鄂尔多斯盆地长7段重力流砂岩长石溶蚀特征及控制因素

基于岩心薄片、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射全岩分析及溶蚀实验,研究鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(简称长7段)重力流砂岩中长石溶孔发育特征及控制因素,明确长石溶孔的形成与分布,为预测优质储集层分布提供依据。研究表明:(1)研究区长7段砂岩中的长石经历3类成岩作用:长石次生加大、黏土以及方解石的交代、长石碎屑的溶蚀作用。(2)长7段致密砂岩中的长石溶蚀主要源于有机酸溶蚀,此外还受长石类型、长石早期蚀变程度以及砂岩中云母碎屑对有机酸的缓冲作用影响。(3)不同长石的溶蚀程度不同,表现为钾长石较斜长石易溶蚀,钾长石中正长石较微斜长石易溶,未蚀变的长石较早期高岭土或绢云母化的长石易溶蚀。(4)溶蚀实验显示云母的存在会抑制长石溶蚀,相同质量的云母对有机酸的消耗能力明显强于长石。(5)在云母含量低的情况下,长7段砂岩长石溶孔较为发育,储集层物性得以改善,而云母含量较高的地区长石溶孔则明显减少。

碳酸盐岩裂隙溶蚀扩展试验与模拟研究

研究表明碳酸盐岩的溶蚀过程可用溶解速率方程进行表征,但表征的形式存在较大差别,主要体现在远离平衡的欠饱和态下。为进一步确定碳酸盐岩在欠饱和态下的溶解特征及溶蚀速率的表征形式,首先开展了碳酸盐岩裂隙溶蚀试验研究,探讨了CO_(2)及溶液初始Ca^(2+)浓度对溶蚀过程的影响,并基于试验结果构建了欠饱和态下的溶解速率方程;而后采用碳酸盐岩裂隙渗流-溶解耦合模型,通过数值模拟对量化模型的参数进行率定和检验。结果表明:(1)CO_(2)的参与加快了碳酸盐岩的溶蚀扩展,溶液初始Ca^(2+)浓度越高,对碳酸盐岩的溶解抑制程度就越高;(2)CO_(2)作用下碳酸盐岩裂隙溶蚀扩展的平均溶蚀速率增加了1.82~2.29倍;(3)溶液不同初始Ca^(2+)浓度在同等区间流量条件下,蒸馏水为溶蚀溶液的样品中Ca^(2+)浓度差值下降了0.0915mmol/L,溶液初始Ca^(2+)浓度为0.352,0.476,0.581mmol/L的溶蚀溶液中,Ca^(2+)浓度差值分别下降了0.0742,0.0536,0.0474mmol/L;(4)在高度欠饱和状态下溶解动力学由线性速率定律控制,随着溶液中Ca^(2+)浓度的升高,溶解动力学将变为非线性关系,此时Ca^(2+)浓度为0.4倍的平衡时Ca^(2+)浓度。研究结果可为定量评价岩溶发育演化提供数据支撑。

砂岩储层中凝灰质溶蚀效应的物理模拟实验研究——以珠江口盆地惠州—陆丰地区古近系文昌组为例

为认识埋藏过程中酸性流体对碎屑岩储层中凝灰质的溶蚀改造效应及控制因素,选取珠江口盆地珠一坳陷惠州—陆丰地区古近系文昌组凝灰质砂岩储层,设计开展了岩心尺度的流体—岩石相互作用模拟实验。通过显微镜下观察、流体成分分析、物性表征等方法,对比分析了实验前后不同流体流速、不同凝灰质含量条件下砂岩储层的溶蚀作用和物性响应特征。结果表明,酸性流体环境中凝灰质溶蚀现象普遍,但不同实验条件下,凝灰质溶蚀强度及储层物性响应不同:成岩体系的开放性与封闭性决定凝灰质的溶蚀作用强弱。相同岩石和相同酸性流体条件下,高流速开放体系中凝灰质溶蚀量高于封闭体系,且低流速相对封闭体系中溶蚀产物趋于沉淀,溶蚀作用增孔效应有限。凝灰质含量显著影响溶蚀效应,富凝灰质砂岩中溶蚀作用有限,含凝灰质砂岩和贫凝灰质砂岩能够溶蚀增孔,且含凝灰质砂岩的溶蚀增孔效率更高。凝灰质含量相对中等—较低的储层中,中浅层埋藏阶段的开放成岩流体体系最有利于粒间凝灰质溶孔的发育。经历晚期酸性流体溶蚀改造后,较易形成次生溶蚀型优质储层,这一认识有助于不同地区的溶蚀型储层甜点预测。

