黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征关系研究

由于沉积环境的差异,古土壤较上覆黄土致密,其饱和渗透系数应低于黄土,但试验结果却显示二者的饱和渗透系数相近。为揭示这一现象的机理,在陕西泾阳南黄土塬开挖33m的探井,沿井壁按1m间距取黄土和古土壤原状试样,进行变水头渗透试验,测定试样的饱和渗透系数。同时用压汞试验(mercury intrusion porosimetry,MIP)及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试分别获取试样的孔隙分布曲线和微观结构图像,以分析黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征的关系。结果表明:(1)黄土-古土壤地层的饱和渗透系数整体上沿深度方向规律性减小,但相邻黄土和古土壤层的饱和渗透系数无明显差异;(2)MIP及SEM测试结果表明,黄土结构均匀、孔隙大小较为一致,而古土壤具有不均匀的团块-裂隙结构,虽然团块内部较黄土致密,但团块间存在裂隙;(3)饱和渗透系数的大小取决于透水孔隙的体积分数,其中黄土的透水孔隙主要为较大孔隙(孔径>2μm),而古土壤的透水孔隙主要为团块间的微裂隙,虽然二者渗透系数相近,但渗透机理完全不同。为研究黄土与古土壤的孔隙分布特性和解决黄土区工程建设中的问题提供了理论依据。

单、双孔隙结构非饱和黏土孔隙分布变化规律试验研究

由于孔隙分布曲线的复杂性,在非饱和过程中黏土的孔隙结构变化规律尚不明晰,这导致基于孔隙分布模型计算土-水特征曲线存在较大的误差。针对这一问题,基于干缩试验与压汞试验,对单孔与双孔结构重塑黏土在脱湿过程中孔隙分布曲线的变化规律进行了定量分析。研究表明:在脱湿过程中孔隙分布曲线存在平移、缩放等变换。构建了t分布和双t分布函数,提取了孔隙分布曲线的自由度、峰值、峰值对应的孔隙直径作为特征参数来表征孔隙分布变化规律,发现了特征参数和土样孔隙比之间存在较好的线性关系。基于试验结果,建立了含水率-孔隙比-孔隙分布曲线关系,提出了一个考虑孔隙结构变化的重塑黏土土-水特征曲线计算框架。最后,与试验测得的土-水特征曲线进行比较,验证了所提出的计算方法的准确性。

瓦斯压力对低透性煤吸附-解吸特性及孔隙分布的影响

为了从微观的角度探究瓦斯压力对深部低透性煤层吸附-解吸特性及孔隙分布的影响,采用低磁场核磁共振技术(NMR),开展深部低透性煤不同瓦斯压力下的吸附-解吸试验。试验发现:瓦斯吸附态、游离态和自由态下,T_(2)谱幅值积分与瓦斯压力呈现较好的线性关系,其拟合结果R^(2)均大于0.973 48,微观自由态瓦斯在瓦斯压力等于3.739 MPa处瓦斯的吸附-解吸出现了迟滞效应。不同瓦斯压力下,孔径类型分布差距较大,煤样内部孔隙分布主要是小孔占据大部分,而中孔和大孔所占比列较小。研究结果对深部低透性煤矿资源开采具有一定的指导意义。

