钙质砂颗粒破碎对临界状态影响的试验研究

钙质砂的颗粒易碎性是造成其变形和强度特性不同于石英砂的重要性质。本文基于临界状态理论,通过一系列试验定量地描述钙质砂临界状态线随颗粒破碎的演化规律。本文试验分两个阶段进行:第1阶段研究了60~2000 kPa围压条件下钙质砂的力学特性和颗粒破碎特征;第2阶段以不同破碎率的试样为母本重塑制样,在100~300 kPa围压条件下,剪切至破碎临界状态线。试验结果表明:在较小围压(<300 kPa)条件下,松砂和密砂均表现出明显的剪胀和应变软化特性;而高围压(>1 MPa)条件下,显著的颗粒破碎会造成试样的持续剪缩;颗粒破碎存在明显围压阈值,对于松砂而言,在围压小于300 kPa条件下,颗粒基本不发生破碎;在e-lg p'平面内,破碎临界状态线的截距Δe_Γ和斜率λ_c均会随着修正相对破碎率B_r*的增大而减小,即颗粒破碎会使临界状态线发生下移和逆时针转动;而在q-p'平面内,钙质砂的临界状态点落在同一条直线上,即存在唯一的临界状态应力比M_cr和临界摩擦角φ_cr。     

特提斯喜马拉雅铅锌锑金成矿带含炭质岩石中热液脉型矿床的综合电法勘探——以西藏扎西康铅锌锑多金属矿为例

扎西康铅锌锑多金属矿床产出于特提斯喜马拉雅炭质板岩的断裂带内,是特提斯喜马拉雅铅锌锑金成矿带内典型的热液脉型矿床。由于含炭质岩石和金属硫化物都呈现出相似的低阻高极化电性特征,加之热液脉型矿床的矿体普遍较小,使得在含炭质岩石中对金属硫化物矿体进行电法勘探存在较大困难。本文通过对扎西康矿床已知矿体的音频大地电磁测深和激电中梯测量,发现矿区的炭质板岩呈现低电阻率(10^-0.4~10⁰Ω·m)和高极化率(9%~20%)特征,而矿体呈现出高电阻率(10²~10³Ω·m)和低极化率(1%~5%)的特征。经研究分析,认为造成这种现象的原因有两方面：(1)扎西康炭质板岩中的炭质物质量分数平均为0.79%,变质温度约在300±25℃~340±25℃,炭质物电阻率为6.1×10^-5~6.8×10^-4Ω·m,显示极好的导电性;此外,炭质板岩中存在大量黏土矿物,黏土矿物的吸水性促进了炭质物的连通性,因此炭质物高导电性与连通性的耦合使得炭质板岩呈现低阻高极化电性特征;(2)扎西康矿床的脉型矿体除包含金属硫化物外,还产出大量的脉石矿物,脉石矿物普遍具有高阻低极化电性特征,是造成整个矿体在炭质板岩中呈现高阻低极化异常的根本原因。据此,本文提出在炭质板岩中通过识别脉石矿物引起的高阻低极化异常带间接找矿的新思路,相应的技术方法组合为：利用激电中梯测量定位高阻低极化带的平面位置,再利用音频大地电磁测深探测其深部产状。     

大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响

近几十年来,人类活动带来的化石燃料燃烧和工业过程引起了全球大气CO2浓度的显著增长,带来了一系列生态和环境问题,其中对地表蒸散发的影响就是一个重要方面.地表蒸散发及其分量植被蒸腾是能量和水量平衡的重要组分,直接影响着陆气相互作用和水循环系统.由于大气CO2浓度增加可通过减小叶片气孔导度从而抑制植被蒸腾,为量化这一影响,基于碳水耦合的蒸散发模型PML-V2和CMIP6的大气CO2浓度时空序列驱动数据,分别进行了考虑和不考虑大气CO2浓度逐年增加情况下的2组植被蒸腾模拟试验.通过对比2组结果分析了2001-2014年大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响.研究结果显示,在季节上,夏季大气CO2浓度增加对植被蒸腾的抑制作用最小,冬季最大;在数量级上,2001-2014年大气CO2浓度引起植被蒸腾变化在0～5％;不同生态系统比较而言,森林、耕地和灌丛生态系统受CO2浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大,14年间减小量为15～20mm/a,而草地下降最小,约5 mm/a;在空间上,我国中东部受影响最大;CO2浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区.     

