锁阳城土遗址孔隙结构及其分形特征研究

在风化因子的持续作用下,土遗址微观结构持续劣化并最终导致宏观病害的发育。微观结构的特征反映了土遗址材料内在的劣化程度,为研究土遗址风化程度与微观孔隙结构变化的关系,采取锁阳城土遗址不同方位城墙土样,采用低温液氮吸附试验测定了土样的比表面积和孔容孔径分布,并基于FHH分形模型计算样品的分形维数;结果表明,锁阳城土遗址不同样品比表面积偏差率高,比表面积数值和分布具有明显差异;孔隙容积变异系数高,离散程度大,存在差异性劣化行为;土样的孔隙形态呈狭缝状、楔形、“墨水瓶”孔、管状孔等多种复杂形态,小于2.765 nm的孔隙大都为封闭透气孔。结合分形维数可知,锁阳城土样具有明显的分形特征,孔隙空间结构不规则,非均质性强,表面粗糙程度大,且分形维数和锁阳城土遗址劣化程度具有一定相关性。本研究关于土样孔隙的定量表征对于土遗址风化劣化研究有着重要意义。

基于分形理论的城市空间结构及其影响因素研究——以贵阳市为例

以贵阳市为研究区,以2010、2020年各土地利用类型数据为基础,采用分形理论探究贵阳市土地利用的变化速度和幅度,并分析贵阳市土地空间结构变化的驱动因素。结果表明:(1)贵阳市主要以耕地和林地为主,研究期间耕地、林地、草地等农业用地面积下降,建设用地和水体面积增加显著。(2)研究期间贵阳市各地类分形维数相差较大,整体边界维数呈上升趋势,形态维数下降,说明城市空间结构不规则性增加,城市土地利用复杂化,紧凑性降低。(3)贵阳市土地利用类型的变化是自然、人为因素共同导致的,尤其是经济与政策的影响。

冻融红砂岩孔隙结构演化规律及多重分形特性

为探究寒区砂岩在冻融循环作用下的孔隙结构损伤特性,对经历不同冻融循环次数的红砂岩试样进行了核磁共振试验,并结合多重分形理论,探讨了冻融循环作用对红砂岩不同尺度下孔隙结构的演化规律。结果表明:冻融作用促进了红砂岩孔隙结构发育,未经冻融作用的红砂岩T 2谱曲线呈3峰分布,经历冻融作用的红砂岩T 2谱分布曲线出现了4个峰,反映了冻融过程中红砂岩的孔隙结构演化复杂;单重分形不能表征红砂岩微小孔隙结构特征,但红砂岩微小孔和中大孔均具有良好的多重分形特征;分形参量与孔隙度高度线性相关。微小孔中总体非均质性参数D(0)-D(1)和低概率参数D(-10)-D(0)与孔隙度负相关,赫斯特指数H与孔隙度正相关;中大孔单重分形维数D 2与孔隙度负相关,D(0)-D(1)、D(-10)-D(0)、H均与孔隙度正相关;利用多重分形分析了冻融红砂岩孔隙结构演化规律,为深入研究冻融红砂岩损伤破坏机理提供了理论依据。

松辽盆地古龙页岩孔隙结构及分形特征

松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩为陆相纯页岩型储层,具有有机质丰度高、成熟度高、黏土矿物含量高等特征。为揭示研究区页岩的孔隙结构特征及非均质性,运用扫描电镜、XRD(全岩矿物分析)、氮气吸附等技术方法,分析了研究区页岩微纳米孔隙及裂缝储集空间类型和孔隙结构,对页理缝进行了分类,并通过FHH模型对研究区页岩储层的分形特征进行研究。结果表明:古龙页岩矿物组成以黏土矿物、石英、长石为主。页理缝主要分为长条状贯穿缝、短簇状尖灭缝、分叉状穿层缝和有机质充填缝,以短簇状尖灭缝为主。古龙页岩具有典型的分形特征,大孔隙的分形维数为2.528~2.555,中小孔的分形维数为2.791~2.829。古龙页岩中2~50 nm的介孔是主要储集空间,平均孔隙体积占比79.85%,有机碳含量与比表面积、孔隙体积、分形维数具有正相关性,平均孔径与分形维数具有负相关性,有机碳与黏土矿物含量是影响分形结构特征的主要控制因素。页岩孔隙结构及分形特征的研究对于页岩含油气性和开发储量的评价有重要意义。