有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响

为了研究有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响,优化草甸土耕作层结构、提高作物产量,2019年以吉林省公主岭市的草甸土为试验地,在玉米播种前设置了秸秆浅混还田(CT,0~15cm)、秸秆深混还田(STS,0~35cm)、秸秆和有机肥深混还田(STSM,0~35 cm)、无秸秆还田常规耕作(CK)4个处理。对玉米收获后的土壤进行取样分析,测定0~35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构,并采用结构方程模式、Mantel test和随机森林方法分析土壤孔隙结构调控玉米产量的途径。结果表明,经CT、STS和STSM处理后的0~15 cm土层土壤容重与CK处理相比显著下降了5.2%~7.8%(P<0.05),而田间持水量和饱和导水率均呈现上升趋势,分别显著增加了7.8%~16.6%和77.5%~325%(P<0.05);STS和STSM处理进一步显著改变了>15~35 cm土层上述3个土壤物理性质。CT扫描结果显示,有机物料还田显著改善了相应土层土壤结构。与CK处理相比,CT、STS和STSM处理显著增加了0~15 cm土层>1000µm孔隙数量和孔隙度;与CT处理相比,STS和STSM处理>15~35 cm土层>1000µm孔隙数量和孔隙度分别显著增加了1.2倍~1.3倍和47.5%~58.9%(P<0.05)。有机物料还田增加了土壤孔隙的复杂性和连通性。与CK处理相比,CT、STS和STSM处理显著增加了0~15 cm土层的各向异性和分形维数,降低了欧拉数(P<0.05);STS和STSM处理显著改善了15~35 cm土层土壤孔隙结构。不同处理间玉米产量表现为STSM>STS>CT>CK。结构方程模型结果显示,0~15 cm土层土壤孔隙结构可以直接影响玉米产量或者通过影响容重和饱和导水率间接影响玉米产量,而15~35 cm土层土壤孔隙结构只能通过影响田间持水量间接影响玉米产量。0~35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构能够解释玉米产量的81.9%,15~35 cm土层对玉米产量的贡献大于0~15 cm土层。有机物料深混还田通过改变0~35 cm土层草甸土物理性质和孔隙分布,增加孔隙结构的复杂性和连通性,优化耕层结构,具备提高玉米产量的潜力,其中秸秆和有机物配合施用的效果优于单独秸秆还田。如果草甸土分布区有机肥源充足,建议利用秸秆和有机肥料进行深混还田可建立良好的土壤肥力,可以有效增加玉米产量。

泡沫减重水泥浆体系及其微观孔隙分布

泡沫减重水泥浆体系对保障低压易漏地层井下生产安全至关重要。通过亲水链十四烷二酸甲酯、疏水链N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷及刚性链接单体二溴代联苯制备了耐高温高效发泡剂FPJ-S,并通过增黏型稳泡剂和协同型稳泡剂的优选复配得到了耐高温稳泡剂WPJ-S,基于FPJ-S和WPJ-S建立了泡沫减重水泥浆体系,并对其发泡能力及泡沫减重水泥石中的孔隙分布进行了分析。研究结果表明,相较于传统发泡剂,FPJ-S的发泡倍数提高了40%,1 h沉降距降低了58.8%;WPJ-S的稳泡能力和耐温能力均得以提升;建立的泡沫减重水泥浆体系在0.90~1.60 g/cm^(3)下密度可调,浆体沉降稳定性较好,并且不同密度泡沫减重水泥石的24 h抗压强度均大于3 MPa;基于压汞法及工业CT(XCT)技术表征可知,该泡沫减重水泥石的孔隙分布均匀,形态较为规则完整,且未发现大量联通孔。

不同细粒含量尾矿沉降规律与其沉积体孔隙分布特征研究

为了研究细粒尾矿沉降规律及其沉积体孔隙特征,开展不同细粒含量尾矿一维沉降柱试验,基于核磁共振获取不同细粒含量尾矿沉积体孔隙分布。研究结果表明:细粒含量较低时,尾矿浆液的沉降方式为粗粒自由沉降+细粒絮团沉降的混合方式;细粒含量较大时,尾矿浆液的沉降方式为粗粒自由沉降+细粒絮网沉降的混合方式;沉积体内部束缚水存在吸附水和絮团水2种形式,为导致沉积体赋存结构差异的主因;尾矿沉积体的孔隙孔径分布具有双峰特征,主峰(小孔径孔隙)分布在0.2~2μm,次峰(大孔径孔隙)分布在5~18μm,整体以小孔径孔隙为主,宏观上表现为不利于尾矿坝体的渗透。研究结果可为尾矿坝坝体结构的揭示和坝体安全评价提供参考。

