页岩基质微观孔隙结构分析新方法

页岩基质孔隙主要包含有机孔隙和无机孔隙,页岩油气在有机孔隙和无机孔隙中的渗流机理不同,对页岩中有机孔隙和无机孔隙的微观结构进行定量表征具有重要意义.首先通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)实验分别获取具有代表性的页岩无机孔隙和有机孔隙扫描电镜图像,其中,无机孔隙相对较大,其图像的分辨率较低,有机孔隙相对较小,其图像的分辨率较高;然后,通过图像处理和马尔可夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,简称MCMC)法重构出相应的无机孔隙数字岩心和有机孔隙数字岩心,并提出局部叠加法构建同时包含无机孔隙和有机孔隙的页岩基质孔隙数字岩心;最后对无机孔隙数字岩心、有机孔隙数字岩心和基质孔隙数字岩心的结构特征进行了对比分析.结果表明,局部叠加法构建的页岩基质孔隙数字岩心能够同时描述页岩中的无机孔隙和有机孔隙结构特征,无机孔隙本身连通性较差,有机孔隙本身连通性较好,有机孔隙的局部孔隙度和局部渗透率较高,对页岩中的流体渗流有着重要作用.该方法为页岩中不同的孔隙结构特征描述和油气在纳米尺度孔隙中的传输模拟提供了一个可靠的研究平台.      

衡水地区咸水层沉积物粒度及氘氧同位素的古气候指示

衡水地区的咸水层特征一直备受关注.为了探讨咸水层分布区的沉积环境与咸水形成期的古气候特征,利用钻孔(深度130 m)采集了衡水地区咸水层沉积物,进行了沉积物粒度和粘性土孔隙水氘氧同位素测试.沉积物粒度标准偏差显示,剖面上由深至浅,沉积时期水动力呈由弱到强再到弱的变化趋势,其中水动力强段为90~65 m,为厚层砂砾层.孔隙水TDS和δ18O特征显示在6 m以上受到大气降水和人类活动的影响,并且主要是以淡水灌溉影响为主.剖面上粘性土孔隙水的δ18O在130~90 m平均值为-11.5‰,65~29 m平均值为-12.1‰,23~0 m为-10.6‰,而下部淡水含水层地下水δ18O为-9.8‰,上部咸水含水层地下水δ18O为-8.2‰,粘性土孔隙水δ18O明显偏负于含水层的地下水,反映保存记录了古气候信息.130~90 m,δ18O先增大后减小反映温度先升高后降低;65~29 m,δ18O反映温度偏低的气候特征;23~0 m,δ18O相对比较稳定,总体偏正,反映了全新世为一个相对较为稳定但较高的温度.      

准噶尔盆地南缘页岩气形成条件与有利区预测

通过对准噶尔盆地南缘泥页岩分布情况、厚度、面积、总有机碳含量、热演化程度、有机质类型、矿物岩石成分等因素的分析,确定了准噶尔盆地南缘侏罗系八道湾组、三工河组和西山窑组、二叠系芦草沟组、红雁池组以及石炭系是页岩气发育的有利层位。经过对有利层位的页岩气富集条件分析,并利用镜质体反射率(Ro)等值线、泥岩厚度等值线和总有机碳含量(TOC)等值线进行叠加的分析方法,最终确定霍玛吐背斜带西北缘、沙湾凹陷和莫南凸起三者过渡区域的侏罗纪地层,阜康凹陷与阜康断裂带过渡区域的侏罗纪地层,柴窝堡坳陷达坂城凹陷和永丰凹陷二叠纪地层埋藏较浅处,以及齐古断褶带石炭纪地层埋藏较浅处等4处为页岩的有利发育区。     

有限二维饱和多孔介质因载荷诱发Biot固结的解析解

推导了有限矩形区域饱和多孔介质因表面载荷诱发的Biot固结的一个解析解。假设多孔介质为均匀各向同性和线弹性,并被单相流体所饱和;控制方程组采用不可压缩多孔介质模型;孔隙压力场采用狄利克雷边界条件,上下表面位移场符合物理边界,而左右侧面位移场边界条件则由人为特别给定。利用有限正余弦变换和拉普拉斯变换及数值反演获得了物理空间孔隙压力场和位移场的半解析解,其体现为双重级数和的封闭形式。最后以某软黏土层平面应变固结为例,利用有限元分析软件ABAQUS对所给出的解析解进行了验证,同时基于该解析解考察了孔隙压力场和位移场的时空演化规律。所给出的解析解可用于深入分析有限二维饱和多孔介质的流-固耦合力学行为。     

循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现EI北大核心CSCD

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法(DFEM)能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。     