川东北地区二叠系大隆组深层页岩气储层孔隙结构及其分形特征

页岩储层特性是影响页岩气富集和开采的关键因素之一。四川盆地北部发育的上二叠统大隆组是重要的海相优质烃源岩,而针对川东北地区大隆组页岩储层的研究还有待深入。以川东北地区大隆组深层页岩为研究对象,利用高分辨率场发射扫描电镜、二氧化碳吸附、氮吸附及高压压汞等技术,开展大隆组深层页岩储层不同孔径孔隙结构的定性—定量研究,并运用基于二氧化碳吸附的V-S模型、氮吸附的FHH模型和高压压汞的分形几何模型对不同孔径的孔隙进行分形拟合,表征页岩孔隙结构的复杂程度和非均质性特征。结果表明,川东北地区大隆组深层页岩储层发育丰富的纳米级有机孔和少量的无机孔,有机孔发育特征随有机质显微组分不同和分布形式差异而显示强的非均质性。大隆组深层页岩孔隙结构与龙马溪组深层页岩相似,以介孔和微孔为主,占总孔体积的90%以上;页岩孔隙结构主要受有机质丰度的影响。分形特征研究结果显示,深层页岩宏孔非均质性强于介孔和微孔。其原因可能为深层页岩微孔孔径较小,分布集中,成因单一,受成岩作用影响较小,孔隙结构较为简单,具有较小分形维数;而宏孔孔径较大,分布范围较广,成因多样,易受成岩作用影响,表现出强非均质性。深层页岩微孔—介孔因其丰富的储集空间和较强的自相似性,有利于页岩气的赋存、渗流和开采。

致密砂岩储层孔隙结构分形与分级评价——以莺歌海盆地乐东区黄流组为例

[目的]明确致密砂岩储层孔喉微观形态,划分储层孔隙结构级次,多角度半定量评价储层的储集特征和渗流能力,有助于明确具有高效产能潜力的储层类型。[方法]以莺歌海盆乐东区黄流组致密砂岩为例,利用铸体薄片、扫描电镜、高压压汞等实验手段,开展储层孔隙结构分形维数计算与分级评价的研究。[结果]致密砂岩储层质量的影响因素之一是大孔喉孔隙结构;分形维数越接近3,孔隙结构越复杂,连通的大孔喉越少。依据孔喉分级特征、成岩相、孔隙结构复杂程度,建立了孔隙结构分级评价的四类模型:类型Ⅰ为小孔喉优势型储层,强胶结成岩相,大孔喉孔隙度占比小于45%,D_(max)值为2.75~2.90,致密储层;类型Ⅱ为大—小孔喉连续型储层,弱胶结—弱溶蚀成岩相,大孔喉孔隙度占比45%~70%,D_(max)值为2.70~2.85,低渗储层;类型Ⅲ为大孔喉优势型储层,强溶蚀成岩相,大孔喉孔隙度占比大于70%,D_(max)值为2.55~2.65,优质储层;类型Ⅳ为大孔喉单峰型储层,强压实成岩相,大孔喉孔隙度占比50%~60%,D_(max)值为2.65~2.75,低渗储层。通过Fisher判别方法,建立储层类型测井预测模型,对比储层类型与气测响应和储层含气饱和度,发现Ⅲ类储层的产气效能高,具有勘探价值。[结论]研究成果为致密砂岩储层评价与分类提供了新思路,明确了储层孔隙结构对气水分布存在控制作用。

