基于DEW模型的地球深部流体组成与水岩相互作用计算方法综述

水岩相互作用会导致流体中元素的价态、赋存形式等发生改变,进而对元素的富集成矿、循环通量等产生影响。由于地球深部样品与实验数据有限,建立和使用地球深部流体模型可以有效地增加人们对深部流体及水岩相互作用的认知。Deep Earth Water(DEW)模型是一种描述地球深部流体热力学性质的数据库,其可以与矿物热力学数据库联用,实现对地球深部水岩相互作用过程的模拟研究。本文阐释了使用DEW模型描述深部流体的必要性,叙述了应用DEW模型进行深部流体物种和水岩相互作用计算的基本原理,介绍了一种基于DEW模型计算流体物种的软件——FluidsLab,列举了地球深部流体以及水岩相互作用的应用案例与研究现状,最后对DEW模型后续的应用与发展方向进行展望。

岩土工程中的水岩相互作用实验及数值模拟分析

水岩相互作用会对岩土工程的施工质量和稳定性产生直接的影响。基于岩土工程施工建设发展的背景趋势,本文以岩土工程为主要研究对象,着重从水岩相互作用的角度,结合实际的岩土工程案例,在明确水岩相互作用对岩土工程影响的前提下,通过水岩相互作用实验及数值模拟分析,判断岩土工程所在环境中的水岩相互作用情况,对岩土工程的影响程度,希望能够为岩土工程的建设发展提供借鉴的思路和经验。

水岩相互作用对砂岩单轴强度的影响研究

针对重庆地区的微风化砂岩,完成了1、3、6、10、15次的干湿循环,对循环后的试件(饱水状态)进行了单轴抗压和劈裂试验。试验结果表明,干湿循环对砂岩造成了不可逆的渐进性损伤,在15次循环后,单轴抗压强度损失达20.73%,抗拉强度达51.96%,弹性模量达33.79%,三者与循环次数之间有良好的对数关系。在干湿循环过程中,砂岩的强度损伤会出现拐点,这取决于水对砂岩的侵蚀程度。

川西坳陷中段上三叠统须家河组水岩相互作用机制

水岩相互作用是成岩矿物演化和地层水离子变化之间的桥梁,两者通过水岩反应达到水岩体系的平衡,呈现出此消彼长的关系,并留下了水岩相互作用的证据。本文通过川西坳陷中段须家河组储层成岩矿物的微观特征以及地层水离子地球化学特征等的综合分析,对其水岩相互作用机制及概念模式进行了探讨,认为研究区须家河组二段(简称须二段)和须家河组四段(简称须四段)不同的水岩体系、围岩基质及地层水背景是造成两者水岩作用机制存在差异的根本原因。由于较大的K+/H+活度比,须二段长石得到有效保存;须四段长石缺失的最重要原因是其本身的物源较为贫长石,同时,低K+/H+活度比导致长石溶蚀进一步降低了其中的长石含量。长石的溶解、自生矿物的沉淀和黏土矿物的转化主要受长石溶蚀—离子(K+)迁移性—伊利石化三元体系中最慢反应进程控制。碳酸盐胶结物的碳氧同位素分析表明须四段的水岩体系更为开放,酸性流体数量大于须二段,须二段缺少有机CO2记录,推测与酸性流体数量较少、烃源岩为海相灰质泥页岩及构造抬升剥蚀有关,CO2运移分馏的影响较小。在此基础上,分别建立了铝硅酸盐和碳酸盐水岩作用概念模式,认为泥页岩并不是水岩体系中的封闭性因素,相反是水岩体系的第一开放对象,泥页岩(煤层)同时是物质提供者和接受者,是整个水岩体系不可或缺的部分。

岩溶发育区深埋隧道水岩相互作用机理

结合渝怀铁路圆梁山隧道涌水实例,运用地球化学和断裂力学有关理论分析岩溶区深埋隧道的水岩相互作用机理,探讨水岩相互作用对岩溶地区隧道施工发生涌水、突泥的影响。研究表明:岩体的水力劈裂作用导致的裂纹扩展属于Ⅰ Ⅱ复合型裂纹问题;隧道开挖改变岩溶地下水循环系统的平衡,特别是深埋隧道在高水压作用下,施工爆破等作业使围岩裂隙的连通性增大,张开度增加,围岩体内裂隙发生扩展是最终形成大岩溶管道的关键;在高水头压力作用地段,水力劈裂作用造成导水裂隙进一步扩展,导致本来并不连通的岩溶管道产生水力联系,形成大型岩溶漏斗系统;如果隔水层在爆破过程中被破坏,大量岩溶水和填充物进入隧道可能会造成突发性大规模涌水突泥事故。超前地质预报或加强灌浆是确保隧道施工顺利通过隐伏大型岩溶区的有力工程措施。

