基于氮气吸附-扫描电镜的构造煤孔隙特征研究

煤的孔隙结构特征与瓦斯的吸附和运移密切相关,构造煤的孔隙结构特征由于受到构造应力的破坏而趋于复杂,因此开展构造煤孔隙发育的研究是提升瓦斯治理水平的重要方向。以西山煤田南部东于煤矿三组构造煤和一组原生煤为研究对象,采取低温液氮吸附法和扫描电子显微镜(SEM),联合观测构造煤与原生煤的孔隙特征。研究表明:三组构造煤的氮气吸附量为原生煤的2.04倍、1.49倍和2.90倍,三组构造煤的孔容为原生煤的2.08倍、1.53倍和2.96倍;三组构造煤的孔容大部分由微孔和小孔提供均达到69.71%以上,孔比表面积大部分由微孔提供均达到了79.04%以上;原生煤的孔容大部分由微孔和小孔提供达到了89.38%,孔比表面积微孔占比93.97%;三组构造煤的孔隙结构相比原生煤更加复杂,具有更大的分形维数(2.6985~2.7106);三组构造煤(10000倍)表面分形维数分别为1.962、1.979、1.947均大于原生煤1.945,构造煤与原生煤相比有更为发育的孔隙特征;分形维数D1与总孔比表面积、微孔比表面积成正比;挥发分含量在一定范围内与总孔比表面积、微孔比表面积、小孔比表面积成正比。

川中北部地区寒武系第二统沧浪铺组一段孔隙特征、成因及演化模式

【目的】近年来,随着川中北部地区寒武系第二统沧浪铺组的不断勘探突破,沧浪铺组呈现出巨大的勘探潜力,而目前孔隙研究的薄弱制约了对储层发育特征的深入认识。【方法】基于岩心、铸体薄片和阴极发光等的观察与鉴定,运用图像识别软件获取岩石组分含量、孔隙参数等定量数据,对川中北部地区寒武系第二统沧浪铺组一段的孔隙特征、成因、不同岩性的孔隙演化模式开展研究。【结果】沧浪铺组一段的孔隙类型主要为粒内溶孔,与总面孔率的正相关性最好,其次是粒间溶孔。较高的鲕粒/陆源砂的含量比例是孔隙发育的重要物质基础,溶解作用是孔隙发育的最有利因素,而高能的陆棚鲕粒滩沉积是原生孔隙发育的关键。因为准同生期大气水的选择性溶解作用是形成沧一段主要鲕粒粒内溶孔的最有利的成岩作用,而准同生期—埋藏期的白云石化作用则增强岩石的抗压性、使固相体积缩小而增加岩石的面孔率,埋藏期的溶解作用则沿着构造破裂形成的裂缝和早期孔隙进行溶解扩大。陆源砂、胶结作用、压实作用和压溶作用等则不利于沧一段孔隙的发育。【结论】因此,有利的碳酸盐组分及后续的成岩—构造作用影响了孔隙的发育和演化,并形成了孔隙面孔率依次降低的岩性排序特征:亮晶鲕粒云岩、含砂鲕粒云岩、砂质鲕粒云岩、细粒岩屑砂岩、石灰岩类。

新疆512矿床砂岩型铀矿孔隙特征及渗流模拟

地浸采铀工艺是溶浸液在含矿含水层中与铀矿物发生反应,铀元素随溶浸液迁移至地表的一种提铀工艺,精确了解矿区岩石内部结构及金属矿物的分布,对地浸工艺应用具有重要的指导意义。为了解512矿床岩石内部结构及渗流路径,选取该矿床代表性围岩和矿石岩心进行CT扫描,经过图像降噪滤波、图像分割提取孔隙、构建孔隙网络模型等处理与分析,获得各孔喉参数;通过Avizo软件模拟得到绝对渗透率、迂曲率和渗流速度变化。结果表明:围岩和矿石的孔隙度相近,分别为15.42%,15.18%;连通孔隙度分别是9.61%,13.82%。围岩中高密度物质为一些金属矿物,体积分数约为0.54%,矿石中高密度矿物多为次生铀矿物,体积分数为1.06%,其在浸出过程中可与溶浸液充分接触。孔隙内部具有强烈的非均质性,导致流速在流动路径中逐渐降低。围岩和矿石连通的大孔数量多于小孔,指示大孔是决定孔隙发育程度的主要因素。根据速度流线推断围岩和矿石中虽然存在堵塞区,但流通区域占主导地位。