深层富有机质页岩孔隙结构分形特征及其地质意义——以四川盆地威远地区下志留统龙马溪组为例

与中、浅层页岩不同,四川盆地南部地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组深层富有机质页岩经历了复杂的成岩作用,发育不同的孔隙结构,影响页岩气的赋存状态。为了探讨深层富有机质页岩的孔隙结构、分形特征及其对页岩气富集的影响,以该盆地南部威远地区龙马溪组页岩为研究对象,综合运用有机碳分析、X射线衍射、高分辨率扫描电镜和低温氮气吸附等测试手段,定量表征研究区深层富有机质页岩储层的基础参数及其孔隙结构特征;并运用FHH分形理论,结合低温氮气吸附实验,计算页岩孔隙分形维数,讨论孔隙结构的影响因素及其地质意义。研究结果表明:(1)研究区龙马溪组深层页岩有机质含量(TOC)高,平均值为2.04%,石英等脆性矿物含量占38.00%~73.00%;(2)龙马溪组深层页岩储层普遍发育墨水瓶状有机孔、狭缝型或平板状无机孔等,BET比表面积介于1.252~28.676 m^(2)/g,BJH孔体积介于0.013 192~0.063 874 cm^(3)/g;(3)深层页岩孔隙分形具有明显的分段性,分形维数D_(2)>D_(1),孔隙结构受页岩组成控制,分形维数受控于比表面积和孔径,且与TOC密切相关;(4) LM1—LM3笔石带沉积的富有机质硅质页岩TOC高、分形维数D_(1)和D_(2)值大,介孔BET比表面积和BJH孔体积最大,既有较多的气体吸附位点赋存吸附气,又有良好的孔隙空间贮存游离气,是深层页岩气富集的“甜点段”。结论认为,综合页岩品质参数和分形维数特征可有效评价页岩气富集的“甜点段”,并对实现深层页岩气的增储上产具有现实的指导意义。

致密砂岩储层微观孔喉结构及其分形特征

孔喉微观结构定量评价一直是致密砂岩储层研究的热点和难点。以分形维数为突破口,在鄂尔多斯盆地子长地区不同井中采集了上三叠统延长组长6段12个岩心样品,通过扫描电镜、铸体薄片、高压压汞等实验方法以及分形理论对致密砂岩样品的孔喉结构及其分形特征进行了研究。结果表明,研究区致密砂岩储层的孔隙类型主要由剩余粒间孔、溶孔和晶间孔组成。总分形维数与孔隙度和渗透率存在良好的负相关性,表明研究区致密砂岩储层孔喉结构的复杂程度和非均质性对物性具有一定的影响。中孔的分形维数与孔喉结构参数的相关性更好,表明中孔的非均质性和表面粗糙度主要影响储集空间和渗流性质。致密砂岩储层的品质与分形维数呈明显的负相关关系,越有利于油气富集的储层,其分形维数越小。

准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构分形特征及其地质意义

为明确准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构以及分形特征,以东道海子凹陷下乌尔禾组页岩为研究对象,在深入剖析页岩矿物及地球化学特征的基础上,采用场发射扫描电镜、低温N2吸附等研究方法,定量表征下乌尔禾组页岩孔隙结构特征,并基于FHH模型计算页岩孔隙的分形维数,揭示总有机碳含量(TOC)、矿物组分、孔隙结构参数和分形维数的关系及其地质意义。研究结果表明,研究区下乌尔禾组页岩主要发育无机孔和微裂缝,孔径分布呈多峰型,以平行板状或窄缝状孔隙为主;页岩孔隙发育受TOC和石英、长石、黏土矿物含量的控制,导致孔隙结构之间差异性较大,非均质性强。研究区下乌尔禾组页岩孔隙具有双重分形特征,其中表面分形维数(D_(1))为2.4522~2.5948,平均为2.5409;结构分形维数(D_(2))为2.6045~2.7748,平均为2.7056。TOC与分形维数呈负相关,孔隙结构参数(比表面积和孔体积)和矿物组分(石英、长石以及黏土矿物)含量与分形维数呈正相关。脆性矿物(石英、长石)和黏土矿物含量的增加有助于微纳米尺度孔隙以及微裂缝的发育,比表面积和孔体积增大,分形维数也增加,孔隙非均质性越强,孔隙结构越复杂。