堆积硅料的阶跃分布孔隙率对准单晶铸锭过程籽晶熔化的影响

本文针对光伏太阳能用准单晶硅铸锭系统的硅料熔化过程进行了数值模拟研究,尤其是孔隙率阶跃分布的堆积硅料熔化过程对籽晶熔化的影响。研究结果表明:堆积硅料孔隙率呈轴向阶跃分布有利于降低籽晶的熔化比例;籽晶的熔化界面形状主要受下层孔隙率影响,在特定的平均孔隙率范围内,上下两层孔隙率差异较小时,孔隙率的轴向阶跃分布对籽晶的熔化界面形状影响较小;当籽晶的熔化比例相近时,平均孔隙率越小,籽晶的熔化界面形状越平缓,越有利于籽晶边缘区域的保留;当平均孔隙率一定时,下层孔隙率越小越有利于籽晶边缘区域的保留。堆积硅料区域孔隙率呈径向阶跃分布会使籽晶的熔化界面形状发生畸变,内层孔隙率的逐渐增大会使籽晶的熔化界面形状由“凸”逐渐转变为“凹”,外层孔隙率不大于内层孔隙率时籽晶可以得到有效保留;内外两层孔隙率差值越小,籽晶的熔化比例越小。籽晶的熔化比例分布在不同轴向阶跃分布孔隙率下呈现一定的中心对称性,而在不同径向阶跃分布孔隙率下呈现一定的周期性,孔隙率均匀分布时的籽晶熔化界面形状优于其他情况。在实际工况条件下,可以根据由不同孔隙率分布条件下获取的籽晶熔化状态数据绘制的等值线图对堆积硅料区域的孔隙率分布进行合理配置。

基于核磁共振技术探究细粒土中孔隙水的分布

细粒土中孔隙水分布特征影响其物理力学性质,厘清细粒土的孔隙水分布特征及其影响因素对深刻认识细粒土的力学特性尤为重要。为探究细粒土颗粒孔隙水水分布机制,利用核磁共振技术进行了一系列试验,研究了细粒土颗粒物理化学性质和初始含水率对孔隙水分布的影响。随着含水率的增加核磁共振分布曲线向右侧移动,而高岭土表现得最为明显;对比不同细粒土饱和后发现,高岭土的弛豫时间要大于膨胀土和红黏土,饱和后高岭土的孔径较大。

对不同煤阶煤孔隙分布特征浅析

煤层气作为一种重要的天然气资源,其开发利用对能源供应和环境可持续发展具有重要意义.煤孔隙结构是煤层气储存和运移的关键因素.基于此,针对不同煤阶煤的孔隙分布特征,分析了其对煤层气开发的影响机制,通过对不同煤阶煤的孔隙类型、孔径分布、孔隙连通性和渗透性等特征进行研究,揭示了煤孔隙结构与煤层气储存能力、渗透性和产能之间的关系.此外,还提出了煤层气开发中的煤孔隙优化方法.

辽中凹陷南洼中深层储层孔隙度分布特征及影响因素分析

勘探实践表明渤海湾盆地辽中凹陷南洼中深层(埋深大于2500 m)东营组和沙河街组储层孔隙度分布特征复杂,其孔隙度演化机制亟待明晰。为了定量表征其中深层储层孔隙度的分布特征并分析其影响因素,以辽中凹陷南洼旅大16~21构造带古近系储层为研究对象,利用数值模拟的方法,基于Athy’s Law机械压实模型计算了中深层砂岩储层的标准孔隙度,将实测孔隙度值和理论标准值进行对比,定量分析孔隙度的变化程度,并对引起孔隙度变化的主控因素进行了分析。结果表明:旅大16-3南构造东营组三段压实作用控制孔隙度演化,旅大16-3北构造沙河街组二段异常高含量的碳酸盐胶结物使孔隙度显著减小,减小幅度在13%~18%的范围内,旅大21-1构造发育的欠压实超压作用对沙河街组四段砂岩储层孔隙度具有一定程度的保护作用,保存的孔隙度可以达到7%。

红黏土的土水特性及其孔隙分布

以桂林红黏土为研究对象,采用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸气平衡法3种方法研究在全吸力范围内原状样和压实样的土水特性,并结合压汞试验研究其孔隙分布。试验结果表明:当吸力约小于10 MPa时原状样的土水特征曲线略低于压实样,主要原因是原状样内部裂隙随吸力的增加而不断发展;当吸力约大于10 MPa时两者的土水特征曲线几乎重合。原状和压实桂林红黏土样的土水特征曲线与典型的土水特征曲线不同,即在过渡段均不是单一直线。此外,原状样为单峰孔隙结构,压实样则为双峰孔隙结构,原状样的最终收缩变形量比压实样大。不同干密度的压实样内部颗粒间孔隙分布几乎相同,而积聚体间孔隙或积聚体内孔隙相对较大孔隙存在差异;由此可解释在高吸力范围内不同干密度压实样的含水率与吸力关系土水特征曲线几乎重合;以饱和度与吸力关系表示时,干密度越大,土水特征曲线越高。