广西某露天矿区不同复垦模式下土壤的孔隙特征

广西铝土矿区复垦土壤孔隙结构对土壤复垦质量有重要影响,但其微结构特征尚不明确。为探究当地复垦土壤孔隙结构特征,研究选取草地复垦模式(RG)和裸地复垦模式(RW),利用X射线CT扫描技术扫描40 cm的原状土柱,用Avizo2020渲染功能,结合Image J软件及其插件获得表征土壤孔隙二维分布和三维特征的参数,并对土壤孔隙结构进行三维重构和可视化分析。结果表明,RG处理模式土壤中二维小、中孔隙数量较RW处理模式有所减少,大孔隙数量较RW处理模式明显增多。在0~20 cm土层深度内,RG处理模式下的孔隙面密度相较于RW处理模式降低了近30%;在20~40 cm土层深度内,RG处理模式下的孔隙面密度和孔隙复杂度均大于RW处理模式。RG处理模式下的三维总孔隙数较RW处理模式明显降低,RG处理模式下的孔隙度(3.046%)高于RW处理模式(2.900%),说明RW处理模式的孔隙多但并不是大孔隙。RG处理模式的连通度(0.399)大于RW处理模式(0.273),弯曲度和比表面积(1.329,4.026 mm^(-1))小于RW处理模式(1.342,4.334 mm^(-1))。在三维结构中,因2个处理模式的复垦年限均为2 a,两者孔隙结构均以点状形式分布,同时呈现出倾斜层状结构。但相较于RW,RG处理模式下的孔隙多为大孔隙,存在清晰可见的长条状孔隙,这预示着RG处理模式下的土壤朝着更为稳定的结构发展。因此,在广西露天铝土矿区的土壤复垦过程中,草地复垦模式更能促进土壤结构和水肥运移通道的改善,有利于提高土壤质量。

基于数字岩心的碳酸盐岩复杂孔隙特征研究——以普光气田飞仙关组储层为例

川东北普光气田飞仙关组为一套深层海相碳酸盐岩储层,储集空间类型、组合方式多样,孔隙结构复杂,储层非均质性强,利用常规测井资料难以有效表征其储层的孔隙结构及渗透力。文中应用数字岩心技术精细刻画孔隙结构,即采用全直径岩心CT扫描、微米级X-ray CT扫描、大面积扫描电镜拼图成像技术等,建立纳米—厘米级别的多维度多尺度的岩心数字化表征。对大数据图像特征参数提取和分析,建立了不同类型储层的孔渗关系,将整个储层类型分为三区一带:微裂缝区、粒(晶)间孔主控区、铸模孔区、粒间孔加铸模孔过渡带。研究明确了粒(晶)间孔结构是渗透率的主控因素,更好地明确了该类储层孔隙结构对渗流能力的影响,揭示了礁滩相碳酸盐岩地层的微观渗流特性。

中阶煤的孔隙特征研究

明确煤体的孔隙结构对煤层气的开采及瓦斯突出危险性评价有重要意义。为了解中阶煤孔隙特征,首先通过扫描电子显微镜测试煤层表面,后采用低温液氮吸附法和压汞法分析孔隙结构,并对测得实验数据进行绘图,研究其分形特征。结果表明:钱家营焦煤(QJY)、宁夏1/3焦煤(NX)、东欢坨气煤(DHT)三种煤样的吸附等温曲线均属于Ⅱ类吸附曲线,且呈倒"S"型。东欢坨煤的比表面积最大,宁夏煤次之,钱家营煤的比表面积较小,煤的变质程度与比表面积呈现明显的负相关性。孔径在≥50 nm的孔含量与平均孔径呈正相关;3个煤样中孔径≤10 nm的孔容占比均最大,煤孔隙主要是由微孔组成。孔隙发育情况:DHT>NX>QJY;钱家营煤与东欢坨煤的分形维数都呈现出吸附孔D _(2)>渗流孔D 1的特征,其微小孔的孔隙结构比较复杂,且无规则性。宁夏煤吸附孔的分形维数D_(2)=2.890,在2~3之间,微小孔具有分形特征。

