中国能源沉积学研究进展与发展战略思考

沉积学发展与石油、天然气、煤炭、砂岩型铀矿等矿产资源工业化开采紧密相关,能源沉积学作为沉积学的一个重要应用分支学科,在资源勘探发现中的地位越来越重要,已经成为有效发现资源、降低成本的重要途径。近年来,能源沉积学在技术方法上建立了遥感、雷达、地震、纳米CT等六个级别尺度研究方法,为沉积储层学科发展提供支撑。在理论认识上取得了五方面重要进展:1）建立了克拉通台地沉积储层新模式,为古老含油气系统提供理论指导;2）建立海陆相细粒沉积成因模式,揭示富有机质页岩分布规律,为烃源岩评价与非常规油气勘探开发提供重要理论依据;3）发现非常规致密储集层微纳米级孔喉系统,指导致密油气和页岩油气储层评价;4）研究含煤沉积体系和聚煤作用,指导煤炭资源评价;5）揭示砂岩型铀矿富集机理,指导铀矿资源评价与开采。展望能源沉积学发展,源-渠-汇沉积体系、海陆相细粒沉积学、古老小克拉通碳酸盐岩沉积学等将成为能源沉积学的重要内容;储层非均质性、非常规储层全面表征与深部储层极限将是储层沉积学发展的热点,砂岩型铀矿、煤系等沉积系统是固体矿产沉积研究的重点领域;气、液、固不同能源矿藏空间有序沉积与共生规律研究是资源勘探重点方向;大数据与沉积学方法创新将为能源沉积学发展提供新机遇。     

温度和应力下能源桩桩身加筋混凝土变形性质试验研究

能源桩是将地埋管换热器置于建筑桩基础中来实现地下换热的一种新型的地源热泵技术。然而,不同季节运行条件下,冷热变化导致的能源桩桩身混凝土的膨胀和收缩会影响能源桩的持续使用甚至危及建筑的安全。因此,寻找到一种温度和轴向应力作用下变形性能较好的桩身混凝土对能源桩技术安全使用和推广至关重要。探讨了桩身素混凝土和掺入不同含 量的钢纤维,聚丙烯纤维桩身加筋混凝土在温度和应力下的变形特性。导热系数测试表明,钢纤维的掺入能提高能源桩桩身混凝土的导热系数,聚丙烯纤维的掺入降低了能源桩桩身混凝土的导热系数。钢纤维掺入量为1.3%时,导热系数最大,为2.44 W/(m·K);热力学梯级加温试验表明,能源桩桩身混凝土掺入钢纤维,聚丙烯纤维均能有效减小应变,钢纤维最大应变减少量为62.43%,聚丙烯纤维最大应变减少量为61.11%;热力学全过程试验表明,钢纤维能有效减少制冷收缩应变,全过程中应变最小。综合对比3种能源桩桩身混凝土热物性参数及温度和应力作用下变形特性可知,钢纤维加筋混凝土更适合作为能源桩桩身材料。     

基于统一硬化参数的深海能源土本构模型

深海能源土是指含天然气水合物（俗称"可燃冰"）的深海沉积物,其本构特性的模拟对可燃冰的安全开采至关重要。首先分析了水合物对能源土强度、剪胀和软化等力学特性的影响机理,水合物饱和度越大,对能源土力学特性影响越显著。然后在修正剑桥模型的基础上,通过引入水合物的饱和度和统一硬化参数来修正屈服函数,以反映水合物对能源土强度、剪胀、软化等特性的影响,建立了能考虑天然气水合物胶结作用形成及退化影响的深海能源土弹塑性本构模型,推导了相应的弹塑性矩阵。最后,通过模拟结果与已有能源土三轴试验数据对比分析,表明模型能很好地预测能源土强度、剪胀和软化等特性,验证了模型的合理性和有效性。     

能源地下连续墙的热力学行为模型试验研究

鉴于目前国内外针对能源地下连续墙的热力学行为的研究较少,开展了能源地下连续墙的室内模型试验研究。为了 研究不同换热工况以及约束条件对墙体以及墙土接触面热力学行为的影响,设计了三组对照试验。通过对试验过程中读取 的温度、应力、应变数据进行分析,探索了地下连续墙在换热过程中的温度场、墙体内的垂向应变以及接触面法向应力的 变化规律。对比研究了不同工况下墙内轴向应变以及墙土接触面法向应力数据的差异性,揭示了温升变化和约束变化对这 些参数的影响机制以及重要程度。     

天然气水合物研究中的几个重要问题

综述了当前关于天然气水合物研究中的几个重要问题，提出了今后的主要研究方向，全球大约有10^19g碳以天然气水合物的形式储存在沉积物中，大约是其它所有化石燃料沉积物形式储存量的2倍多，因此，天然气水合物被认为是21世纪具有商业开发无景的潜在的战略资源，天然气水合物是一种亚稳态物质，极易受到温度和压力条件的影响，海底天然气水合物的分解将会影响沉积物的物理化学性质（如剪切强度和流变性等），地球物理性质（如地震波速和电导性），以及地球化学性质（如孔隙流体成分）的明显变化，导致诸如海底滑塌等地质灾害的发生，天然气水合物的分解会产生导致“温室效应”的甲烷气体，该气体进入大气圈中会引起全球气候和环境的变化。     

用微生物对单一碳源利用方法探讨重金属在城市土壤中积累的环境效应

Biolog研究表明，英国阿伯丁市城市土壤的微生物群落结构显著有别于农村土壤，并使微生物对碳源的消耗量增加，消耗速度加快。城市土壤中不仅重金属Cu,Pb,Zn,Ni的含量明显高于农村土壤，而且其化学形态的主成分分析表明，有效态Pb,Zn,Cu及有机态Ni和Cu是导致城市土壤区分于农村土壤的主要因子。相关性分析表明，Biolog的这种变化规律与重金属的上述化学形态密切相关；典型变量分析表明，重金属对城市土壤微生物群落结果的这种损伤具有长期性效应及不可恢复性。