微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,开展了不同胶结液浓度下MICP压力灌浆加固有机质黏土的研究试验。通过试验前后试样的无侧限抗压强度、CaCO_3含量、渗透系数、有机质含量以及灌浆过程中流出液Ca^(2+)与NH_4^+浓度的变化,综合评价了MICP压力灌浆加固有机质黏土的效果。结果表明:MICP压力灌浆加固有机质黏土是有效的,处理后试样有机质含量可降低1%～4%,无侧限抗压强度提高可达370%,渗透系数可降低约1个数量级;在本试验的菌液活性(即每分钟水解尿素的量为9.68毫摩尔每升)及浓度(约108 cell/mL)下,胶结液浓度对处理效果有明显影响,提高0.25M胶结液中的urea浓度,可显著提高处理后土体的无侧限抗压强度。

泥页岩中有机质-黏土复合体的微观结构、变形作用及源-储意义

泥页岩中的有机质和黏土矿物在沉积演化过程中能够相互结合形成有机质-黏土复合体,成为重要的生烃母质。基于大量的场发射扫描电镜和透射电镜观察分析,以中国鄂尔多斯盆地三叠系延长组、黔北奥陶系-志留系五峰组-龙马溪组、黔中寒武系牛蹄塘组及南华北盆地二叠系山西组4套泥页岩储层为研究对象,详细查明了泥页岩中有机质-黏土复合体的微观结构及变形作用,并深入探讨了其源-储意义。泥页岩中有机质-黏土复合体成分复杂,形态多样,且易发生变形;驱动复合体发生变形的主要机制有构造应力作用、矿物颗粒作用、有机质赋存及黏土矿物转化。其中,由外部构造应力和复合体内部矿物颗粒对黏土层、有机质层挤压引起的变形能够改变复合体局部应力环境,所形成的拉张环境可使复合体发育大量纳米孔隙,且这些孔隙因黏土层的保护而不易发生烃类散失,可有效提升泥页岩的储集能力。相关结论有助于完善泥页岩的成岩理论,增进对页岩油气生成、运移和储集过程的认识,进而指导页岩油气的勘探开发。

外加剂对桂林含有机质水泥红黏土力学性质影响的试验研究

红黏土是碳酸盐岩在湿热环境下经过风化作用形成的一种特殊性土,孔隙大、含水量高,而其结构性强且存在上硬下软的成层分布特征,上部为坚硬、硬塑状态,下部为软塑、流塑状态。水泥搅拌法因其有加固效果好、造价低、工期短、污染小等特点被广泛应用在处理软弱红黏土。近年来环境和工程地质条件不断恶化,造成大面积红黏土被有机质污染,严重影响地基的强度,但是研究表明合理使用外加剂可以改善被有机质污染红黏土的物理力学性质。本文从外加剂掺量和类型对抗剪强度、压缩系数、无侧限抗压强度等方面进行室内试验研究,得出外掺剂种类和掺量与它们之间的关系。结果表明:其间的相关性较好。

外加剂与水泥掺量对有机质水泥红黏土强度的影响

在有不同外加剂的水泥加固条件下,通过三轴试验、压缩试验、无侧限抗压强度试验,探讨水泥掺量与水泥土黏聚力、内摩擦角、压缩系数及无侧限抗压强度之间的相关关系,并对试验结果进行回归分析。试验结果表明,无论在有无外加剂的条件下,水泥土黏聚力、内摩擦角、无侧限抗压强度都随水泥掺量的增加而逐渐增加,增加的幅度却逐渐变小,它们的变化趋势总体上是一致的,并且外加剂类型对它们的作用效果都表现为:高效减水剂>复合早强剂>早强减水剂>无外加剂。但其压缩系数却随着水泥掺量的增加而近似于直线不断减小,在相同水泥掺量时,无外加剂的水泥土的压缩系数最高,早强减水剂的水泥土的压缩系数又分别大于复合早强剂、高效减水剂水泥土的压缩系数。高效减水剂对提高水泥土力学强度的效果最明显。

改善高塑性有机质红黏土强度试验研究

桂林石灰岩地区其基岩面处的红黏土常处于高塑性状态,含有机质时其强度低。通过对高塑性有机质红黏土的加固试验,研究其在有无外加高效减水剂的情况下,水泥掺量、养护时间及水灰比对其无侧限强度的影响。试验表明:高塑性有机质红黏土在水泥加固条件下,其无侧限抗压强度会随着水泥掺量及养护时间的增加而增加,随着水灰比的提高而减小;高效减水剂能明显提高和改善高塑性有机质红黏土的强度力学性质。该试验研究可为红黏土地区的水泥土加固优化设计及施工提供科学依据,以满足实际工程的需要。

泥页岩中有机质-黏土复合体微结构研究进展

黏土矿物和有机质是泥页岩的两大重要组成部分,二者在沉积演化过程中形成的有机质-黏土复合体是油气生成的天然母质,对泥页岩中有机质的富集和保存有重要作用。目前关于泥页岩中有机质-黏土复合体的研究主要集中于有机质与黏土矿物的结合关系及黏土矿物对有机质生烃的催化作用。本文综述了有关泥页岩中有机质和黏土矿物的相互关系及黏土矿物对有机质生烃的催化作用和原理的研究成果,剖析了有机质-黏土复合体在热演化过程中的组成和结构特征。在此基础上,本文提出了目前尚待解决的科学问题,并就该研究未来的发展方向进行了展望。

冷俯冲带深部的板块断裂过程——以日本中部侏罗纪燧石-碎屑岩杂岩体中的断裂带为例

近年来,深海大洋钻探已证实在洋陆俯冲带的浅部,板块边界断裂高度集中在特征性岩层中,然而对于这种断裂高度集中化现象是否发生在俯冲带深部仍然缺乏充分的认识,因此对日本中部侏罗纪燧石-碎屑岩杂岩体中一个露头宽度约50 m的断裂带进行了调查。该断裂带沿古俯冲带深部的板块边界延伸而出的逆冲断层发育,断裂带中的剪切变形集中在数层黑色有机质黏土岩中,表现为沿交织鳞片状叶理的分散剪切,剪切方向分为左行走滑和逆冲走滑,可能形成于俯冲带中的滑动分异或左行斜俯冲过程。体现滑动集中化的拆离面切割了黑色有机质黏土岩层,拆离面表现为左行滑动。利用碳物质拉曼光谱测量了拆离面上及黑色有机质黏土岩层中的碳物质。结果表明,相对于黑色有机质黏土岩,拆离面中的碳物质具有更高的成熟度,表明在左行滑动过程中产生了快速的摩擦升温。野外观测和实验结果表明,这一古断裂带记录的俯冲带深部板块边界断裂高度集中在黑色有机质黏土岩层中,发育于其中的拆离面的左行剪切可能产生于深部地震性滑动。