碎屑岩骨架颗粒溶解的热力学模型及地质意义

基于热力学平衡原理,探讨了不同温压条件下,碎屑岩在成岩过程中各种骨架颗粒溶解相关的9个反应吉布斯自由能增量和平衡常数的计算结果说明:各种骨架颗粒(钾长石、钠长石、钙长石以及铁镁暗色矿物中的辉石、角闪石等)在成岩过程中的稳定性都较弱,抗溶蚀能力都不高;铁镁暗色矿物和中基性斜长石在碎屑岩的成岩条件酸性介质中,比酸性斜长石和碱性长石更易发生溶解,形成次生溶蚀孔隙,为油气的储集和运移提供空间和通道。

微冻胀填料中填充料冻胀与骨架颗粒的相互作用机制

针对季节性冻土地区路基冻胀对高速铁路平顺性影响的问题,运用室内试验与理论分析相结合的方法,研究填充料、含水率及外荷载等因素对微冻胀填料冻胀的影响,并分析冻胀过程中填充料与骨架颗粒之间的相互作用机制。结果表明:微冻胀填料由粗粒骨架、骨架颗粒之间的填充料及未填充的剩余孔隙组成;当填充料填充率为0.25时,填料发生初始宏观冻胀;上覆荷载具有抑制填料冻胀的作用;冻结过程中刚度较大骨架粗颗粒的体积基本不发生变化,而填充料体积发生膨胀起到填充骨架颗粒间剩余孔隙和抬升骨架颗粒的作用,引起宏观冻胀;当骨架颗粒间的剩余孔隙率较大时消纳作用强,同时削减了抬升作用,而抬升作用使骨架颗粒间的间隙增大,从而又促进了填充料填充作用的发展;当骨架结构稳定时,填充料的填充作用明显;微冻胀填料的冻胀过程实际上是填充料的填充作用与抬升作用的动态平衡过程。

东海西湖凹陷古近系砂岩骨架颗粒构成及控制因素

通过对西湖凹陷砂岩岩石薄片资料的研究,分析成岩作用过程中长石含量、Q1/(F1+R1)、F1/R1等敏感的矿物指数,并结合水动力学背景、物源特征,探讨了砂岩骨架颗粒横向及垂向差异控制因素。在横向上,由于平湖组至花港组沉积时期西湖凹陷为宽缓地貌、水动力背景相近,砂岩骨架颗粒在东西方向上没有显著变化;砂岩骨架颗粒南北向差异较大,成分成熟度却相似,可能与南北物源差异和铝硅酸盐矿物的溶解影响有关。在纵向上,受物源区距离、堆积速度等方面的差异影响,从平湖组到花港组,砂岩的成分成熟度降低。花港组和平湖组下部地层段长石减少主要与两个主要烃源层的有机酸性流体对长石等铝硅酸盐的溶解作用有关。

