A numerical study of mechanical behavior of a cement paste under mechanical loading and chemical leaching

Based on relevant experimental data of a petroleum cement paste under mechanical loading and chemical leaching, an elastic‐plastic model is first proposed by taking into account plastic shearing and pore collapse. The degradation of mechanical properties induced by the chemical leaching is characterized by a chemical damage variable which is defined as the increase of porosity. Both elastic and plastic properties of the cement paste are affected by the chemical damage. The proposed model is calibrated from and applied to describe mechanical responses in triaxial compression tests respectively on sound and fully leached samples. In the second part, a phenomenological chemical model is defined to establish the relationship between porosity change and calcium dissolution process. The dissolution kinetics is governed by a diffusion law taking into account the variation of diffusion coefficient with calcium concentration. The chemical model is coupled with the mechanical model, and both are applied to describe mechanical response of cement paste samples subjected to progressive chemical leaching and compressive stresses. Comparisons between experimental data and numerical results are presented.     

Why asymptotic limit of the acid dissolution capacity can lead to a sharp dissolution front in chemical dissolution of porous rocks?

The use of the asymptotic limit can greatly simplify the theoretical analysis of chemical dissolution front instabilities in fluid‐saturated rocks and therefore make it possible to obtain mathematical solutions, which often play a crucial role in understanding the propagation behavior of chemical dissolution fronts in chemical dissolution systems. However, there has been a debate in recent years that the asymptotic limit of the acid dissolution capacity (i.e., the acid dissolution capacity number approaching zero) alone cannot lead to a sharp dissolution front of the Stefan type in the acidization dissolution system, in which the dissolvable minerals of carbonate rocks are chemically dissolved by the injected acid flow. The acid dissolution capacity number is commonly defined as the ratio of the volume of the carbonate rock dissolved by an acid to that of the acid. In this paper, we use four different proof methods, including (i) direct use of the fundamental concepts; (ii) use of the mathematical governing equations of an acidization dissolution system; (iii) use of the different time scaling approach; and (iv) use of a moving coordinate system approach, to demonstrate that the asymptotic limit of the acid dissolution capacity can indeed lead to sharp dissolution fronts of the Stefan type in acidization dissolution systems on a much larger time scale (than the dissolution time scale). Our new finding is that on the reaction time scale, the condition of the conventional time derivative of porosity approaching zero alone can ensure that the acidization dissolution front has a sharp shape of the Stefan type. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

原地栖息真菌Talaromyces flavus作用下不同粒径利蛇纹石的风化作用研究

主要研究了原地栖息真菌Talaromyces flavus作用下不同粒径的蛇纹石矿物粉末的风化作用。蛇纹石矿物粉末被筛分为不同粒度的4组(150~300、100~150、75~100和45~75μm)后进行真菌溶蚀实验,并使用p H计、ICP-OES、FTIR、XRD、SEM对反应产物进行了分析。结果表明,真菌作用显著加快了蛇纹石矿物的溶蚀,当蛇纹石矿物粒度降低到100μm左右时,Mg的溶出率从21.56%明显增加到35.91%。该现象可能与矿物比表面积的增大以及生物物理作用的增强有关。在此基础上粒径进一步减小并未使Mg溶出率明显提高,因此该粒径可以作为真菌对蛇纹石溶解工业化应用的最优粒径。扫描电镜观察与矿物相分析表明,反应过程中真菌分化产生的菌丝与矿物紧密接触,破坏了矿物的晶体结构,导致矿物相的改变。该研究结果可为相关菌种在浸矿等工业领域上的应用提供参考依据。     

沂源地区不同类型岩土淋溶水与浸泡水的化学特征分析

为研究降水补给地下水过程中包气带岩土对水化学的影响,在沂源地区采集了不同地表岩土样品开展淋溶和浸泡试验。淋溶结果显示:易溶的Cl~-、SO_4~(2-)、CO_3~(2-)、NO_2~-、NO_3~-等阴离子率先溶解进入淋溶水中,之后K~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Fe等含量逐渐增加,且淋溶初期p H值呈碱性,之后向中性过渡。浸泡结果显示:不同类型岩土样经过浸泡5min后,其水化学组分发生了显著变化;随浸泡时间增加,K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-及含盐量均出现不同程度增加,但Cl~-、SO_4~(2-)在不同类型岩土中含量变化则是不同的。由此推测,降水转入地下水过程中,透过地表浅层包气带时就已经淋溶了大量物质,水化学性质发生了重大变化。     

褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)受精卵以及仔鱼期氨基酸与脂肪酸变化研究

为研究褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)发育早期氨基酸和脂肪酸的组成及变化规律,采用GC/MS法等方法分析了褐菖鲉的受精卵、初产仔鱼、前仔鱼期和后仔鱼期四个阶段的氨基酸和脂肪酸组成特点及其含量变化。结果表明:(1)总氨基酸含量从受精卵至初产仔鱼显著下降、前仔鱼期又显著回升、至后仔鱼期再次呈显著下降(P0.05);(2)总游离氨基酸量以初产仔鱼最高,是受精卵的10倍,各期的游离氨基酸占总氨基酸比值为1.4%—20.0%;(3)受精卵中以DHA、C16:0两者实际含量最高,分别为104.88 mg/g和68.74 mg/g,C18:1n-9和EPA次之,分别为41.23 mg/g和27.23 mg/g;(4)褐菖鲉内源性营养阶段被选择性消耗的主要脂肪酸依次为C16:0C18:1EPADHAARA,就脂肪酸的利用率而言MUFASFAPUFA;(5)褐菖鲉仔鱼在开口后的外源营养阶段对脂肪酸的利用率为PUFASFAMUFA,其中DHA相对EPA和ARA被选择性消耗。研究表明,褐菖鲉受精卵的游离氨基酸/总氨基酸比值符合海水鱼类沉性卵的特征,褐菖鲉在早期发育不同阶段对脂肪酸消耗具有不同的选择性,C16:1、C16:0、C18:0和C18:1是褐菖鲉早期发育的主要能源物质,在褐菖鲉开口饵料中添加一定水平的异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸等氨基酸及高度不饱和脂肪酸DHA等是十分必要的。     

不同培养条件对三角褐指藻生长及其生物活性成分积累的影响

以三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)为研究材料,比较了Na NO3、NH4HCO3和CO(NH2)2为氮源的两种培养基(m L1和ASW培养基)对其生长和生物活性成分(岩藻黄素、金藻昆布糖和二十碳五烯酸(C20:5,EPA))时相积累的影响,同时分析了脂肪酸组成和总脂含量的变化。结果表明:以m L1培养基培养时,三角褐指藻的生物质质量浓度明显高于ASW培养基培养时的生物质质量质量浓度,尿素优于其他两种氮源,最大生物质质量质量浓度为3.7 g/L。不同培养条件下岩藻黄素含量的时相变化规律一致,均随着培养时间的延长呈现先增加后减少的趋势,其最高积累量分别为:13.27 mg/g(Na NO3)、13.23 mg/g(CO(NH2)2)和13.89 mg/g(NH4HCO3)(m L1);13.2 mg/g(Na NO3)、14.92 mg/g(CO(NH2)2)和13.6 mg/g(NH4HCO3)(ASW),由此可知氮源对岩藻黄素积累量影响不大。金藻昆布糖含量随着培养时间延长逐渐增加,其最大积累量分别为9.82 mg/g(NH4HCO3)(m L1)和8.59 mg/g(Na NO3)(ASW)。不同培养条件下其总脂含量变化不显著,均在培养末期达到最大值,分别为24.18%(NH4HCO3)(m L1)和23.79%(Na NO3)(ASW);其主要脂肪酸组成为:豆蔻酸(C14:0)、棕榈酸(C16:0)、棕榈油酸(C16:1)、硬脂酸(C18:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)、花生一烯酸(C20:1)、木焦油酸(C24:0)和EPA,其中,EPA含量随着培养时间延长逐渐下降,尿素最有利于EPA的积累。     