基于气体吸附和扫描电子显微镜分析天然和无机结合剂充填处理绿松石的孔隙特征

绿松石为一种多孔的宝石材料,孔隙度可以直接影响其物理性质,如颜色、光泽、耐久性等,从而影响绿松石的品质,故孔隙度的研究工作至关重要。气体吸附法可以测得绿松石中的介孔(2~50 nm)以及不同孔径的孔隙的分布特征。采用Bet全自动气体吸附仪及扫描电子显微镜对无机充填处理前后绿松石样品的孔隙特征进行了对比。气体吸附测试结果显示,经过充填处理后绿松石的比表面积及孔容都有一定程度的变化,吸脱附曲线属于第Ⅲ类无滞后回线的曲线;平均孔径分布图显示各级孔隙在一定程度上减少,大的孔隙被无机充填物充填为小孔隙,但处理过程中也会出现较小孔径被腐蚀成大孔径的现象。扫描电子显微镜观察结果显示,处理前后绿松石的微晶集合体形貌、晶体特征以及孔隙度结构有较大的变化;结合计算,经无机结合剂充填处理后绿松石的表面孔隙率明显降低,其与处理前的天然绿松石中的孔隙是一端封闭且不贯穿的孔隙,符合吸脱附曲线表征的孔隙形状;微形貌特征的明显差异可以作为无机结合剂充填处理绿松石与天然绿松石的有效判别依据之一。

经编贾卡鞋面材料的孔隙特征与透气透湿性研究

为探究经编贾卡鞋面材料网孔组织设计、织物孔隙特征、鞋材透气透湿性能三者之间的关联规律,依据特定的贾卡意匠图设计,制备6种不同结构的鞋材样品进行测试,从表面孔隙率、体积质量与平均孔径描述织物孔隙特征,并对比分析对鞋材透气透湿性能的影响。结果表明:意匠设计中厚组织比例的增加会降低织物表面孔隙率并增加体积质量,进而降低鞋材的透气透湿性;网孔组织比例的增加会增加织物表面孔隙率,并降低体积质量,进而增强其透气透湿性;同等织物厚度下有网孔组织设计的鞋材透气透湿性显著优于无网孔组织设计,但同等网孔比例设计下平均孔径更大的鞋材透气透湿性能更优。

峰峰矿区煤储层孔隙特征研究

峰峰矿区不但是我国的重要煤炭基地,并且煤层气资源丰富。煤储层高压(12MPa)饱和水法孔隙度在1.28%~5.73%。BJH总孔容为0.000 46~0.001 46mL/g,平均孔径3.1~12.01nm。孔的类型主要有微孔、小孔和中孔三类,以微孔为主。总比表面积在0.029 6~0.409m^(2)/g。微孔越发育比表面积越大,比表面积越大吸附煤层气的能力越强,煤层气含量一般越高。

低热混凝土与中热混凝土抗冻性能及孔隙特征的对比研究

低热混凝土在水工领域得到了广泛关注,由于其初期较缓慢的放热速率,能够有效地减少大体积混凝土早期开裂的风险。本文对低热混凝土与中热混凝土的抗冻性能进行对比研究,并结合压汞法和液氮吸附法获得多尺度下的孔隙分布情况。分别采用BJH模型和DFT模型对液氮吸附孔隙分布进行不同尺度的侧重分析,通过表面分形维数对孔隙表面粗糙度和孔径分布进一步表征,从混凝土抗渗性及孔隙结构方面揭示了低热混凝土具有较好抗冻性能的根本原因。

阿克苏地区寒武系肖尔布拉克组不同白云岩的孔隙特征、成因及演化

根据阿克苏地区两条典型野外剖面(肖西沟剖面、苏盖特布拉克剖面)的细测及大量薄片资料分析,认为肖尔布拉克组发育凝块石云岩、残余颗粒云岩及晶粒云岩等3种类型白云岩,主要孔隙类型有晶间孔、晶间溶孔、粒间溶孔、凝块内溶孔等4种。凝块石云岩中孔隙面孔率与胶结物含量及单个凝块大小呈反比,孔隙的连通性与单个凝块大小、堆积疏松程度、胶结物含量、凝块含量呈正比。残余砂屑云岩孔隙面孔率与残余颗粒含量呈正比、与胶结物含量呈反比。根据沉积—成岩作用影响的差异,建立3种不同白云岩孔隙演化发育模式:在凝块石云岩中,同生—准同生期大气淡水溶蚀作用是形成孔隙的关键,埋藏期溶蚀作用使得孔隙进一步改善,最终形成以凝块内溶孔(占比72%)为主的孔隙类型;在残余颗粒云岩中,同生—准同生期的溶蚀作用是形成孔隙的基础,埋藏期溶蚀作用是增加有效孔隙的关键因素,最终形成以粒间溶孔(占比51%)为主的孔隙类型;在晶粒云岩中,早期的溶蚀改造作用对晶粒云岩孔隙发育影响较小,而埋藏期的扩大溶蚀作用是有效孔隙发育的关键因素,使其形成以晶间溶孔(占比62%)为主的孔隙类型。

