纳米矿物与纳米矿物资源

为促进对纳米矿物及纳米矿物资源的认识、深入研究及开发应用,阐述了矿物纳米颗粒、纳米矿物狭义和广义概念、纳米矿物形貌分类和主要类型,并从晶体结构和晶体化学理论讨论纳米矿物形成和稳定的本质,即纳米矿物和矿物纳米颗粒形成分别受内因和外因控制.阐明了纳米矿物学研究内容及其在关键带研究的重要性,提出了纳米矿物资源的概念、属性及其开发利用的方向.      

海南岛小妹韧性剪切带纳米颗粒发育阶段及形成机制

为了探讨韧性剪切带中纳米颗粒的发育过程和形成机制,进而厘定纳米颗粒对韧性剪切带形成过程和应力机制的指示作用,选取了在小妹韧性剪切带里发育的3种岩石样品（花岗岩、花岗质片麻岩和石英片岩）,在扫描电镜下观察其中的纳米颗粒结构及纳米颗粒的聚集形态.观察结果表明:存在2种基本形态——球形的粒状和长条形的柱状,粒状纳米粒子（纳米粒）在3种岩石中都广泛发育,而柱状纳米颗粒（纳米棒）则在花岗质片麻岩中最发育.对纳米颗粒聚集形态研究,可将发育阶段分为:粒化阶段-异化阶段-成层堆积阶段.再次活动时,首先是经过活化阶段,形成复体颗粒,然后再重复上述阶段.结合纳米颗粒形态变化过程,其形成机制可能为脆-韧性变形.      

H Odé剪切变形理论在纳米尺度的表象

通常认为岩石是被剪破或张裂的,那么,为何我们能寻觅到位于同压力垂直方向的破裂构造呢?H Odé剪切变形理论给出一个精辟的回答:在塑性或粘-弹性变形中,由于介质的分异作用,存在一个从屈服条件中获得的速度不连续性,这样,其介质就能沿着等速的特征面剪切滑移.该理论亦称为塑性剪切作用准则,之前是从宏观-直观力学表象予以验证,如构造挤压带的破裂面、正压力下Griffith裂隙端点裂开和垂直压力下的碎裂流动等.进而,我们对花岗岩标本实施高温/高压实验,并取其位于轴压垂直方向裂隙的薄壳表层做扫描电镜观测.然后把从其表层观察的具有H Odé力学表象的微纳米现象,同一般剪切作用的屈服效应结构,从3个方面相比较鉴别.（1）粘-弹性变形:高温-高压的实验样品更容易产生塑性压缩容积流动,不仅具粘性也具弹性变形,随之,样品可展现纳米涂层作用和纳米分层作用.（2）纳米尺度结构:纳米尺度颗粒能成为单一纳米粒-纳米线-纳米层结构,且复体的纳米粒可细分成粒状的、线状的和片粒状的结构等.（3）有序组构:尽管H Odé破裂的粒化流动和纹理流动的优选方位,同普通剪切作用相比,处于弱势范畴,然而综合分析观之,这两者的屈服特征是完全一致的.反之,我们应用H Odé剪切理论去研究一些非常规的变形现象,必能拓展纳米地质学的研讨范畴和认知能力.      

新疆乌苏市巴音沟煤层气勘探井护壁堵漏技术

在煤层气勘探井固体岩心钻探施工过程中,遇岩层构造发育、地下水系发达的施工条件,钻进中往往发生钻井多层漏失、护壁困难的情况。因煤层气勘探井对录井工作的特殊要求,护壁堵漏工作的成功与否成为钻探施工的关键。在进行钻井护壁堵漏处理时,因技术方法不得当或未采取正确的计算经常导致护壁堵漏失败,甚至引发重大的钻探事故。通过对工区施工的经验总结,提出了切实可行的护壁堵漏技术措施,为类似地层钻井勘探施工提供借鉴。     