钙质砂一维压缩回弹过程中声发射特征试验研究

为了揭示钙质砂在一维压缩回弹作用下的压缩变形、颗粒破碎特性以及声发射规律,对钙质砂进行了3种相对密实度下不同粒组的一维压缩回弹实验和声发射实验。通过对不同粒组、不同相对密实度的钙质砂进行一维压缩实验和同步的声发射实时监测,获得其压缩、回弹和声发射特性,最后通过筛分获得实验后的颗粒粒径分布,得出相对破碎势B_r。实验结果表明:钙质砂的压缩变形由颗粒位置调整和破碎两部分组成,其中颗粒破碎是产生压缩变形的主要因素,回弹曲线近似一条直线,表明压缩变形为不可恢复的塑形变形;压力相同时颗粒粒径越大,相对破碎势B_r越大。颗粒形状不同致使颗粒间填充作用与嵌合作用不同,影响颗粒的滑移与重排列,进而影响颗粒的压缩变形。两种砂的声发射计数率随粒径增大而增大,且都集中出现在800~3200 kPa的压缩阶段,钙质砂的压缩变形及破碎特性与其声发射特征具有一致性,钙质砂声发射计数率与时间关系曲线和应力与时间关系曲线吻合较好,可通过声发射计数率与时间关系曲线来反映钙质砂的力学特性。钙质砂存在一个声发射事件最少的“临界孔隙比”,本次实验中1~2 mm钙质砂临界孔隙比为1.33~1.41,试样的初始孔隙比偏离该临界值时,声发射活动会有不同程度提高。     

降压开采导致天然气水合物系统状态演化模拟实验

天然气水合物是一种重要的潜在替代能源,降压法是现阶段水合物开采的首选方法。水合物降压开采涉及传热、多相渗流、分解相变和储层变形等多个相互影响的物理效应,深入理解其在降压开采过程中的演化规律,对于促进水合物开采效率、实现商业化开发具有重要的指导意义。本文基于一维实验模拟系统,开展了水合物降压开采储层多物理场演化模拟实验,在非均匀温度条件下采用过量气法合成水合物,分析了水合物非均匀性分布特征,探讨了降压过程中样品孔隙压力和温度的演化规律,对比了产气过程与传热演化过程的对应关系。结果表明:水合物合成后温度分布呈两侧高中间低的抛物线形状,水合物分布具有中间多而两侧无的非均匀性特征,且温度回升具有由两侧向中间发展的特点;降压分解产气过程与传热演化过程具有良好的对应性,稳态产气阶段由传热效应控制。控制降压模式、以对流换热替代热传导等方式有益于提升水合物开采产气效率。     

水合物开采中深海古滑坡体的再启滑机制初探

我国南海北陆坡水合物富集区广泛发育古滑坡,若水合物开采不当可能导致古滑坡再次滑动。为了探究水合物开采诱发古滑坡再启滑机制,针对含下卧型水合物藏和伴生型水合物藏的两个典型古滑坡体,在边坡极限平衡分析框架内考虑了水合物开采过程中的瞬态孔压与土体抗剪强度变化,分析了水合物开采过程中不同古滑坡体的稳定性演变与失稳模式。研究表明,水合物分解导致所赋存土体的胶结强度弱化,同时逸出气体可能被阻滞于渗透性较低的古滑坡体下方,从而形成横向扩展的高压区。下卧型储层边坡的潜在滑移面贯穿古滑移面,一般表现为滑动型滑坡;开采初期因孔压积聚而导致边坡稳定性降低,开采中后期因二次水合物生成可能导致边坡稳定性有所回升,在本文计算条件下未触发古滑坡复活。伴生型储层边坡的稳定性受土体强度劣化与孔压积聚的共同影响,水合物开采导致古滑坡重新滑动,表现为滑塌型滑坡。     