化学溶液长期浸泡作用下灰岩溶蚀劣化研究

在酸性(pH=3)、中性(pH=7)、碱性(pH=11)3种溶液环境中开展了灰岩浸泡溶蚀试验,测试了不同浸泡周期灰岩的单轴抗压强度、表面微观形貌、浸泡溶液的pH值及Ca^(2+)浓度,并讨论了灰岩宏观力学性能的劣化机制。研究表明:灰岩在酸性环境中溶蚀劣化程度最大,中性环境次之,碱性环境最小;在试验初期,3种化学溶液的pH值均变化剧烈,并逐渐向中性转化,最终呈弱碱性;在酸性溶液中试验初期Ca^(2+)溶出速率较快;而在中性和碱性环境下则溶蚀反应缓慢;随着浸泡时间的增加,溶蚀灰岩在微观形貌上表现为微孔洞扩展,表面粗糙程度加剧;从溶蚀后灰岩微观损伤区域的统计结果来看,3种溶液环境下灰岩的单轴抗压强度均随损伤区域比的增加而减小,酸性环境中的损伤区域比最大,中性环境次之,碱性环境最小。

多元结构地基对防渗墙渗透溶蚀演化规律的影响

深厚覆盖层地基渗透性能和厚度变化会影响坝基渗流场的分布,进而改变坝基防渗墙溶蚀演化进程。为研究多元结构地基变化对防渗墙渗透溶蚀的影响机制,结合流体力学、化学动力学理论和对流-扩散方程,提出覆盖层地基混凝土防渗墙渗透溶蚀耦合分析模型,研究强透水层、弱透水层和第三透水层厚度及渗透系数对防渗墙中钙离子浓度、孔隙率和渗流特性的影响。结果表明:随服役年份增长,防渗墙钙离子浓度表现为先快速增长至峰值,随后不断下降的趋势,孔隙率和渗透系数呈指数型增长变化规律,大坝总渗透流量不断增大;各影响因素中,弱透水层渗透系数对防渗墙钙离子浓度、孔隙率和大坝总渗流量的影响最大,其次为强透水层厚度及其渗透系数;各工况下混凝土防渗墙使用年限为38.46~44.00年。研究成果可为深厚覆盖层多元结构地基上的土石坝工程的长效服役性能评估提供理论依据。

碳酸溶蚀对砂岩储层物性特征及孔隙结构的影响

以鄂尔多斯盆地长6不同渗透率级别砂岩岩心为研究对象,系统研究了碳酸溶蚀前后岩心物性特征、矿物组成以及孔隙结构的变化特征。结果表明:对于较低渗透率的岩样,碳酸水的溶蚀作用造成除石英外的其他矿物组分含量均有所下降,而对于高渗岩样,由于孔隙空间比表面积较小,使得矿物与碳酸水作用强度较弱,少量方解石和长石被溶解而含量下降,其他矿物相对含量有所升高。随着碳酸水的不断注入,渗透率为0.1 mD的岩心孔隙度和渗透率均不断增大,渗透率为1.0 mD的岩心孔渗均是先减小后增大,当岩心渗透率为10 mD时,岩心孔隙度和渗透率均不断减小。总体上,孔隙度相对变化率在-5.77%~-3.68%之间;渗透率相对变化率在-21.87%~-18.47%之间。研究结果揭示了不同孔渗级别砂岩与碳酸水相互作用下孔喉结构变化特征,能够为低渗储层CO_(2)驱油和埋存方案的制定提供重要理论依据。

