湿热力作用下粉砂质泥岩开裂特性研究

为探究湿热力作用下粉砂质泥岩的开裂特性,开展裂隙演化试验,得到湿热力单因素及多因素耦合循环作用下粉砂质泥岩的裂隙演化规律,同时利用X射线衍射、扫描电镜研究其微观结构变化特征,分析宏观和微观试验结果关联性,揭示湿热力作用下粉砂质泥岩裂隙扩展机制.研究结果表明:粉砂质泥岩裂隙发育表现为增长-平缓趋势;在单因素循环作用中,湿度循环(浸水~烘干)最易造成粉砂质泥岩开裂,温度循环(5~60℃)次之,荷载循环(0~50 kPa)最弱;在多因素耦合循环作用中,裂隙发育程度排序为:湿热力>湿热>湿力>热力,验证了湿度循环致裂性最强的结论.湿热力耦合循环作用15次后裂隙率达0.92%,裂隙条数增至30条,平均长度延伸至60.58 mm,而平均宽度稳定在0.47 mm左右.孔隙率与裂隙率的灰关联度最大,为0.813,即微观结构变化中孔隙发育与裂隙扩展的关联程度最大.湿热力耦合循环作用中,湿度循环引起黏土矿物晶层间距变化,导致颗粒破碎、孔隙扩张形成微裂隙,温度循环使试样产生差异性热应力、水分分布,促使微裂隙发育贯通,荷载作用增加尖端应力,最终导致裂隙网络形成.

鄂尔多斯盆地东部热力作用的期次和特点

盆地深部由于地球内蕴藏的巨大热源和岩石圈放射性元素蜕变热构成的热能,可通过多种热传导方式释放,如岩浆类热流物质向地壳浅部或近地表上部传递热力形成地热异常和热力作用。鄂尔多斯盆地东部晋西挠褶带热力作用发育具有与华北板块早白垩世发生的重要构造转换和岩石圈减薄事件等背景相关,深部岩浆侵入和热力作用事件的发生可使该区地下深处形成许多隐伏的中深成侵入岩或浅成-喷发相岩体及其伴随的热力构造。早白垩世这次强烈的构造热力变动伴有盆地东翼大面积的抬升隆起、吕梁断隆带的翘倾、离石断裂带和晋西挠褶带及西倾大斜坡的形成。以紫金山碱性杂岩体为代表的岩浆热力作用表现为一个多期形成的岩筒、岩床状碱性侵入体,地球化学特点是富碱、Fe,贫Mg;稀土元素含量高,无Eu异常;表现出岩浆侵入有明显的两组方向和多期多阶段侵入或喷发,可侵入到二叠纪—三叠纪地层中。盆地东部火成岩同位素测年数据统计岩浆-热力作用高峰期在110～150Ma。挑选紫金山碱性杂岩体3件单颗粒锆石样数百粒,进行U-Pb同位素SHRIMP测年,其中17组锆石样年龄在125～132Ma,相当于早白垩世。与华北地区早白垩世较普遍的构造热事件具有一致性。此外,还发现有早期(石炭纪—二叠纪)岩浆热力作用事件。构造演化分析显示多期多阶段热力作用特点。鄂尔多斯盆地东部热力作用对盆地油气煤铀多种能源成矿成藏富集研究与勘探评价具有重要意义。

青藏高原动力和热力作用对热带大气环流影响的数值研究

应用在CCM3气候模式基础上发展的一个CCM3(R15L9)长期预报模式 ,进一步研究了青藏高原热力和动力作用对夏季热带地区大气环流的影响。结果表明 :在 6月初夏季节 ,青藏高原动力和热力作用在 30°N和 30°S一带有明显的增温效果 ,有利于北半球副热带西风减弱北移、热带高层东风增强北进、南半球西风带北压和赤道中低层西风形成和加强。加速了季节转换过程 ,有利于增强越赤道气流和南北半球的大气交换作用 ,还有利于在南海、菲律宾以东海面上热带气旋的形成和发展 。

热带次生林林窗不同热力作用面特征分析

利用热带次生林林窗边缘树表温和林窗区域地表温的观测资料 ,探讨了昼间林窗各热力作用面的热力效应及其变化规律 .通过分析林窗边缘树表温和林窗地表温的变化 ,指出在林窗区域林窗边缘墙面是林冠面、林窗地面、林内地面之外的新的第 4热力作用面 ;各个热力作用面的热力效应随季节、位置和时刻的不同有着明显差异 .在受浓雾影响的上午 ,林窗地面热力作用较强 ;在中午和下午林窗东侧林缘壁面、林窗东侧 东北侧地面的热力作用显著 ,中午以林窗地面作用较强 ;而下午则以林窗边缘墙面作用较强 .各个热力作用面的热力特征和相互作用将制约林窗的热力变化 ,影响植物的生长 .