基于核磁共振技术和分形理论的煤岩体孔隙结构特性分析

为了有效评估和表征煤岩体孔隙结构,基于核磁共振实验和分形理论,研究不同矿区不同变质程度煤样的孔隙结构特征和分形维数特征。研究结果表明:随着煤样变质程度的加深,渗透率逐渐减小,微孔和小孔占比逐渐增大;煤岩体的孔隙结构具有双重分形特征,较小孔隙结构的分形维数介于1.219 28~1.623 59之间,较大孔隙结构的分形维数介于2.876 73~2.907 10之间。研究结果可以定量表征煤岩体孔隙结构特征,对于煤碳的开发和利用具有重要意义。

构造复杂矿区断层带砂岩微观结构与分形特征研究

本研究通过对地质构造复杂的澄合矿区百良旭升煤矿近断层砂岩的微观结构和分形特征进行分析,旨在深入了解砂岩的分布结构特征、基本物性以及孔隙结构的特点。通过物理性质测试仪器对构造区砂岩的密度、孔隙度、渗透率等基本物性进行了测定,采用核磁共振(NMR)技术对砂岩的孔径分布进行了分析,并利用扫描电子显微镜(SEM)技术分析得出了构造区砂岩的面孔率和分形维数的定量结果。结果显示,构造区砂岩的孔隙半径尺寸主要集中在小于0.1μm的范围内,大多数属于微孔类型;砂岩越靠近断层,呈现出面孔率越大的趋势;同时构造区砂岩的分形维数结果呈现很好的线性关系,具有一定的分形特征,且分形维数较大,孔隙分布不均匀,结构形态较复杂。

基于分形理论的兰西城市群等级规模结构研究

城市群是新型城镇化的重要载体和区域高质量发展的重要增长极。探究城市群等级规模结构,对于优化城市群空间布局,推动区域高质量发展十分重要。研究从分形理论在兰西城市群研究中的应用入手,利用豪斯道夫维数和齐夫定律,对兰西城市群的等级规模结构进行了详尽的分维测算。研究结果显示,兰西城市群系统呈现明显的分形特征,证实了分形理论在分析城市群等级规模结构方面的适用性。基于分维测算和位序—规模特征分析结果表明:1)区域内城市人口分布差异显著,城市规模分布较为分散,其中兰州市和西宁市等首位级城市表现出垄断地位。2)具备发展潜力且人口规模位于第二序列的城镇数量相对较少。3)第四位序城市的规模高度集中,呈现出较为均衡的人口分布情况。4)兰西城市群所处的发展阶段尚未成熟,其等级规模结构需要进一步优化。

珠江口盆地文昌A凹陷西部地区断裂体系的拓扑结构、分形特征及其与油气藏分布的关系

为明确含油气盆地中断裂体系结构特征与油气藏分布的关系,文章以珠江口盆地珠三坳陷文昌A凹陷西部地区为研究对象,在对各层系断裂精细解析的基础上,通过对断裂网络体系的节点、分支类型分析及分维值计算,定量表征了研究区断裂网络体系的拓扑结构及分形特征,并就断裂网络体系拓扑结构、分形特征与油气藏分布的关系进行了探讨。研究结果表明:受控于区域拉张应力顺时针方向的转变,研究区断裂发育以NE向为主转变为以NWW向为主;不同层系断裂体系的拓扑结构具有差异性,珠三南断裂、珠三6号断裂和珠三2号断裂附近拓扑值较高,由深至浅断裂体系的I节点的比例逐渐增大,Y、X节点的比例逐渐减小,I-I分支的比例逐渐增大,I-C、C-C分支的比例逐渐减小,连通性由好变差;不同层系断裂体系的分形特征具有时空差异,NE向断裂带和NW向断裂带交汇区分维值较高,由深至浅断裂体系的分维值先增大后减小,复杂程度先增强后减弱;断裂体系的拓扑结构、分形特征与与油气藏分布具有良好的耦合关系,高拓扑值与高分维值的叠合区是油气成藏的有利区。