矿渣水泥基复合材料在杂散电流作用下的抗软水溶蚀机理研究

在轨道交通工程运营期间,复杂的服役环境导致混凝土结构耐久性下降。本文主要研究了在杂散电流与软水溶蚀耦合作用下,矿渣掺量、水胶比和杂散电流电压强度对矿渣水泥基复合材料微观结构的影响。结合X射线衍射、热重、扫描电子显微镜和压汞等方法,分析了矿渣水泥基复合材料经溶蚀90 d后的物相组成、Ca(OH)_(2)含量、微观形貌以及孔结构变化。研究结果表明:矿渣掺量越大,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)含量越少,材料的孔隙率越低,结构更均匀致密;随着杂散电流电压强度的增加,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)和AFt含量变少,且AFt和Ca(OH)_(2)等物相边界变得模糊不清;矿渣水泥基复合材料中C-(A)-S-H的含量略有增多,孔隙率略有下降;随着水胶比的增大,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)含量变少,剩余物相含量变少,微观结构变得松散多孔,孔径结构整体粗化,孔隙率增大。

接触溶蚀条件下混凝土游离钙离子固化效果研究

为研究将硅灰和硅酸钠作为掺合料内掺后的喷射混凝土在接触溶蚀条件下析出钙离子的规律,在不同掺量下制备了单掺和复掺混凝土试块,开展30 d去离子水浸泡试验,测试溶液中的钙离子浓度、溶液pH值的变化情况,并结合SEM等微观检测对接触溶蚀过程进行研究。结果显示:单掺硅灰试块在不换水条件下的钙离子溶出量大大低于空白组,换水条件下30 d内3%、5%、7%掺量组较空白组平均溶出钙离子总重依次减少73.29%、69.65%、69.26%;单掺硅酸钠后,不换水条件下3%掺量的试块钙离子溶出量也能得到明显的降低,换水条件下30 d内1%、3%、5%掺量组较空白组平均溶出钙离子总重依次减少9.22%、20.53%、29.96%;将单掺组中固化效果良好的3%掺量硅灰和5%掺量硅酸钠复掺入混凝土后,不换水条件下浸泡溶液初始钙离子浓度仅为20~30 mg/L,从第18天左右溶液游离钙离子清零,换水条件下复掺试块较空白组平均溶出钙离子总重减少约85%。

溶蚀作用下层状灰岩力学模型研究

【目的】层状灰岩的不同层面会表现出不同的力学特性,为了研究溶蚀作用下不同层面倾角的层状灰岩力学特性影响规律,确立溶蚀作用下横观各向同性应变软化模型对溶蚀作用下层状灰岩力学特性进行描述。【方法】首先,采用横观各向同性应变软化模型来描述无溶蚀作用下层状灰岩平行和垂直层面的力学特性,并结合对0°、30°、60°和90°四个层面倾角的层状灰岩单轴压缩试验结果的整理分析,得到无溶蚀作用下平行和垂直层面的层状灰岩核心参数,即弹性模量、黏聚力和内摩擦角等;然后,基于溶蚀作用下层状灰岩力学发生改变机制分析,确定溶蚀作用下层状灰岩的塑性力学模型;最后,结合溶蚀作用下层状灰岩单轴压缩力学试验结果,采用FLAC—强度折减法联合求解确定溶蚀作用下层状灰岩力学模型中力学参数(弹性模量、黏聚力)随溶蚀作用的变化规律。【结果】结果显示,溶蚀等效时间和卸载应变(裂纹发育程度处卸载应变)对不同层面倾角层状灰岩力学特性影响不同,溶蚀等效时间对层面倾角为0°的层状灰岩参数影响最大,卸载应变对层面倾角30°时的层状灰岩参数影响最大。表现为溶蚀等效时间对基质黏聚力c2的影响大于层面黏聚力c1,卸载应变对c1影响大于对c2的影响。【结论】结果表明,横观各向同性应变软化模型能较准确地获取层状灰岩不同层面倾角力学强度参数与溶蚀作用之间的变化关系式,较好地表征溶蚀作用下不同层面倾角层状灰岩力学特性,可为岩溶地下洞室围岩稳定性分析提供理论基础。