青藏高原大地形的动力、热力作用与低频振荡

在对青藏高原大地形的动力和热力作用作物理分析的基础上 ,着重分析了青藏高原大地形的高度、地形坡度和非绝热加热对中高纬低频振荡的影响 ,指出 :青藏高原大地形的高度、合适的地形坡度和地形加热都可以促进低频振荡的形成 ,而且 ,这些因子都会影响低频Rossby波的稳定性 .

云南哀牢山常绿阔叶林林缘不同热力作用面热力特征

利用云南哀牢山原生的亚热带常绿阔叶林西南向边缘的表温观测资料 ,探讨了原生常绿阔叶林林缘区域不同热力作用面表温的水平、垂直分布特征及其差异。指出哀牢山原生的亚热带常绿阔叶林林缘与热带片断化季雨林林缘相同 ,其林缘壁面的热力效应同样是不可忽视的 ,在林缘区域构成了除了公认的林外地表面 ,林冠面和林内地表面 3个热力作用面之外的一个新的第 4热力作用面。对其进行深入研究 。

热带季节雨林林窗边缘不同热力作用面热力效应的季节变化特征

通过对热带季节雨林雾凉季和湿热季昼间林窗区域不同热力作用面的热力效应初步分析 ,指出在西双版纳 ,不论是雾凉季还是湿热季 ,热带季节雨林林窗边缘壁面均具有不可忽视的热力作用 ,且由于受林缘树木的影响 ,热力效应较强的东侧、北侧林缘壁面最大区域出现位置高于次生林林窗 ,而强度小于次生林林窗。显示了林窗边缘壁面的热力效应除与太阳高度角、太阳辐射的时间长短和强度有关之外 ,林窗边缘树木高度也是不可忽视的因子。其结果可为进一步研究林窗小气候形成机制提供研究基础 。

青藏高原动力和热力作用对季节转换期全球大气环流影响的数值研究

利用ＣＣＭ１（Ｒ１５Ｌ７）－ＬＮＷＰ模式，以１９９６年３月１７日的国家气象中心客观分析资料为初始场，分别采用有、无青藏高原两种方案，数值研究了青藏高原对５月份全球大气环流季节转换的影响。试验结果表明：北半球初夏，青藏高原区域用同纬度地区的一个中空热源，其作用可以在２００ｈＰａ层形成一个２２４Ｋ的暖中心，使大气增暖７Ｋ以上。高原地形的动力和非绝热作用使得南极大陆２００ｈＰａ层大部分地区降温６Ｋ左右，最大负中心可达－８．２８Ｋ，这对于南半球由夏至冬过程中，环极涡旋的强度加深和范围扩大是有利的。高原地形作用对北半球大气环流平均槽脊的形成和维持有十分重要的影响，它加强了高原所在纬度带北侧（减弱了南侧）由南向北的正温度梯度，同时也增强了３０°Ｓ附近由北向南的正温度梯度，从而有利于季节转换过程中全球中纬西风带的整体北移和初夏亚洲季风环流的形成。同时高原地形作用在赤道及低纬地区形成的位势增加区，有利于南半球热带高压脊的北退和北半球副高增强北移。此外，它还有利于南半球极地东风带的增强和５００ｈＰａ层环极低压带的强度减弱，同时增加了罗斯海附近的极涡强度。

9106号台风的热力作用对出梅影响的数值研究

利用一个五层的原始方程模式，研究了９１０６号南海台风的热力作用对１９９１年江淮梅雨的影响，数值试验结果表明，这次台风活动对１９９１年梅雨提前结束起了很大的作用。其影响的物理机制可归纳为：台风扰动热源在对流层激发出的水平流场，减弱了西南季风及其向江淮流域的水汽输送，使江淮流域的水汽通量辐合减小，影响东亚夏季风的经向垂直环流圈，抑制了江淮流域梅雨期的季风环流，促使西太平洋副高北跳，使梅雨结束。

青藏高原隆升对西北干旱气候形成影响的模拟(Ⅱ):水汽收支及高原动力、热力作用的影响

青藏高原隆升对西北干旱区形成的研究,对于理解西北干旱气候环境的形成有重要的意义。本文通过数值模拟,初步探讨了高原隆升前和隆升至临界高度时,我国干旱区大气水分循环及青藏高原动力、热力作用与现在的差异。结果表明,青藏高原隆升前和隆升至临界高度时,干旱区边界内获得的净水汽通量均明显比现在偏多;我国干旱区700hPa涡度比现在大;夏季高原地区的上升运动比现在弱,干旱区下沉运动偏弱,这些都更有利于降水的产生。