乾安碳酸型盐渍土的孔隙特征

为了研究盐渍土的孔隙特征,在乾安地区选择冻深范围内的代表性剖面,取样并进行盐渍土基础物理性质测试和压汞试验,得到地表以下冻深范围内不同深度处土体基本性质及孔隙分布特征。试验结果表明:盐渍土的原状剖面表观形态、粒度成分、土体孔隙分布特征均呈现一致的三层分带;天然状态下碳酸型盐渍土的孔径可分为微、小、中、大与超大孔隙5级,界限孔径依次为0.040、0.400、4.000、40.000μm;随着深度增大,3层土体的孔隙分布曲线峰值个数减少,各深度土体的孔隙以大孔隙为主,中孔隙次之,超大孔隙体积分数仅在表层较高但整体低于中孔隙,微、小孔隙体积分数较低且在小范围波动。分析认为自重应力对土体结构的压密作用、蒸发淋滤产生水分及细粒的迁移、气候变换导致的冻融循环作用是影响研究区孔隙分布特征的三大因素。

冻融作用下水泥改良土未冻水含量及孔隙特征试验研究

水泥基材料注浆是控制人工冻结地层冻融变形普遍有效的措施。基于核磁共振技术,对冻融作用下不同水泥掺量的粉质黏土未冻水含量及冻融前后孔隙特征进行测试,结合扫描电镜和压汞技术分析了冻融前后水泥改良土的孔隙特征变化规律及冻融损伤微观机理。结果表明:①含水量一定时,随着水泥掺量的增大,孔隙中水分子磁化程度对温度的敏感性先增大后减小;②当水泥掺量为0~10%时,正融过程同一温度下,随着水泥掺量的增加,冻结土体中未冻水含量先减小后增大;③相比于未掺水泥的粉质黏土,水泥改良粉质黏土冻融前后孔隙的变化程度较小,当水泥掺量为5%时,其孔隙特征及微观结构受冻融循环影响较小。研究结果可为改良土体抗冻融损伤研究及人工冻结工程地层冻胀融沉稳定性控制提供参考。

基于SEM多级化孔隙特征研究——以重塑黄土为例

为了探究扫描电镜(SEM)下多尺度微观孔隙特征,确定孔隙定量分析的最佳放大倍数,利用IPP 6.0软件对12种不同放大倍数(包括100X、200X、300X、400X、500X、600X、800X、1000X、1200X、1500X、2000X、3000X)下8个不同干密度的重塑黄土试样的SEM图像进行孔隙多级化分析,并依据雷祥义的黄土孔隙分类标准对孔隙进行统计分类。结果表明:在放大倍数小于400X时,任何干密度试样的SEM图像都无法观察到微孔隙,在放大倍数大于1000X时,无法观察到大孔隙,而在放大倍数介于400~1000X时,基本可以观察到不同类型的孔隙;基于多元统计学中的聚类分析,得到放大倍数的分类结果与IPP 6.0软件对SEM图像的处理统计结果相一致;不同干密度试样多级化孔隙特征的差异主要是由土体密实度变化使得不同孔隙类型转化而引起的;随着放大倍数的增大,视域变小,大孔隙越难统计;反之,放大倍数越小,视域越大,微孔隙越容易被忽略;在综合考虑微孔隙和大孔隙的分布及其含量下,最佳观察倍数应介于500~800X之间。该研究不仅有助于揭示重塑黄土基于SEM多级化孔隙特征,同时对地质工程领域土体微结构定量表征具有借鉴价值。

再生块体/骨料混凝土中不同界面的碳化性能及孔隙特征

科学把握再生块体/骨料混凝土的耐久性能,是促进该类混凝土工程应用的基础前提。为揭示再生块体/骨料混凝土中石子-砂浆界面、新砂浆-旧砂浆界面的碳化性能,开展了这2类界面以及砂浆基体的快速碳化对比试验,并对新砂浆-旧砂浆界面及其附近的孔隙率进行了背散射电子图像分析。研究发现:无论是石片-砂浆试件还是砂浆-砂浆试件,界面处的碳化深度都大于砂浆基体,且越靠近界面的部位碳化程度也相对越大,呈现出较明显的二维碳化叠加现象;石片-砂浆试件的界面碳化深度为26~46 mm,而砂浆-砂浆试件的界面碳化深度仅为7~15 mm,即与新砂浆-旧砂浆界面相比,石子-砂浆界面的碳化深度明显更大,是抗碳化能力更弱的一类界面;新砂浆的水灰比对新砂浆-旧砂浆界面的碳化性能影响较大,相关的碳化深度降幅介于15%~52%之间,而旧砂浆水灰比对该类界面的碳化性能影响不明显;新砂浆水灰比一定时,新砂浆-旧砂浆界面的孔隙率随着旧砂浆水灰比的改变几乎没有变化,而旧砂浆水灰比一定时,该类界面的孔隙率随着新砂浆水灰比的减小明显降低。实际工程中,通过控制新砂浆的水灰比,可有效改善新砂浆-旧砂浆界面的抗碳化性能。