礁滩相碳酸盐岩岩溶作用及其对孔隙分布的控制——以塔中东部上奥陶统良里塔格组为例

利用岩心、薄片、测井等资料，研究塔中东部地区上奥陶统良里塔格组礁滩相碳酸盐岩的岩溶作用类型、特征及对孔隙分布的控制机理。研究区经历了同生岩溶及早成岩近地表岩溶作用。在良三段-良一段礁滩复合体沉积期，同生岩溶形成具有大量选择性溶蚀孔隙的大气淡水成岩透镜体，发育于各期礁、滩沉积旋回的中上部，单个孔隙（洞）层厚10-30m，可增加3％～4％的绝对孔隙度。沉积期后，沉积物未经历埋藏期成岩作用就抬升、暴露，受到早成岩近地表岩溶作用，沉积地貌转换为岩溶古地貌，在距良里塔格组顶部100m深度内形成了4个岩溶带，表层岩溶带与径流岩溶带孔隙有效性、连通性较好，可增加4％～8％的绝对孔隙度。两种岩溶作用成岩阶段具有连续性、形成的孔隙空间分布具有继承性，良好的时空耦合关系是研究区有效孔隙集中发育在良三段一良一段的关键因素。

热解条件对煤焦比表面积及孔隙分布的影响

在固定床反应器与高温沉降炉中由神木煤和华亭煤制得6组煤焦,考察了升温速率、热解温度对煤焦比表面积和孔隙分布的影响.煤粒在固定床中的升温速率为10 K/min,热解终温900℃;在高温沉降炉中升温速率大于1 000 K/s,热解终温为1 100℃和1 500℃,煤焦的孔隙结构采用低温氮吸附法进行分析.可以发现,快速热解煤焦的比表面积远大于慢速热解煤焦,并随着热解温度的升高而减小.说明挥发分在析出慢时易堵塞孔隙,而热解温度升高使快速热解煤焦的部分微孔转变为中孔和大孔,从而减小比表面积.

利用气体吸附法和压汞法研究烃源岩孔隙分布特征——以松辽盆地白垩系青山口组一段为例

烃源岩中微观孔隙空间是油气初次运移的重要通道,同时也是残留烃主要的储集空间。本文对烃源岩中不同尺度的孔隙分别使用气体吸附法和压汞法进行测定,进而对孔隙分布进行系统分析。实验结果表明,青山口组一段烃源岩孔隙度较低,分布于1.2%～3.87%之间,平均为2.17%,主要以微孔和介孔为主,孔容分布于1.8～30mL/mg之间,平均为9.49mL/mg;比表面积分布于0.91～31.02m2/g之间,平均为7.02m2/g。同时本文探讨了不同岩石组成对烃源岩内孔隙发育与分布的影响,发现有机质、伊利石及黄铁矿含量与孔容之间具有较好的正相关关系,孔隙的大小及数量随其含量的增高而增加,而粘土矿物中的绿泥石以及非粘土矿物中石英、方解石、斜长石含量与孔容之间呈负相关关系,烃源岩中的孔隙可能会随其含量的增高而减少,高岭石含量与孔容之间相关性较差,表明烃源岩孔隙可能不受其影响。此外,烃源岩中孔隙发育及分布还受有机质类型、丰度、热演化程度、粘土矿物排列形式、非粘土矿物的次生变化等因素的影响。

核磁共振T2谱换算孔隙半径分布方法研究

岩芯核磁共振T2谱和压汞分析数据均在一定程度上反映了岩石的孔隙结构特征,理论分析和二者频率分布图对比表明,这两组数据有较好的相关性,核磁共振T2谱能够换算为反映岩石孔隙结构特征的孔隙半径分布图.本文应用最大相关性原理、最小二乘法及插值算法等数学方法,给出了一个改进的将T2谱换算为孔隙半径分布图的实用有效新方法,求得了T2弛豫时间与岩芯孔隙半径r之间的换算系数C,计算过程中着重对比了T2谱与压汞数据的主要分布区间,并考虑了压汞进汞饱和度小于100%对换算结果的影响.天然砂岩岩芯核磁共振T2谱换算为孔隙半径分布图的实际应用效果表明,着重对比T2谱与压汞数据的主要分布区间,同时考虑压汞进汞饱和度小于100%对换算结果的影响是必要的,换算结果更加真实可信.