扬子地区二叠系页岩气赋存地质条件研究

扬子地区古生界下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组、上二叠统大隆组为我国页岩气重点勘探层位,关于下古生界两套地层页岩气赋存地质条件的研究较多,而二叠系相关的研究则较薄弱。结合前人研究成果,运用地球化学测试、XRD分析、扫描电镜、等温吸附等实验方法,对二叠系泥页岩的生烃条件、储集特征、含气性能等进行分析,并对页岩气发育有利区进行预测,对扬子地区二叠系页岩气赋存地质条件展开深入的研究。结果表明,扬子地区二叠系泥页岩有多个厚度中心,最大厚度可达175~200 m;TOC在四川盆地及其周缘较高,最高可达4.0%~5.0%;有机质类型以Ⅱ2型为主,整个扬子地区泥页岩成熟度较高,Ro可高达3.0%~5.0%。二叠系泥页岩中普遍发育原生晶间孔、粒间孔等原生孔隙和次生晶间孔、溶蚀孔、有机质孔等次生孔隙,此外还发育原生层间缝或页理缝、矿物收缩缝、有机质收缩缝、溶蚀缝等成岩缝和层间裂缝、节理缝、构造裂缝等构造缝。矿物分析表明,其脆性指数1和脆性指数2分别为8.8%~67.4%、9.4%~74.4%,平均值分别为34.43%、46.9%,显示扬子地区二叠系泥页岩脆性较强而有利于页岩气压裂开采。等温吸附实验显示,页岩全岩和干酪根样品吸附气量分别为2.0~4.3 cm3/g、3.5~5.3 cm3/g,平均值分别为2.75 cm3/g、4.25 cm3/g,表明该区二叠系泥页岩吸附性能较强。页岩气发育有利区预测结果显示,研究区存在成都—宜宾—泸州—重庆—广安、芜湖—南京—镇江、张家界—宜昌—常德—石首一共3个有利区。     

聚焦离子束扫描电镜研究微体化石的微观孔隙结构

聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)是将聚焦离子束切割和扫描电镜结合起来的双束系统,可以在纳米尺度对样品进行切割加工与实时成像。文中用聚焦离子束扫描电镜对兰多维列统(志留系)龙马溪组黑色页岩内的几类微体化石进行了观察研究,并显示牙形刺、几丁石、疑源类均发育有亚微米至纳米级孔隙,这些孔隙可以为页岩气的储集提供有效空间,不同的微体化石孔隙发育的差异可以为页岩中有机质孔隙非均质性成因研究提供重要依据。     

页岩沉积环境对其油气潜力的影响:以中国和北美对比研究为例

页岩油气是当前全球油气勘探和研究的热点,但其潜力评价一直是难点。该文以中国和北美的四套典型页岩为例,包括北美湖相Green River组、内陆海相Niobrara组、中国环境来评价相龙马溪组和济阳坳陷湖相页岩,发现页岩沉积环境与其油气潜力具有密切关系,因此可通过分析发现这四套页岩的沉积环境都具有页岩沉积环境评价其页岩油气潜力。通过微量元素、生物标志化合物、扫描电镜、X-CT和X射线衍射等方法,发现这四套页岩都具有一定的还原性和较高的生产力,且具有差异性。内陆海相Niobrara组页岩具有弱还原的沉积环境,在四套页岩中有机碳含量较低,呈块状沉积构造,裂缝与微裂缝较少,储集空间相对有限。焦石坝海相龙马溪组页岩为还原的沉积环境,岩石以富含有机质的硅质岩为主,可观察到大量的大孔隙与少量的微裂缝。Green River页岩和济阳坳陷页岩形成于陆相咸化的强还原沉积环境,有机碳含量高,页岩以纹层状结构为主,岩石组成脆性矿物含量高,含有大量的裂缝。可见,具有强还原沉积环境的页岩通常具有较好的勘探前景。     

固定沙丘风蚀坑风沙动力学观测研究

风蚀坑是固定沙丘活化的标志,也是沙漠化的首要环节。本文利用三杯风速仪、风向标及阶梯式集沙仪,对浑善达克沙地南缘固定沙丘风蚀坑的气流及输沙进行了观测。结果表明,气流进入风蚀坑后,经历了扩散减速—辐合加速—分离减速—逐渐恢复的过程。入风方向的微小变化、地形及植被导致风蚀坑气流结构、强度及输沙模式趋于复杂。与轴线平行（< 10°）的纵向气流使侵蚀坑内减速区西移,风速及输沙率由坑底向两侧壁及积沙区增加;与轴线斜交（≥ 10°）的气流使减速区东移,气流沿两侧壁向东加速及输沙。积沙区顶部的气流汇集与植被的作用使其加积增高。气流—形态相互作用使风蚀坑加深和纵向延伸并伴随侧向扩展。     

海湾扇贝性腺发育的初步研究

１９９２年７月－１１月在青岛胶州五号码头养殖海区采集海湾扇贝，定期取样，测壳长、水温，并对性腺进行切片观察，以研究其性腺发育。观察表明，海湾扇贝性腺由３部分构成：滤泡、生殖管和生殖输送管。