西沙海槽东部海底浅表层土工程地质特性及水合物细粒土力学性质试验

利用2012年在西沙海槽东部海域获得的25个重力柱状样的土工试验分析,以及以南海北部陆坡区浅表层土为试验介质的含水合物细粒土的力学特性模拟试验结果,对西沙海槽东部海域浅表层土的工程地质特性和含水合物细粒土的力学特性进行了综合分析。结果显示西沙海槽东部海域浅表层土土质类型单一,主要为高液限粉土,粉砂含量较高,黏粒含量次之,砂粒含量极少。通过差异显著性检验,陆坡斜坡及北槽坡区与槽底平原和南槽坡区浅层土的工程地质特性差异显著,而垂向上各区浅表层土的工程特性无显著性差异,整体为一高含水率、高塑性、高压缩性和低抗剪强度的软弱高液限粉土层。以细粒土为试验介质,不同水合物饱和度土的土力学特性有较大差异。低饱和度的土表现为两次塑性破坏,而高饱和度的土仅表现为一次塑性破坏。水合物细粒土的黏聚力值随饱和度的增加呈现先增加后降低的趋势,内摩擦角随饱和度的变化不明显。

含水合物细粒土的渗透特性

含水合物储层的渗透率是影响开采水合物效率的重要物理参数。为了研究水合物赋存对赋存沉积物渗透性的影响规律,参照南海神狐海域水合物赋存区的沉积物的颗粒级配,配制了试验土体,并合成了含四氢呋喃水合物细粒土,并且基于稳态法测试了含不同水合物饱和度沉积物试样的渗透率。试验结果表明,该试验含水合物细粒土的渗透率介于11.41mD和61.63mD之间;随着水合物饱和度增加,含水合物细粒土的相对渗透率明显下降,主要是由于水合物的形成填充了沉积物孔隙,减小了孔隙率,此外,水合物还有可能阻塞流体渗流关键通道,从而减小了渗流率;采用现有渗流模型对试验结果进行了对比,发现与Masuda模型(N=3)最为近似。