长江中下游宣城水东地区早白垩世酸性火山岩年代学、地球化学及岩石成因

位于长江中下游的宣城水东地区发育一套酸性火山岩,主要由流纹质角砾岩、流纹岩和珍珠岩组成。本文对该套火山岩进行了详细的锆石U-Pb年代学、主量元素、微量元素以及Nd-Hf同位素研究。LA-ICP MS锆石U-Pb定年结果显示3种岩性的火山岩年龄分别为133.2±0.8、133.4±0.8和131.5±0.9 Ma。主量元素组成上,这套酸性火山岩具高硅(72.51%~81.79%)、富钾(K_2O/Na_2O=2.04~14.93,平均6.72)、贫钙镁(Ca O=0.19%~1.57%,Mg O=0.06%~0.29%)的特征,属于弱过铝质(A/CNK=1.02~1.24)的高钾钙碱性-钾玄岩系列岩石。微量元素方面,轻重稀土元素分馏明显[(La/Yb)_N=5.43~9.17],具明显的负铕异常(Eu/Eu~*=0.44~0.60),富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、K和Pb等,亏损Ba、Sr、Nb、P和Ti等元素,表现出壳源的特征。全岩Sr-Nd和锆石Hf同位素组成变化范围相对较小,(~(87)Sr/~(86)Sr)_i为0.707 3~0.708 8,εNd(t)值为-7.05~-5.56,εHf(t)为-8.6~-1.3。结合区域地质研究成果,认为宣城水东地区酸性火山岩可能是在约135 Ma古太平洋板块俯冲作用之后的伸展-拉伸环境下,由新元古代早期新生地壳重熔而成。     

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定海泡石中的稀土元素

海泡石是一种纤维状含水的富镁硅酸盐黏土矿,其中的稀土元素含量在1×10~(-7)～1×10~(-5)之间,目前还没有建立海泡石中稀土元素的国家标准分析方法。测定岩石中的稀土元素主要是采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),样品前处理一般采用封闭溶矿和碱熔,但这两种处理方法耗时较长,效率不高。本文通过比较硝酸-氢氟酸-过氧化氢、硝酸-氢氟酸、硝酸-过氧化氢三种样品前处理方法,确定使用硝酸-氢氟酸溶矿,然后进行微波消解同时赶去氢氟酸,避免氢氟酸与稀土元素生成难溶的氟化物,再采用ICP-MS法测定15种稀土元素的含量。由于海泡石中的镁含量较高,为降低基体效应,以~(103)Rh和~(185)Re作内标补偿基体效应和校正灵敏度漂移,各元素测定值的准确性显著提高,回收率为91. 2%～110. 9%,检出限为0. 002～0. 011μg/L,精密度≤2. 79%。本方法与封闭酸溶ICP-MS法的分析结果吻合较好,且用酸量少(7 mL),溶矿效率高(1 h),检出限更低。     

土壤入渗对阜新市北部浅层地下水总硬度影响的淋滤实验

本次室内土柱淋滤实验通过改变Na~+、H~+、NH_4~+浓度来模拟现实生活中不同浓度的生活污水、酸雨及农业施肥灌溉对浅层地下水总硬度的影响过程。实验结果表明淋滤液浓度越高,所对应的淋出液的总硬度峰值就越高。相同浓度的Na~+、H~+、NH_4~+进行土柱淋滤实验时,NH_4~+所对应的淋出液总硬度的峰值最大,H~+次之,Na~+最小且NH_4~+所对应的整个实验用时最短,在相同浓度单一离子作用下NH_4~+对浅层地下水硬度的影响更加明显。     

几内亚福雷卡里亚YML铁矿区的富铁矿床地质特征及找矿前景探讨

YML铁矿区位于几内亚福雷卡里亚省,富铁矿以条带状赤铁矿和铁角砾岩矿为主。矿区内共发育7条矿体,条带状赤铁矿体6条,铁角砾岩矿体1条。条带状赤铁矿体赋存部位多为向形地段,次级紧密褶皱发育,沿走向和倾向有逐渐变薄和尖灭的趋势;铁角砾岩矿体覆盖于地表,以风化壳的形式出现。矿床类型属复合类型,即海底热液喷气沉积叠加后期构造变质型+风化淋滤型。该区具备铁矿形成和保存的地质条件,且已发现具一定储量、品位较高的条带状赤铁矿和大面积的铁角砾岩分布区,区内铁矿找矿远景较好。