、实现装置及资料的分析与解释。该方法切实可行,拓宽了槽波地震勘探的应用范围,对煤矿利用槽波探测小构造有实用价值。