碳酸盐岩溶蚀效应及力学特性

针对不同赋存环境下溶蚀对碳酸盐岩力学特性的影响,采用自主研发的岩石动水压力溶蚀试验设备,开展多因素影响下碳酸盐岩溶蚀及单轴抗压强度试验,研究碳酸盐岩溶蚀效应、力学性质劣化规律及化学损伤。试验结果表明,不同赋存环境下岩样出现了不同程度的力学损伤,其抗压强度和弹性模量在溶解后有所下降,溶蚀率越高,峰值应力和弹性模量越低,进而提出劣化度拟合关系式,得到影响岩样抗压强度敏感度的各因素,依次为pH值、温度、时长、流速、动水压力及溶蚀后岩样的微观结构和矿物成分组成。

天全-芦山大溪砾岩特征及溶蚀试验研究

大溪砾岩是指分布在天全-芦山一带的杂色厚层粗粒砾岩,岩体为钙质胶结,在水岩作用下很容易产生类岩溶现象,在一定程度上增大了发生地质灾害的风险。为了研究大溪砾岩类岩溶的发育特征,结合相关地质资料,对大溪砾岩沿走向方向,进行了岩溶溶蚀试验。试验结果表明:①大溪砾岩中段溶蚀速度为0.38 g/h,上段溶蚀速度为0.25~0.29 g/h,下段溶蚀速度为0.07~0.20 g/h;②大溪砾岩的溶解能力由冲积扇扇顶向扇尾逐渐减弱。通过溶蚀试验,基本掌握了大溪砾岩沿走向方向上的类岩溶发育特征,可以为当地地质灾害的风险评估提供参考。

生态保护修复对碳酸盐岩溶蚀速率的影响——以重庆市为例

岩溶区矿山生态修复、石漠化治理等生态保护修复工程,不仅改善了区内生态环境,而且有利于促进土壤、岩溶固碳增汇,对实现“双碳”目标具有重要意义。以重庆主城北碚矿山生态修复、渝东北巫山石漠化治理区等为例,通过野外标准溶蚀试片实验法和土壤取样测试分析法,研究不同生态保护修复措施下土壤碳库、碳酸盐岩溶蚀速率等变化特征,探讨不同生态修复方式对碳酸盐岩溶蚀速率的影响。结果表明:灰岩矿山修复区、石漠化治理区,土壤无机碳(SIC)含量较高,约为土壤有机碳(SOC)的4.5倍,且对碳酸盐岩溶蚀速率有一定的抑制作用;修复时间越长,土壤有机碳(SOC)含量越高,但SOC含量与碳酸盐岩溶蚀速率的相关性不显著;从夏季(监测期7、8月遭受极端高温干旱)至秋、冬、春季,土下及地表试片溶蚀速率明显增大;不同生态保护修复方式或植被恢复类型,碳酸盐岩溶蚀速率明显不同,北碚矿山修复区月桂林>草灌从(橘树)>草灌从(桃树)>花椒树>李子树,巫山生态修复区石漠化治理林地>封山育林林地>石漠化治理果园。

贵州典型岩溶区不同植被类型下碳酸盐岩溶蚀速率及影响因素

为探究不同岩溶区不同植被类型下碳酸盐岩溶蚀特征及其影响因素。采用溶蚀试片法研究贵州茂兰自然保护区(ML)、镇宁沙子乡(SZ)、兴义郑屯镇(ZT)和施秉干竹槽(GZ)4个典型岩溶区不同植被类型下的溶蚀速率,并分析其主要影响因素。结果表明:不同岩溶区基岩试片、标准试片在一年和一年半的溶蚀速率为2.37~7.42 mg/(cm^(2)·a),溶蚀速率大小表现为SZ>GZ>ML>ZT。4个岩溶区不同植被类型下的试片溶蚀速率存在明显差异,ML和GZ的试片溶蚀速率表现为乔木林>灌木林>草地,SZ和ZT的试片溶蚀速率表现为灌木林大于乔木林和草地,说明不同岩溶区乔木林和灌木林能明显促进碳酸盐岩溶蚀;在土壤0~30 cm,试片溶蚀速率整体随土层增加而增加。ML和ZT的溶蚀速率主要受到土壤CO_(2)含量和土壤pH的影响;SZ主要受到土壤pH和土壤含水量的影响;GZ主要受到土壤CO_(2)含量和土壤有机碳的影响,可见土壤因子对不同岩溶区溶蚀速率的影响存在差异。该研究可为岩溶碳汇精准估算和生态修复与保护提供参考依据。

