分形界面吸附行为初探

煤层气吸附解吸机理研究是揭示煤层气成藏机理及高效开发煤层气的基础。已有研究表明,煤储层孔隙结构非常复杂且具有分形特征,煤层气在孔-固界面的吸附行为明显受到煤孔隙结构特征的影响。对比分析几种常用气-固界面上的吸附模型,总结这些模型的特点和适用条件,指出当前吸附模型在分形界面吸附行为的描述和应用上均未摆脱吸附选择性的平稳假设,尚未考虑吸附厚度的尺度不变特征。而分形拓扑理论可以有效标定分形对象的尺度不变属性,为分形界面的等效表征提供了理论支撑。因此,结合上述模型对气-固界面吸附行为的描述,借助分形拓扑理论提出煤储层孔-固界面上分形吸附行为的相关假设及其控制机理,构建基于吸附拓扑的单层吸附模型。在此基础上,通过设置不同的吸附拓扑参数组合获取其等温吸附曲线,分析得出,随着吸附压力的升高,吸附覆盖率表现出指数、线性和对数3种不同的增长趋势,而吸附热表现为对数减小趋势。结果显示,不同的吸附拓扑参数组合会得到不同类型的等温吸附曲线,在一定程度上弥补了Langmuir方程只能描述单一类型等温吸附线的不足。为了验证吸附模型的适用性,结合沁水盆地武乡区块富有机质泥页岩的液氮吸附实验数据,对比了实际等温吸附曲线与模拟吸附曲线的差异。结果表明,通过调整各吸附拓扑参数之间的组合关系,可以使等温吸附模拟曲线与实际吸附曲线的趋势始终保持一致。最后,探讨了吸附解吸机理的研究方向,类比电子层提出了吸附层的概念,指出发展分形动力学描述模型是解释煤层气吸附解吸规律的关键。

基于地质异常的内蒙古新达来草原覆盖区钼铜多金属矿产定量预测

内蒙古新达来草原覆盖区位于古亚洲成矿域的二连—东乌旗钼铜多金属成矿带西段,分布有乌兰德勒、准苏吉花等与中酸性侵入体有关的内生金属矿床,成矿地质条件优越。然而,因受牧草和第四系大面积覆盖的影响,该区各种成矿/示矿信息具有间接、叠加、隐蔽、微弱、不完整等特点,给找矿勘查带来更大的不确定性和风险。因此,必须加强矿产定量预测研究,为覆盖区找矿工作指明方向。本文以赵鹏大院士等提出的地质异常理论为指导,分析新达来草原覆盖区及邻区成矿多样性,总结矿化垂向分布规律,进而通过S-A多重分形滤波模型降低覆盖层对土壤地球化学测量数据和地面高精度地磁数据的干扰,识别和提取深部源引起的弱异常,并将提取的断层、侏罗纪中酸性岩体、岩脉、岩体与围岩接触带、PC1和PC2元素组合异常、高精度磁异常,以及成矿单元与非成矿单元的地理位置X-Y坐标作为随机森林模型的输入预测变量。本文采用SMOTE采样技术克服覆盖区矿床(点)数量少所造成的训练样本不足的缺陷,通过500次随机森林模拟来定量表征与成矿关系密切的综合地质异常,模拟结果的平均袋外误差为2.26%,AUC值达到0.972,且成矿有利度≥0.783的地质异常中分布有88.46%的已知矿床和矿点,说明该方法的有效性。为了进一步降低勘查风险,本文进行了风险与回报分析,发现除1个矿化点外,其余25个矿床和矿点均分布在回报值的正值区域,另有3个矿点和矿化点位于风险值的中高等级区域。在此基础上,利用处于低风险-高回报区的地质异常成矿有利度重新作图,最终圈定出找矿有利地段。

基于压汞法的煤基质压缩对孔隙分形特征的影响

基于分形拓扑理论提出了一种新的煤孔隙分形维数测定方法,并对比分析了当前各种孔隙分形维数计算方法的异同点,进而基于压汞试验和液氮吸附试验,研究了7个煤样基质压缩效应对孔隙结构分形特征的影响。试验结果表明,由分形拓扑的尺度不变定义推导的孔隙分形维数计算方法具有真实可靠性;煤基质压缩效应在压力大于10 MPa时影响显著,不可忽略,大于120 MPa时,不再适用;煤基质压缩校正前各方法对应的分形曲线多表现为分段特征,而校正后分形曲线则表现为整体的线性特征,且校正后的分形维数小于校正前的分形维数,表明煤的基质压缩效应会增加孔隙结构的复杂程度,从而影响真实孔隙结构的分形特征。