粉煤灰基地质聚合物水热原位转化NaP型沸石分子筛的研究

以固体废弃物粉煤灰基地质聚合物为基本骨架,通过水热合成法将其原位转化为自支撑Na P型沸石分子筛型体,并研究了水热过程中碱液浓度、碱液体积、水热温度和水热时间对NaP型沸石分子筛结晶程度、形貌和机械强度的影响,得到粉煤灰基地质聚合物原位转化Na P型沸石分子筛型体的适宜条件为水热温度100℃、NaOH浓度2.0mol/L、NaOH体积50 m L、水热时间24 h。所得Na P型沸石分子筛型体的抗压强度为23.21 MPa,BET比表面积为50.46 m~2/g,已达到工业生产P型沸石的水平。该法工艺简单,环境友好,可控成型。在此方法的基础上通过改变原料配比和反应条件,可以合成其他类型的沸石分子筛型体。     

冻融循环对不同孔隙率页岩相似材料影响的试验研究

基于地质力学模型试验的相似理论,针对寒区岩体工程,分别制作了5种不同孔隙率的页岩相似材料,进行冻融循环试验,探究不同孔隙率的页岩相似材料在冻融前后,其主要物理力学参数的变化规律。试验研究表明：在冻融循环后,页岩相似材料的单轴抗压强度、三轴抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角有不同程度的减小,孔隙率、泊松比有不同程度的增大。页岩相似材料的物理力学参数受冻融循环的影响随孔隙率的增大先增大后减小,孔隙率处于9.4%~13.6%时,受冻融循环影响最大;孔隙率处于5.8%~9.4%时,受冻融循环的影响随孔隙率的增大有增大的趋势;孔隙率处于13.9%~19.1%时,受冻融循环的影响随孔隙率的增大有减小的趋势。研究结果可以为西部寒区的岩土工程建设和减灾提供相关的科学依据。     

松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组储集空间与油态研究

松辽盆地古龙凹陷有丰富的页岩油气资源。但是目前对古龙凹陷页岩油储层的岩石学特征和页岩油的状态,尤其是储集空间的类型及其组合关联性认识不清。通过对古龙凹陷白垩系青山口组岩芯的精细描述及其薄片分析和电子显微镜观察及三维CT深入研究,发现古龙青山口组页岩油的储集空间具有多样性和多尺度性。除了纳米孔缝外,还有页理缝。根据页理缝的规模和与油气的关系,可分为5类：① 纳米缝,缝宽在10~50 nm,缝长50~100 nm,或更长;两端尖中间宽,微弯曲呈蠕虫状;本身也是重要的储集空间,是纳米级油元的重要组成部分,与纳米级孔油元和微米级油基关系密切;② 微米缝,宽 0.1 μm 到数微米,长数十微米到数百微米,与纳米级油元和微米级油基关系密切;③中微缝,宽数微米到数十余微米,缝长数百微米,与微米级油基关系密切;④大微缝,宽数十微米到100 μm,长数百微米到数毫米,与微米级油基和微微缝及中微缝关系密切和⑤ 大页理缝(宽数百微米,肉眼明显可见),与各级微裂缝关系密切。此外,可见高角度倾斜或直立的裂缝,由于这些页理缝顺层发育,所以往往当做页理对待。通过研究,认为页理缝主要是嫩江组沉积末期（嫩末）和明水组沉积末期（明末）的构造反转褶皱过程中形成的。另外,还发育了大量的顺层方解石脉,根据方解石脉的宽度分为3类：① 小型介于0.1~1.0 mm;② 中型介于1.0~5.0 mm;③ 大者介于0.5~1.0 cm,最大宽度2.5 cm。较大的顺层方解石脉由垂直页理的纤柱状方解石组成。大方解石普遍发育共轭裂缝和挤出构造,是古龙凹陷嫩末和明末古应力反转的结果,也是古应力恢复的重要依据。经应力恢复认为嫩末和明末,可能一直延续到依安组的最大应力来自于水平方向（东西方向）,在1500 m和2500 m深度水平最大挤压应力分别可达139.16 MPa和204.27 MPa,而垂向最小应力则分别为35.44 MPa和59.07 MPa。所以,在这种应力状态下导致顺层发育了大量页理缝和顺层纤柱状方解石脉。此外,在页理面上还发育了一系列摩擦镜面、擦痕、阶步、光面、剪裂面、鳞片构造、碎片构造等,揭示了沿页理发育了强烈的顺层剪切。四级纳微缝与大页理缝密集发育,在顺层面方向构成了裂缝空间联通网络,使页岩在顺层面方向渗透率较好或很好;裂缝空间联通网络与纳米和微米孔一起构成了一个三维的特殊缝孔体,与碳酸盐岩的缝洞体相当。纳米孔缝和微米孔缝及页理缝对于松辽盆地青一段页岩油的勘探开发具有重要意义。     