压实过程对红黏土的孔隙分布影响研究

为研究压实作用对红黏土孔隙分布的影响,采用液氮冻干法对经过压力板仪脱至残余含水率后的压实试样进行干燥,继而利用孔隙仪测试其孔隙分布特征。结果表明,不同干密度试样的孔隙分布特征在孔径d>10μm范围内差异性比较明显,干密度越大分布在该范围内的孔隙越少,但所有试样的大部分孔隙主要分布在孔径d<0.1μm的范围内,并且分布密度十分相似。换言之,常规压实作用只能改变土体某一较大孔径范围内的孔隙,而对小孔径的孔隙改变不大,这也对于说明红黏土路基填料的压实,常规的压实作用对提高土体的压实度幅度有一定范围。

基于孔隙分布的变形土土水特征曲线模型

土体孔隙分布对土水特征曲线具有决定性影响。虽然土体孔隙分布随变形的演化规律较为复杂,但实验研究表明,土体在变形过程中,孔隙分布的基本形态未发生显著变化、统计分布特征基本不变。基于这一结论,假定变形后的孔隙分布函数可以从参考状态孔隙分布函数经过平移、缩放得到。在此基础上,建立了考虑土体变形并反映滞回效应的土水特征曲线模型。由于变形对土水特征曲线的影响是通过孔隙分布随变形的改变来表征的,因此模型参数的物理意义明确,仅有7个参数,均可通过常规室内试验确定。最后,通过一系列试验数据验证了该模型的正确性与可靠性。

电成像测井资料变换为孔隙度分布图像的研究

FMI成像测井给出了由电阻率像素点阵构成的图像。将此电阻率点阵通过Archie公式转换为相应的孔隙度点阵;以一个地层为一个图像窗口单元,计算每一个点阵的孔隙度对用常规测井资料确定的该地层的总孔隙度的贡献份额,并做出它沿孔隙度值的统计分布图;计算出不同m值对应的a^(1/m)值,并绘出a^(1/m)-m曲线。孔隙度分布图因储层类型的不同而不同,地层的溶蚀程度是影响a^(1/m)-m曲线形态的重要因素。这些现象给定量评价储层的缝洞孔隙发育带来了希望。

不同含水条件下黏土孔隙分布特征及甲烷吸附能力

选用常见的页岩黏土矿物伊利石和高岭石,开展了不同湿度平衡样品的N2吸附/脱附实验和高压CH4吸附实验,研究黏土矿物孔隙分布特征的变化,并从微观上量化评价含水饱和度,分析其对甲烷吸附的影响。研究结果表明:水分的存在主要影响黏土矿物微小孔隙的分布,高湿度条件下(RH=98%)的毛细凝聚作用导致微小孔隙(<5.15 nm)在孔径分布曲线上消失及比表面积的大幅下降。同时研究表明:黏土吸水能力与微小孔隙发育程度密切相关,当RH=98%时,微孔更为发育的高岭石含水饱和度(S_w=71.43%)高于伊利石(S_w=46.15%),且在此条件下,由于小孔凝聚以及吸附特征的改变(气-固吸附转变为气-液界面吸附),样品甲烷吸附能力下降近85%。因此,干燥条件下的实验结果不能代表实际页岩储集特征。

吉林省延边地区路基边坡膨胀土孔隙分布特性

针对膨胀土边坡稳定性问题,对吉林省延边地区路基边坡膨胀土进行野外调查及室内测试.对膨胀土的粒度成分、矿物成分进行了测试鉴定,并对土样进行了膨胀性试验.此外利用压汞试验对其进行了孔隙结构特征的研究,利用分形几何理论,结合土样的膨胀特性,将膨胀土孔隙分布分成大、中小、微、超微孔隙4个区间.研究结果表明:经膨胀性测试,研究区5个土样为弱膨胀性土,其中膨胀力较强的土孔隙在超微至微孔隙区间分布相对较多,而膨胀力较弱的土孔隙分布在中与大孔隙区间相对较多.