水岩相互作用对岩石劣化的影响研究

水岩相互作用作为岩土工程相关学科研究的前沿领域,具有典型的多学科交叉特点,是工程岩土体稳定研究的重要内容之一。水岩相互作用过程中,岩石改变了水的赋存状态,同时自身也受到水的反复侵蚀。本文分别从物理、化学和力学作用三方面入手,对水岩相互作用下的岩石劣化问题进行了综述,对国内外的研究现状进行了回顾与分析,进而总结了岩石劣化的相关机理及物理力学性质变化的部分规律。随着计算理论、试验手段和分析方法的进一步发展,水岩相互作用的研究前景更加值得人们期待。

南水北调水源北京西郊回灌的水岩相互作用模拟

南水北调水进京后余裕水可能回灌至地下储存,以涵养严重亏损的地下水资源。为研究地下回灌后的水岩相互作用,为南水北调水的合理利用提供技术参考,本次试验利用丹江口水库水和北京西郊地下水、西郊砂样开展了两地原水七种配比下的模拟含水层试验。结果表明:当含水层中丹江口水库水占比较高时,可能发生程度较高的阳离子交换吸附和钾长石的溶解;各含水层发生硝化反应,且丹江水占比越高,硝化反应越显著;各含水层发生显著的碳酸平衡作用,白云石和方解石在饱和状态下持续溶解并趋于稳定,表明南水北调水回灌将引起地下水硬度的升高。

基于水岩相互作用的岩石力学性能研究

依托云南省富宁港一期工程,现场采集岩石试样,经过不同次数的干湿循环后作常规三轴压缩试验;对实测岩石力学性能参数进行回归分析,得到泥岩及砂岩在水岩相互作用下力学性能的变化规律;基于岩石弹性模量,应用连续介质损伤力学方法对比分析了泥岩及砂岩的损伤劣化特点;应用Hoek-Brown强度准则对岩石力学参数进行转换得到岩体综合强度参数;通过有限单元法得到不同次数的水岩相互作用下架空斜坡码头性能的变化特点。

盖层水岩相互作用研究及其油气地质意义——以黔中隆起及周缘为例

盖层封闭条件是南方海相碳酸盐岩沉积区寻找油气的关键,本文通过黔中隆起及周缘地区泥岩和灰岩盖层的水岩相互作用实验研究,模拟了泥岩、灰岩盖层在地表雨水、盐水和在不同温度下岩石的主要离子的溶解特征和质量损失特征。通过实验认为水岩相互作用对盖层的保存与破坏至关重要。不同水介质和不同流动状态下,盖层岩石在水介质中的溶解度和离子含量变化特征和幅度不同,泥岩与灰岩特征不同。表现在:天然雨水下,泥岩盖层阴、阳离子浓度均降低,并随时间趋于稳定,灰岩与泥岩略有差别;盐水环境下,盖层阴、阳离子溶解均受到抑制,浓度变化复杂,并随时间趋于稳定,灰岩与泥岩略有差别,温度升高溶解特征复杂化。下古生界在加里东运动暴露期间,黔中隆起及周缘盖层化学损失量巨大。

汶川地震断裂带水岩相互作用及其对断裂带演化影响

汶川地震断层岩的矿物学和地球化学特征揭示出地震断层经历了漫长时间演化和复杂的水岩相互作用.间震期水岩相互作用导致断层岩中的破碎矿物蚀变,尤其是长石等矿物含量渐渐减少甚至消失,而黏土矿物(蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、绿泥石等)含量逐渐增高,以及如黄铁矿、石膏、重晶石、坡缕石等热液系统中常见的矿物大量出现;Mg、P、Ti、Mn、Fe等元素倾向富集在断层带中,而Si、K和Na等出现明显的亏损;元素的大量迁移导致断层带的体积巨量亏损.实验结果表明,黏土矿物的亲水性引起水渗透率比干燥气体渗透率明显偏低,并且二者偏差无法通过Klinkenberg校正消除.蒙脱石吸水膨胀和黏土矿物颗粒表面吸附孔隙流体造成孔隙度降低是导致水渗透率偏低的重要原因.断层岩碎屑结构使得其中的孔隙可能在600MPa围压下得以保存,从而有助于流体沿断层带下渗,并在断层带深部形成高流体孔隙压.地震断层的主要矿物学及粒度分布特征并非在地震破裂过程中形成,因此利用断层岩粒度分布资料估算地震破裂能并不合适.

水岩相互作用的研究进展

水-岩相互作用是近地表环境演化的主要驱动力之一。地下水从补给区到排泄区,水化学特征往往呈现明显的分带规律,这是地下水动力场驱动下水-岩相互作用和环境共同作用的结果。本文从水-岩相互作用对地下水化学性质的影响、对岩石力学性质的影响、水-岩相互作用过程模拟3个方面阐述了目前水岩相互作用的研究进展,并对研究过程中存在的问题进行了总结与展望,为今后的水-岩相互作用相关研究提供理论指导。