高原热力作用对高原夏季风爆发的指示意义

利用1979-2011年ECMWF月平均再分析资料、逐月青藏高原地面加热场强度距平指数（B-H）以及中国地面国际交换站逐日24 h降水量,研究了高原热力作用与高原夏季风之间的联系,结果表明：B-H与传统高原季风指数（TPMI）之间存在较好的同时相关关系,B-H与动态高原季风指数（DPMI）之间存在较好的超前1~3个月的相关关系,这种关系在干季尤为明显。前期2月青藏高原热力作用偏强将会导致高原夏季风爆发偏早,爆发初期强度偏强。

2010年6月中国南方持续性强降水过程:天气系统演变和青藏高原热力作用的影响

2010年6月中国南方发生持续性强降水,其强度与2008年6月相当,超过近年来其他年份。但是,与2008年6月相比,2010年6月对流层中低层低值系统活动在青藏高原至长江中下游地区异常频繁,副热带高压(副高)位置异常偏西、强度偏强,导致低层异常风场辐合区及强降水区域相对偏北。分析2010年6月14—24日中国南方连续出现的4次持续性强降水过程,发现南亚高压、对流层中层的中纬度槽脊和西太平洋副高以及低层切变线和东移低涡是造成持续性强降水的主要天气系统。利用WRF模式对2010年6月强降水过程实施显式对流集合模拟试验,在控制试验重现观测到的地面降水和天气系统特征的基础上,在敏感性试验中将青藏高原的地表短波反照率修改为1.0,对比两组模拟试验的结果表明:控制试验中青藏高原的地表感热加热作用使得高原及其周边地区的大气温度发生变化,相应的热成风平衡调整使得对流层低层至高层大气环流和天气系统特征发生显著变化,增强了中国南方的持续性降水。200 hPa青藏高原西部形成反气旋性环流异常,东部形成气旋性环流异常,青藏高原东部南下的冷空气加强,中国南方辐散增强;500 hPa青藏高原北部的脊加强,中国东部的槽加深,副高西北侧的西南风明显增强,从青藏高原向下游传播的正涡度也显著加强;850 hPa的低涡强烈发展并逐步东移,华南沿海的西南低空急流更为强盛,导致降水区的水汽辐合、上升运动及降水强度都增强。

热带季节雨林林窗不同热力作用面的热力特征

利用热带季节雨林林窗区域小气候要素的观测资料 ,探讨了昼间林窗区域不同热力作用面的热力特征 .在西双版纳雾凉季 ,热带季节雨林与次生林相似 ,其林窗边缘壁面具有不可忽视的热力作用 ,是林窗区域除林冠面、林窗地表面和林内地表面之外的新的热力作用面 .由于林窗边缘树木高度的影响 ,其东侧、北侧林缘壁面热力效应最大区域出现位置高于次生林林窗 ,而热力效应强度小于次生林林窗 .其结果可为进一步研究林窗小气候形成机制提供研究基础 ,为研究林窗更新及生物多样性影响提供科学参考 .

热力作用对烃源岩中重排藿烷类化合物形成的作用

通过对87个采自鄂尔多斯盆地煤系烃源岩和松辽盆地湖相烃源岩样品进行的地球化学分析结果显示,热力作用对烃源岩重排藿烷组成特征的影响强烈。随成熟度的变化,来自两套沉积体系的烃源岩中重排藿烷相对丰度的分布相似,随成熟度增大17α(H)-重排藿烷和18α(H)-新藿烷相对丰度均先增大后减小,并在Ro:0.80%~0.90%(生油窗)时达峰值。不同沉积环境的烃源岩中重排藿烷的成熟度与绝对浓度的变化规律一致。在R_o:0.50%~0.70%(未熟—低熟)阶段,重排藿烷绝对浓度较大;在R_o:0.70%~0.80%(成熟)阶段,重排藿烷的绝对浓度显著降低。不同沉积环境中重排藿烷的参数随成熟度的变化规律揭示:在重排藿烷的形成过程中,热力作用的影响要强于沉积环境和生物来源。