溶蚀作用下硅酸三钙水化产物微结构演变机理研究

处于水下区的大坝混凝土由于钙离子溶出易遭受溶蚀破坏,从而造成水泥水化产物脱钙溶解,进而导致大坝混凝土性能劣化失效。为深入揭示大坝混凝土溶蚀劣化机理,有必要厘清溶蚀作用下水泥水化产物形貌与微结构的演变规律。硅酸三钙(C_(3)S)是水泥的主要矿物相,其水化产物特性对水泥及混凝土性能影响显著。为此,本研究制备了高纯度C_(3)S单体,加水水化后浸泡在不同浓度氯化铵溶液中模拟水泥水化产物的加速溶蚀,并结合热重分析、核磁共振、扫描电镜、氮吸附等微观测试方法对其溶蚀前后产物的组成、微纳观结构与形貌进行表征。结果表明硅酸三钙水化产物与氯化铵溶液发生中和反应,溶液的pH值升高;氯化铵浓度越大,反应后溶液的pH值相对越低、水化产物脱钙程度越大,证实了溶蚀程度与环境条件密切相关;溶蚀减少了水化产物中水化硅酸钙凝胶中的化学结合水含量,使硅链结构发生聚合、孔隙结构被粗化并加剧水化硅酸钙凝胶的空心程度,且结构和形貌变化程度随溶蚀程度的增加而增大,从微纳观尺度为揭示混凝土溶蚀机理提供了依据。

基于随钻电阻率成像测井分析的礁滩灰岩储层裂缝及次生溶蚀的精细表征——以珠江口盆地陆丰油田为例

陆丰X-1油田是近年来珠江口盆地东部勘探发现的优质礁滩灰岩油田,蕴含着丰富的油气资源,但灰岩储层岩性复杂、孔隙结构复杂及非均质性极强,为储层评价及油田整体开发带来了极大的挑战。通过将随钻高分辨率电阻率成像测井技术引入对礁滩灰岩沉积构造特征、裂缝精细表征、次生溶蚀定量计算及产能主控因素的研究中。结果表明:陆丰X-1灰岩油层纵向上可细分为ZJ10A及ZJ10B灰岩段,ZJ10A灰岩段主要为礁灰岩沉积,沉积构造主要表现为块状及层状特征;ZJ10B灰岩段主要为生物碎屑滩沉积,沉积构造以层状结构为主。以高分辨率电阻率成像资料为基础,确定了ZJ10A灰岩段主要发育高角度构造缝,裂缝有效性及纵向沟通性好;ZJ10B灰岩段裂缝类型以溶蚀缝及孤立缝为主,裂缝有效性及纵向沟通性相对较差。陆丰X-1灰岩油层发育斑杂状、团块状、蜂窝状及顺层状等多种次生溶蚀类型,利用电阻率频谱分析方法及PoroTex方法对陆丰X-1灰岩油层次生溶蚀孔隙度及视面孔率进行了定量计算,优质储层段次生溶蚀孔隙度及视面孔率均较高。综合电阻率成像测井解释成果以及动态生产资料对陆丰X-1灰岩油层产能主控因素进行了分析,次生溶蚀对产能是正向贡献而高角度构造缝则是负向贡献。高分辨率成像测井技术在陆丰X-1油田礁滩灰岩层段的成功应用既满足了储层精细表征的需求,又为陆丰X-1油田后续整体开发提供了坚实的数据基础。

非均质性控制的岩体裂隙溶蚀机制研究综述

岩体裂隙作为自然界中渗流-溶蚀过程的介质之一,是自然演变过程中化学风化作用的重要载体。目前学界认同的研究成果主要集中在均质、各向同性条件下的裂隙溶蚀研究中,并不能适用于由裂隙非均质性、各向异性等影响下的溶蚀演化。近四十年,限于真实岩石、岩体裂隙的复杂结构以及渗流-溶蚀过程的微观机制影响,许多非均质性参数对裂隙溶蚀特征的影响仍未取得清楚认知。因此,针对岩体裂隙几何特征非均质性、矿物分布非均质性和裂隙溶蚀模式及判别准则状三方面研究现状进行了分析阐述,并探讨了非均质性对自然裂隙溶蚀演化过程中存在的关键问题,分析了岩体裂隙溶蚀今后的研究趋势,并做出了研究展望。