滑坡碎屑化运动物理模型相似材料特性研究

高速远程滑坡物理模型试验中,岩石相似材料的选择是模型试验成功的关键,然而目前滑坡相似材料强度高、难以在缩尺试验中模拟滑坡破碎过程。以重晶石、石英砂为骨料,石膏为胶结剂,羧甲基纤维素钠、甘油、水作为辅助材料,进行可破碎岩石相似材料的配比试验。采用控制变量法研究重晶石与石英砂比例（重石比）、骨料与胶结物比例（骨胶比）、羧甲基纤维素钠含量、拌合水量、甘油含量对相似材料物理力学性质的影响。试验结果表明:所有配比情况下各相似材料物理力学参数的范围分别为单轴抗压强度为0.12～1.47 MPa,弹性模量为25.51～148.12 MPa,黏聚力为1.63～87.39 kPa,内摩擦角为22.70°～35.89°,脆性指标主要分布在0.033～0.145之间;重石比主要控制岩石相似材料的内摩擦角;骨胶比减小,对应的黏聚力和内摩擦角先增大后减小;羧甲基纤维素钠对材料的单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力等材料的力学特性以及材料的脆性指标影响均比较大,其中对单轴抗压强度的影响最大。因此,控制羧甲基纤维素钠和拌合水量的含量,并合理调节重石比与骨胶比,在相似比约为1∶600的试验尺度下,最终确定了适用于高速远程滑坡碎屑化过程模拟的低强度高脆性岩石相似材料的配比区间。     

青藏高原复杂地层地质钻探低固相冲洗液试验研究

青藏高原由于地质条件的多样性,分布有松散破碎地层、高应力地层、断层破碎带等复杂地层,在地质钻探中经常遇到塌孔、漏浆、缩径、卡钻、埋钻等问题。同时配套使用的冲洗液形成的泥皮质量差、胶结能力较差、携岩粉能力较弱等不足。冲洗液的性能是实现复杂地层顺利钻进的关键。结合青藏高原复杂地层的地质特点,研发了低固相聚合物新型冲洗液,该冲洗液以钠质膨润土和微泡剂等外加剂为基础,具有流动性好、胶结性强、降失水量适中的特点,适宜在青藏高原复杂地层地质钻探中使用。     

水基钻井液防塌封堵材料封堵特性实验研究

提高钻井液封堵能力是有效解决硬脆性页岩、煤层等复杂地层井壁失稳的主要技术手段。本文以在一定温度、压力条件下30 min的滤失量为评价标准,对几种封堵材料的封堵特性进行了实验研究。结果表明：除超细碳酸钙外,其他材料随着加量的增加,封堵效果越来越好;乳化沥青、乳化石蜡和油溶性酚醛树脂随着温度的升高,封堵效果变差,而聚乙二醇和聚酯先变差然后又有一定程度的恢复;聚酯和超细碳酸钙能够快速封堵微裂缝;几种封堵剂均对钻井液的流变性能有较明显的影响。对各封堵材料的封堵机理分析表明：不同的封堵材料具有不同的封堵特性,分别适应不同的温度、压力条件。只有根据井下实际情况,有针对性地选择与之相适应的封堵材料,才能有效提高水基钻井液的封堵能力。