热力作用的地质、成矿(藏)效应及其判识

本文重点讨论了热力作用在沉积盆地形成、构造变动、油气赋存等方面的地质效应和影响。研究认为:1)热力作用是盆地形成的重要动力和类型,论述了热力盆地形成机制和动力学过程;2)热力作用是富烃凹陷形成的必要条件,即国内外富烃凹陷一般均具有高-较高的地热背景;3)热力构造存在普遍,类型特殊,构造特征复杂。进而讨论了热力作用地质效应的判识及研究。

热力作用下石油流体运移的能量方程

为了探讨油气运移成藏机制 ,从热力学角度论证了热可以作为油运移的动力 ,并根据模拟实验结果首次建立热力系条件下热作为流体运移动力时流体流动的能量方程 ,研究了流体在热力作用下焓的变化情况 .在模拟实验中油运移的速度和距离取决于油 (流体 )从外界吸收的热量及焓 .由此 ,有可能对热作为石油流体输运动力进行半定量 -定量研究 .同时 ,结合实际例子探讨了热力学系统中流体运动的热力学关系 ,认为热作为流体输运的动力在实际盆地中比较复杂 .如果从单一因素 (热 )来考虑流体运移动力 ,则取决于热的大小和输导层的物性。

埋地管道在热力作用下土壤干燥或解冻的Stefan分析

埋地油气管道通过潮湿地区或永冻地带时 ,由于管内介质与周围土壤相互热力作用 ,使管道周围土壤中水分汽化或冰土解冻 ,出现干燥圈或融化圈现象 ,进而使得土壤和管道发生不均匀的下沉 ,使管道受力发生变化 ,有时甚至会破坏管道结构的完整性 ;同时 ,在干燥圈或融化圈内的土壤热物理性质也将发生变化 ,若不考虑这种变化 ,必然会影响热力计算的合理性。因此分析管道周围土壤干燥圈或融化圈变化对管道系统的设计、施工和管理是十分必要的。文中考虑油气管道对其周围土壤的影响和半无穷大土壤的传热 ,提出了描述土壤传热的数学模型。由于该模型涉及到相变及相变界面的变化 ,属于斯特凡 (Stefan)问题。通过一定的数学处理得到了计算干燥圈或融化圈的特征线方程 ,并采用差分法进行求解特征线方程 ,获得了满意的结果 ,表明该计算方法是可行的。

青藏高原的动力和热力作用对高原低涡形成的数值试验

本文通过适用于高原地区中尺度系统的6层σ坐标原始方程模式,采用理想初始场,进行高原低涡形成的数值试验。同时还研究了地形作用,感热和潜热等多种物理过程对中尺度高原低涡的贡献。通过敏感性模拟试验,揭示了高原低涡形成的物理机制,以及青藏高原动力和热力作用对高原低涡形成的影响。

青藏高原热力作用下的非绝热Rossby波

从含非绝热项的准地转运动方程组出发 ,分析了青藏高原大尺度热力作用下非绝热Rossby波的一些性质 ,从理论上证明当背景西风气流为正压时 ,冬季高原冷却作用有利于Rossby波的经向传播 ,夏季高原大尺度热力作用不利于波动的经向传播。非绝热Rossby波的频率方程说明冬季高原的热力作用是中纬季节内振荡的重要激发机制。同时 ,在背景西风气流为纯斜压条件下 ,求解了高原热力作用下非绝热Rossby波的频率 ,并由频率方程说明冬季高原热力作用有利于波动向不稳定方向发展 ,而夏季高原的大尺度热力作用对波动稳定性的影响存在临界值。

热力作用对塔里木盆地海相原油中甾烷类化合物组成和分布的影响

为了探讨热力作用对原油中甾烷类化合物形成和分布的影响,对塔里木盆地26个典型海相原油样品和1个热模拟样品进行系统的地球化学研究。结果表明:不同演化阶段原油中甾烷类化合物组成和分布的变化较为明显。高熟阶段原油的热裂解作用导致了甾烷类化合物含量大幅降低,过熟阶段甾烷类化合物含量的短暂升高则与原油中高分子量的烃类化合物裂解有关。随着热演化程度的增加,C27和C29规则甾烷在生成和裂解速率上的不同,致使C27/C29规则甾烷的值呈现先减小后增大的趋势,所以C27/C29规则甾烷的值在成熟-高熟阶段不能用于物源方面评价。同样由于热稳定性差异的影响,原油C29甾烷异构化参数在高熟阶段发生'倒转',因此可利用甾烷异构化参数倒转的特征来判断原油的热演化阶段。而原油中重排甾烷/规则甾烷的值与成熟度具有较好的正相关性,可作为原油在成熟-高熟阶段有效的成熟度评价参数。