重力条件下粗糙裂隙溶蚀过程的可视化试验研究

岩体裂隙的溶蚀现象广泛存在于自然过程和工程实践,重力对溶蚀过程具有重要作用。可视化观测技术是研究粗糙裂隙溶蚀机理的关键手段,然而传统的可视化技术存在裂隙粗糙壁面难以复制、溶蚀过程难以实时观测等问题。通过自主研发的粗糙裂隙溶蚀过程可视化试验平台,开展了垂直裂隙和水平裂隙在4种流量条件(0.05,0.1,0.3,1 mL/min)下的溶蚀可视化实验,研究了重力效应对溶蚀模式和溶蚀形态的影响,采用分形维数量化了不同溶蚀模式的形态学特征,最终确定了不同佩克莱数(Pe)条件下的突破时注液量。试验结果表明:在Pe≤62.1范围内,重力效应对溶蚀模式具有重要影响,垂直裂隙中的溶蚀发育为浮力主导模式和通道模式,重力效应将诱发单一、集中的溶蚀通道;而水平裂隙则统一发育为开度演变均匀、宽度较大的通道,即经典的虫洞溶蚀模式;在Pe数较大时(Pe=207.0)时,垂直裂隙和水平裂隙中的溶蚀均发育为均匀溶蚀。试验结果还证实了垂直裂隙更易发育为贯通的溶蚀通道,从而加速溶蚀突破;Pe=20.7时为最优注入条件,垂直裂隙的突破时注液量最小。在此条件下,垂直裂隙的突破时注液量仅为水平裂隙的1/4。建议重点关注重力效应对溶蚀过程的影响,研究结果对CO_(2)地质封存等工程实践具有重要意义。

乌麻河喀斯特小流域核桃林土下溶蚀速率研究

通过前人对岩溶溶蚀速率的研究,验证了不同土地利用方式产生的土壤理化性质差异与变化对岩溶溶蚀速率有较大的作用、岩溶区内 CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的促进作用。因此结合贵州省喀斯特地区具体情况,本文通过野外标准灰岩溶蚀试片法,在乌麻河喀斯特小流域具体研究喀斯特岩溶区核桃林土下溶蚀速率的变化。内容测定了在可变条件下,在人工林、人工草、坡改梯石漠化措施下、自然草地条件下、自然裸岩上一年四季试片绝对溶蚀量、溶蚀速率,并结合土壤有机碳含量、土壤含水量、土壤呼吸、土壤 CO2等野外现场测定数据分析,研究溶蚀速率的影响因素。

防渗帷幕灌浆结石体的溶蚀特性研究

文章研究了不同水泥种类和水胶比的净浆试件和灌浆结石体在不同pH值侵蚀溶液作用下抗溶蚀特性。结果表明:在中性水中溶蚀的试件,溶蚀进程非常缓慢;水泥灌浆材料抗溶蚀性能随侵蚀溶液pH增大而增强;相比于普通硅酸盐水泥,CGM超细水泥有更好的抗溶蚀性,与花岗岩形成的结石体的使用寿命更长;水胶比为0。5的超细水泥净浆试件的抗溶蚀性能最好;灌浆结石体试件溶蚀规律与净浆试件溶蚀规律相近。

围护结构封闭条件下断层及溶蚀带抽水试验研究

为降低白云机场T3交通枢纽站基坑开挖的风险,在围护结构封闭条件下对F1断层及溶蚀带进行抽水试验,得出F1断层及溶蚀带地下水为岩溶水及构造裂隙水,具承压性,平均渗透系数为1.41m·d^(-1),基坑开挖过程有较高突涌水风险等结论,建议在后续施工过程中开展动态止水、防水设计,为类似断层及溶蚀带不良地质下的基坑施工提供了参考。