考虑形貌特征和级配影响的钙质砂压缩破碎力学特性研究

针对岛礁大型构筑物修建过程中由于高应力而导致作为地基材料的钙质砂发生破碎,进而引发地基沉降变形问题。本文采用高压固结仪对钙质砂开展了一系列终止压力为16 MPa的侧限压缩试验,研究了高应力水平下钙质砂的压缩破碎特性。同时基于显微图像采集和处理技术对钙质砂颗粒的形状参数(圆度和完整度)进行了定量化表征,研究了钙质砂的形状分布规律。最终分别探讨了级配特征(如平均粒径、不均匀系数)、形貌特征等因素对钙质砂压缩和破碎特性的影响。结果表明:随着平均粒径的增大,钙质砂颗粒的形状不规则程度逐渐增加,其棱角也越发育。随着竖向应力的增大,在e-logp平面内,不同粒径钙质砂的压缩曲线逐渐会聚并相交于一条直线,初始粒径对其压缩特性的影响逐渐减小以致消失。而不同级配钙质砂的压缩曲线也发生会聚,但未相交于一条直线。当试样的不均匀系数(C_u)相近时,其压缩破碎量随着平均粒径(d₅₀)的增大而逐渐增加,当试样的d₅₀相近时,其压缩破碎量随着C_u增大而逐渐减小。上述研究成果将对南海岛礁大型工程建设提供重要科学依据。     

南图尔盖盆地Aryskum坳陷钾盐的测井响应特征及其分布

钾盐作为战略资源,在农业、工业等领域具有重要的使用价值。世界大多数固态钾资源发现于大规模的石油勘探过程中,充分利用各种油气地质、地球物理资料开展钾盐勘探对于国家发展尤为重要。位于哈萨克斯坦的南图尔盖盆地地质构造简单、资源勘探潜力较大。文中以南图尔盖盆地Aryskum坳陷为研究区块,基于其沉积地质特点,结合多口井的常规测井资料及前人研究成果,综合分析自然伽马、自然电位、三孔隙度等测井曲线的响应特征,含钾层段具体表现为自然伽马异常高值,并通过无铀伽马曲线等排除铀、钍元素影响,扩径使得中子值偏高,自然电位异常幅度由砂岩层的负异常变化为正异常,电阻率值偏高,密度值介于2.25~2.45 g/cm³,声波时差在270~350 μs/m范围内。基于含钾层测井曲线特点,利用测井曲线综合识别法、重叠法、交会图法进行研究区钾盐识别。在研究区30余口井中发现有可溶性钾盐层分布,分布在M-Ⅱ-3、M-Ⅱ-2小层底部,其中M-Ⅱ-3层底部为主要钾盐层段,并对各井含钾层段累计厚度进行统计分析。最后,借助地层对比分析含钾层段在横向和纵向上的展布情况,通过等厚图的绘制开展了找钾有利区分析,拓展了测井资料在南图尔盖盆地钾盐勘查中的应用,进而为今后研究区钾盐找矿提供重点方向。     

安徽宿州栏杆地区含金刚石辉绿岩中捕虏体的地质特征及其意义

安徽宿州栏杆地区辉绿岩是含金刚石的主要载体岩石,而金刚石主要选获在辉绿岩捕虏体中.本文通过研究含矿辉绿岩捕虏体的地质特征,分析捕虏体中选获的金刚石特征,以及辉绿岩岩浆源区及构造背景,探讨了金刚石的成因.     

方解石与含硅流体的水-岩反应实验及其对“硅化碳酸盐岩”储层成因的启示

近年来的油气勘探表明, 含硅热液是碳酸盐岩层系中一种重要的溶蚀性流体, 查明其与碳酸盐岩的水-岩反应机理是揭示“硅化碳酸盐岩”储层发育机制并实现储层分布预测的基础和关键问题之一。文章采用熔融毛细硅管和水热反应釜为反应腔,开展了200~375℃范围内方解石和含硅流体的水岩反应实验。利用原位拉曼光谱技术在线描述反应过程中体系组成的变化,对于淬火后的固相样品,则采用扫描电镜—能谱分析进行形貌观测和成分鉴定。首先,查明了含硅流体与方解石脱碳反应发生的温度条件。方解石和含硅流体在275℃以上反应形成CO₂,固相为非硅灰石的钙硅酸盐,其结构有待进一步揭示。该结果表明单纯的硅质组分难以在储层温度条件下与灰岩发生反应;其次,提出高盐度、富CO2流体作用是造成灰岩溶蚀的重要因素;最后, CO₂的存在能够促进硅质（含石英）沉淀。在上述实验认识的基础上,结合前人研究结果探讨了塔里木盆地顺托果勒地区“硅化碳酸盐岩”储层的发育机制。含硅热液沿深大断裂上移,途径震旦系—下奥陶统白云岩层系,其中的硅质组分将与白云石反应形成富镁硅酸盐和CO₂。CO₂是重要的酸性组分,有利于鹰山组碳酸盐的溶蚀和孔隙的保存。流体温度和压力的降低以及CO₂的存在促进了石英沉淀,并形成了大量的石英晶间孔隙。