生物质硅改性氯氧镁水泥的力学性能与孔隙特征

一定条件下煅烧及研磨处理制备的青稞秸秆灰(HBSA),是一种生物质硅源活性掺合料,对氯氧镁水泥(MOC)的力学性能会产生影响。为了研究HBSA掺入MOC中对其力学性能的影响规律,将不同HBSA掺量的MOC砂浆试件分别在干燥及饱水状态下进行抗折、抗压强度试验,采用强度损失率和软化系数来表征MOC在饱水状态下的力学性能损伤程度,并通过低场核磁共振技术和气体吸附法对MOC砂浆试样的孔隙结构进行测试与表征。研究结果表明,掺入5%HBSA的MOC在干燥及饱水状态下的抗折、抗压强度最大,掺入10%HBSA的MOC在饱水状态下的强度损失率最低、软化系数最高。当HBSA掺量为10%时,MOC的孔隙结构中有害孔和多害孔的比例显著减少、最可几孔径减小,优化了MOC的孔隙结构,增强了饱水状态下的力学性能。

延安地区长7段陆相泥页岩孔隙特征及影响因素

为进一步明确延安地区长7段陆相泥页岩孔隙结构差异,采用场发射扫描电镜、氮气吸附等测试方法,基于有机地球化学特征、矿物成分组成对泥页岩孔隙类型及其孔隙结构分布特征进行分析。同时,通过有机质丰度、有机质成熟度、黏土矿物含量等指标探讨影响泥页岩孔隙发育的主要因素。

东营凹陷博兴洼陷沙河街组页岩孔隙特征研究

页岩的孔隙特征对页岩油的开采具有重要意义。为探讨博兴洼陷沙河街组页岩油储层的孔隙特征,本文基于高压压汞分析了页岩的孔隙结构及分形特征。研究结果表明:博兴洼陷沙河街组页岩孔隙可分为三类,Ⅰ类为较有利储层、Ⅱ类为不利储层,Ⅲ类为有利储层。基于三种不同模型表征不同尺度下孔径的分形特征,Menger海绵模型适用于表征中小孔、毛管力模型适用于表征中大孔,Sierpinski模型适用于表征各尺度下孔径的分形特征。

阿联酋西部Diyab组灰质页岩气储层矿物组成及孔隙特征

采用X射线衍射、薄片-扫描电镜观察以及特殊岩芯实验分析等技术手段,对阿联酋西部页岩气层系Diyab组的91个钻井取芯样品进行了定性以及定量研究。结果表明:研究区Diyab组矿物组成以方解石为主,含量介于30%~98.3%之间,平均含量86.5%,其次为黏土矿物(6.6%),另含有白云石(2.2%)、铁白云石(1.1%)、石英(2.2%)、黄铁矿(1.3%)等次要矿物;地层中整体碳酸岩盐矿物含量高,脆性强(平均93.2%);该套地层发育有机质孔、粒间孔、粒内孔、溶蚀孔及裂缝等多种储集结构类型,其中有机孔、矿物颗粒之间的粒间孔构成了孔隙结构的主体;储层物性测试及压汞实验揭示地层有效孔隙度在0.3%~8.4%之间,平均2%,渗透率为1.4×10^(-4)~1.7×10^(-4)mD,孔喉中值半径0.012~0.015μm,属于纳米孔级别,地层中值排替压力为21580~22338 psi,岩石整体致密坚硬。本次研究为后续深化该套地层的潜力评价和开展同类地层研究奠定了基础。

滇东北龙马溪组页岩储层微观孔隙特征研究

基于扫描电镜、氮气吸附实验、高压压汞实验等方法,研究滇东北龙马溪组页岩储层孔隙类型、微孔形态、连通性、孔径分布及比表面积等微观孔隙特征。结果表明:主要发育有机质生烃孔、粒内孔、粒间孔及微裂缝等5种孔隙类型,其中有机质生烃孔和矿物粒间孔最发育;孔隙结构以两端开放圆柱形孔和平板孔等开放透气孔为主,含少量不透气孔影响页岩气渗流;孔径主要集中在过渡孔和微孔,贡献了大部分孔比表面积,为页岩储层的主要孔隙类型。