T3x须家河组砂岩饱水作用下水岩相互作用规律研究

为分析研究三峡库区水位升降作用对库岸边坡稳定性的影响作用,通过研究三峡库区内分布广泛的须家河组(T3x)砂岩在天然状态、饱水1,2,5,10,20,30 d等不同饱水时间下的物理力学性质变化规律性,测定其不同饱水时间的含水率、吸水率及抗剪强度,预测分析砂岩抗剪强度、砂岩含水率、砂岩吸水率随不同饱水时间的变化规律以及砂岩抗剪强度随含水率的变化规律等。试验结果表明,砂岩C,Φ值与饱水时间分别呈对数和指数关系,砂岩含水率ω、吸水率ωa与饱水时间呈对数关系。应用这一规律,对于在评价库水位升降作用对岸坡稳定性的影响作用时进行岸坡岩土体的物理力学参数取值有十分重要的理论和实际意义。

火成岩油气储层的水岩相互作用:研究进展与发展方向

火成岩油气储层具有与其他类型油气储层不同的岩石学特征和流体特征。火成岩冷却后所形成的原生孔隙受压实作用的影响较小,而次生孔隙的形成演化对于火成岩储集空间的发育有重要意义。其中,水岩相互作用更是火成岩储层次生孔隙形成演化的重要自然营力之一,因此,这一领域的相关研究对火成岩油气藏的预测有重要意义。作者在调研文献的基础上发现,已有的火成岩储层研究多集中在对一些现象的描述和地质背景的相关性研究,而比较欠缺对油气储层水岩相互作用的系统研究。目前,火成岩油气储层领域需要引进新概念和新技术,重视火成岩储层水岩相互作用的综合分析与系统研究,尤其需要加深对火成岩油气储层次生孔隙形成和演化的理解,以促进油气资源的勘探与开发。

全体系地球化学模拟与水岩相互作用研究

全体系地球化学模拟是研究水岩相互作用的定量化方法，是野外观测、实验室分析测试和物理模拟方法的有效补充和理论上的提高与升华。该方法正日益广泛地应用于地热系统、热液矿床、油气盆地以及一些常温体系中水岩相互作用问题的研究。全体系常包含岩石、水溶液和气体三相。全体系地球化学模拟在对各相进行分别描述的基础上，依据质量平衡、质量作用与能量平衡的原理，建立共平衡关系，从而模拟不同条件下的水岩作用（改变成分、改变温度及改变压力等不同的过程）。文中列举了地热系统、热液成矿系统、沉积盆地等模拟研究实例。

水岩相互作用分析方法研究进展

水岩相互作用对地下水和含水层的影响成为人们关注的焦点。水岩相互作用的研究方法有室内土柱实验和水文地球化学模拟。为了更加准确的描述水岩相互作用过程,通过室内土柱实验、现场水化学数据和水文地球化学的模拟三者结合,综合分析水岩作用产生的影响。文章总结现有研究进展,为水岩相互作用的深入研究提供理论支撑。

边坡失稳的水岩相互作用机理分析

边坡的变形发展及破坏,影响因素很多,内在因素有岩土体的性质、结构等,变化是缓慢的。外在因素有风化作用、水文地质、水的作用、地震及人为因素等,变化是很快的。坡体的变形破坏,实际上是内在和外在的各种因素综合作用的结果,其中水的作用往往是关键的诱发因素。

国内外水岩相互作用的研究概况

水文地质主要研究水与岩土介质作用对地下水溶质运移的影响,其采用的研究方法主要是水力学和同位素化学方法等,对于这方面的研究,资料很多。工程地质和岩土力学主要集中在水与岩土介质作用对岩土的力学状态、变形特性的影响。由于水岩相互作用关系涉及到工程的成败问题,因此必须对之进行详细而认真的研究。

喇嘛溪沟昔格达地层水岩相互作用的研究

研究表明喇嘛溪沟经历过较强烈的水岩作用,现阶段这一作用较弱,在不大规模地打破原有自然环境平衡的前提下,不会对建设中的雅安—石棉—泸沽高速公路造成很大影响。

GIS与CA模型在库岸水岩相互作用研究中的初探

由于库岸水岩相互作用是一个复杂的地理过程,具有时空动态性,传统方法对库岸的环境效应预测具有一定的难度。利用GIS空间分析与CA模型模拟复杂演化过程的优势,将两者集成来模拟和预测库岸水岩的相互作用,建立相应的模型来揭示其本质规律,圈定影响区域,为其导致的环境效应做出相应的预测。结果表明,GIS与水岩相互作用CA模型结合具有明显的优越性。

马兰黄土与Cr(Ⅲ)水岩相互作用模型的建立与验证

使用SEM、EDS、IR、XRD等仪器,分析了马兰黄土的物化组成、表面结构及表面位浓度和阳离子交换容量等特征,并利用这些数据建立了马兰黄土-Cr(Ⅲ)的水岩相互作用模型及变初始浓度、去碳酸岩盐以及形态提取实验。通过对比模拟结果与实验结果,验证模型的可靠性,并初步获取了马兰黄土与水溶液中Cr(Ⅲ)作用过程中所发生的相关反应及其强度。结果显示,在实验浓度(1～100mg/L)范围内,该模型能够很好地描述马兰黄土与水中Cr(Ⅲ)的反应过程,其模型精度达90%。本成果将进一步丰富马兰黄土与Cr(Ⅲ)水岩相互作用的机理研究。