榆神矿区隆德煤矿侏罗系岩层微观孔隙结构及分形特征研究

岩层的微观孔隙结构决定其自身的渗透性,并影响着矿井涌水量的大小,提前研究岩层的微观孔隙结构对矿井水害防治具有重要意义。以隆德煤矿侏罗系岩层为研究对象,通过现场采样、X-射线衍射、CT扫描、压汞试验等方法,研究了岩层的微观孔隙结构;基于分形理论、系统聚类分析等方法,划分了孔隙结构类型。结果表明:隆德煤矿侏罗系岩层矿物成分主要包括石英、长石、碳酸盐,含量44.1%~90.9%,构成了主体骨架,胶结物含量6.1%~34.3%;岩层的平均粒径101.80~203.82μm,连通孔隙度3.41%~20.60%,顶部以及底部的孔隙度较大,中间部分的孔隙度小,孔隙结构的复杂程度一般。根据系统聚类法将侏罗系岩层的微观孔隙结构划分为三类,从Ⅰ~Ⅲ类,孔喉半径、孔隙度、渗透率及分选系数依次减小;排驱压力、相对分选系数及中值压力依次增大;储存地下水的能力依次减小,富水性依次减弱。研究成果从微观角度上为矿井疏放水工程施工靶区的圈定提供了理论依据,对矿井水害防治具有积极的指导意义。

长宁地区低阻页岩孔隙结构精细表征及分形研究

为明确四川盆地长宁地区龙马溪组低电阻页岩储层孔隙发育差异性,采用低阻页岩与常规页岩相对比的研究手段,开展了有机碳分析、氮气吸附实验、XRD矿物组分分析和扫描电镜等一系列实验,阐明了长宁低阻页岩储层孔隙结构及其分形特征,并明确了它们的控制因素。结果显示,长宁地区大多数低阻页岩孔隙发育程度明显差于常规页岩,其中,孔体积发育的差异主要体现在2~20 nm孔径范围内,比表面积差异则主要集中在小于1.5 nm和大于1.8 nm段。页岩储层孔隙结构随电阻率的降低有变差的趋势,对低电阻页岩储集能力影响更明显的是有机质含量和成熟度。相较于常规电阻页岩,低电阻页岩在小孔隙段具有更加复杂的孔径及孔壁发育。黏土矿物和黄铁矿对分形维数的影响在不同电阻率页岩中是一致的,而有机质对2类页岩分形维数的影响相反。有机质对分形维数的影响与过演化页岩石墨化后的有机孔变化密切相关。

清洁压裂液作用前后煤孔隙结构及分形特征研究

煤孔隙结构特征及分形特征是揭示瓦斯在煤体中的赋存机理及解吸运移规律的重要手段。以沈阳某煤矿的煤样为研究对象进行了清洁压裂液浸泡试验,分别采用扫描电子显微镜、孔隙-裂隙分析系统、氮气吸附和煤表面分形特征对煤表面的孔隙结构进行表征,对清洁压裂液处理前后煤孔隙结构的变化进行了对比分析,结果表明:经清洁压裂液处理后,煤样的孔隙结构得到了较好的发育,煤样表面孔隙数量约为原煤的2.9倍、平均面积约为原煤的2.66倍、平均周长增加了23.06%、平均形状因子增加了30.91%;煤样氮气吸附量从1.5036 mL/g增至2.8255 mL/g,增加的孔隙半径小于10 nm,孔隙连通性增强;清洁压裂液能使吸附孔分形维数增大、渗流孔分形维数减小,煤样内部结构更加简单,孔隙之间的连通性增强,其中吸附孔分形维数从2.331增至2.845,增幅为22.05%;渗流孔分形维数从2.865减至1.756,减幅为38.71%。孔隙结构的定量表征结果显示,清洁压裂液对煤孔隙的发育有一定的促进作用。

仿生树状分形薄壁结构的耐撞性研究

为提高薄壁管结构的耐撞性,受树枝生长规律的启发,设计了两类树状分形的薄壁多胞结构。根据简化的超折叠单元理论,针对轴向压缩工况,建立仿生薄壁管的平均冲击力理论模型,采用有限元数值模拟技术,研究分形结构对薄壁结构耐撞性的影响。结果表明:理论模型可以有效地预测仿生薄壁管的平均冲击力,树状分形设计能够促进薄壁结构的变形稳定,高阶仿生薄壁管在比吸能、载荷效率等方面优于单胞方管,且随着分形阶数的增加,仿生管的能量吸收能力和变形稳定性进一步提升。

大宁-吉县地区山西段致密气储层孔隙结构分形特征及分级评价

基于铸体薄片、场发射扫描电子显微镜、物性、核磁共振和高压压汞等实验测试资料,利用分形几何原理和方法,对鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块山西段致密砂岩储层的孔隙结构进行分形维数计算,并研究其与储层物性、孔隙结构等参数的相关性,以进一步对致密储层孔隙结构进行分级评价研究.研究表明:山西段平均孔隙度、渗透率为5.05%、0.15 mD,储集空间的类型主要有粒间溶孔、晶间溶孔以及剩余粒间孔.汞饱和度法计算的分形维数与孔渗、孔隙结构参数之间相关性较好,其范围在2.11至2.87之间,平均值为2.5.通过汞饱和度法将储层孔隙结构分为三类:Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类.研究区的孔隙结构类型主要为Ⅱ、Ⅲ类.通过孔隙结构分级评价定量反映致密砂岩储层微观非均质性的复杂程度,为有利储层、致密气的规模勘探开发提供有效地质依据.

赣南兴国—宁都萤石成矿带分形结构及成矿与找矿前景

萤石是一种重要的非金属战略性关键矿产资源,其成矿规律及找矿预测广受矿床学界关注。赣南兴国—宁都萤石成矿带地处NE向武夷山成矿带与EW向南岭成矿带交汇复合部位,发育一系列萤石矿床。虽然前人对该区萤石矿床进行过较为系统的研究,认为其主要受断裂构造控制,但区内断裂构造和萤石矿床空间分布的定量表征及两者之间的耦合关系鲜有报道。本文基于分形理论刻画赣南兴国—宁都成矿带断裂构造和萤石矿床之间的分形结构特征,并探讨重点成矿与找矿区域。结果显示:研究区NE-NNE向断裂容量维、信息维和关联维分别为1.6090、1.6089、1.5947,说明本区成矿地质条件优越,NE-NNE向断裂与研究区萤石成矿关系密切。萤石矿床容量维、信息维、关联维分别为0.9379、0.9215、0.9262,含统计中心矿床时,萤石矿床数量分形分维值为0.7841,密度分形分维值为0.784;未含统计中心矿床时,萤石矿床数量分形分维值为1.1296,密度分形分维值为1.130。根据研究区断裂分维值与萤石矿床空间分布的耦合特征、萤石矿床数量及密度分形特征综合圈定了3级有利成矿区,其中Ⅰ级有利成矿区为成矿条件最佳、成矿潜力最大的区域。根据断裂分维值与矿床空间分布的耦合特征、矿床数量及密度分形特征,可快速有效圈定受断裂体系控矿的萤石矿集区或成矿带内的重点找矿区域。

不同温度下低热混凝土强度及孔结构分形特征研究

【目的】为探究真实温度环境下低热混凝土微观演化规律与宏观力学性能之间的关系,【方法】设计并开展了不同温度(20℃、30℃、40℃)作用下低热混凝土抗压强度和孔结构试验,基于扫描电镜(SEM)图像,结合盒维数法,计算得到了低热混凝土的分形维数,最后建立了考虑分形维数的抗压强度预测模型。【结果】结果显示:高温养护下,低热混凝土的临界孔径、最可几孔径和孔隙率降低,分形维数从1.7968增加到1.8868,28 d抗压强度增长了27%。【结论】结果表明,36%~42%的孔隙率和10~20 nm的孔径对应的微观空间状态最为复杂,高温养护增强低热混凝土10~20 nm的孔径含量,有效提高了抗压强度;提出的预测模型可以定量描述低热混凝土力学性能与孔结构分形维数的耦联关系,为不同温度作用下大坝混凝土的耐久性和安全性设计提供了理论支撑。