纳米金属有机骨架颗粒Hf-TCPP NMOFs用于肝癌CT成像的研究

目的:探索纳米金属有机骨架颗粒Hf-TCPP NMOFs用于肝癌CT成像的可行性。方法:应用微波辅助溶剂热技术制备纳米金属有机骨架颗粒Hf-TCPP NMOFs。通过人源HepG2细胞噻唑蓝(MTT)实验及BALB/c小鼠体内毒性试验验证Hf-TCPP NMOFs生物安全性。应用鼠源肝癌细胞Walk 256建立SD大鼠原位肝癌模型,通过原位肝癌CT成像探讨纳米金属有机骨架药物Hf-TCPP NMOFs用于肝癌CT造影剂的可行性及成像效果。组间比较采用t检验。结果:Hf-TCPP NMOFs粒径约120 nm,呈单分散的球形。细胞MTT试验表示超过80%HepG2细胞存活。通过注射3个不同药物浓度(10、20、40 mg/kg、对照组)药物后,检测小鼠不同时间点的血液生化指标。即使在最高浓度40 mg/kg时,第7天实验组与对照组比较,差异无统计学意义(WBC:8.14±0.23比8.17±0.26,t=-0.335,P>0.05;RBC:8.95±0.63比8.75±0.26,t=0.734,P>0.05;PLT:8.13±0.58比8.28±0.46,t=-0.617,P>0.05;LYM:2.21±0.28比2.24±0.15,t=-0.426,P>0.05;ALT:43.71±3.54比44.17±4.14,t=-0.531,P>0.05;AST:193.41±7.21比199.59±8.24,t=-1.032,P>0.05;CRE:35.13±2.72比36.86±3.19,t=-0.933,P>0.05;TBILI:0.97±0.15比0.99±0.16,t=-0.275,P>0.05;BUN:7.59±0.71比7.67±0.34,t=-0.251,P>0.05);第14天以下指标实验组与对照组比较差异无统计学意义(WBC:8.22±0.26比8.17±0.26,t=1.894,P>0.05;RBC:8.63±0.24比8.75±0.26,t=-0.517,P>0.05;PLT:8.14±0.48比8.28±0.46,t=-0.739,P>0.05;LYM:2.31±0.21比2.24±0.15,t=-0.926,P>0.05;ALT:44.54±6.65比44.17±4.14,t=0.236,P>0.05;TBILI:1.02±0.10比0.99±0.16,t=0.234,P>0.05;BUN:7.57±0.21比7.67±0.34,t=-0.317,P>0.05)。体重变化曲线显示注射不同浓度的小鼠体重随时间体重变化与对照组比较,虽然有所波动,但总体变化不大。重要器官(心、肝、脾、肺、肾)的组织病理学显示未见药物对脏器的损伤。SD大鼠原位肝癌模型体内CT成像效果表明Hf-TCPP NMOFs除了除具备较长的体内循环时间外,其在肝癌组织中表现出更佳的靶向聚集以及成像清晰度。结论:纳米金属有机骨架颗粒Hf-TCPP NMOFs对肝癌具有良好的CT成像效果。

碎屑岩骨架颗粒溶解的热力学条件及其在克拉2气田的应用

基于热力学相平衡原理,探讨了不同成分的斜长石和钾长石在成岩作用期间与地下流体之间的反应平衡关系,尤其是温度和流体成分(pH值,K+,Na+,Ca2+的活度等)对长石溶解-沉淀平衡的影响.通过检测库车坳陷中克拉2气田的储层物性、次生孔隙、长石溶解的结构特征、次生粘土矿物、地下水化学特征,发现克拉2气田中储层质量最好的岩层的次生孔隙非常发育,而且其中的斜长石的溶解特征也十分明显,斜长石具有明显的选择性溶解的特征,而钾长石表现出清楚的次生加大的现象.地下水化学成分刚好落在长石溶解热力学相图的钾长石沉淀区、钙长石的完全溶解区以及钠长石组分的部分溶解区,很好地解释了本区的长石溶解特征.因此,可得出长石的溶解对本区储层中次生孔隙的发育做出了相当的贡献.推测这些位于异常高压带的长石骨架颗粒溶解所需要的溶剂极可能来自深部的泥岩富含有机酸的挤出水.

填充颗粒占比对砂岩破碎带突涌水通道形成的影响

隧道修建在穿过导水危险性断层时易发生充填体渗透破坏型突涌水。利用EDEM-Fluent耦合计算方法,探究了填充颗粒和骨架颗粒质量比例不同对突涌水通道形成的影响,考虑了固体颗粒间和流体-颗粒之间的相互作用以及流固耦合过程。研究表明,贯通突涌水通道的形成是由于填充颗粒的大量流失。模型中较高的填充颗粒质量占比使得颗粒平均粒径减小,骨架颗粒间接触数量减少,临界水力梯度提高。但当达到临界水力梯度后,在渗流力作用下填充颗粒更易涌出,颗粒流失速度和流失质量增加,骨架颗粒网络较为稀疏,最终孔隙率较大,形成的突涌水通道相对更为贯通。

关于“论土骨架与渗透力”的讨论

本刊2016年第8期焦点论坛＂论土骨架与渗透力＂一文（以下简称原文）与2003年第6期焦点论坛＂莫把虚构当真实＂都讨论了＂渗透力＂,不同的是这次焦点论坛很重视＂渗透力＂而不是反对。论文开始第一句＂土力学中土骨架与渗透力是很重要的概念＂,而且下了定义＂土骨架受到水流的推力与拖曳力称为渗透力＂。比以前焦点论坛定义渗透力只是作用在土骨架颗粒上的切向力提高了认识。

一种用于粗颗粒盐渍土溶陷性的初步判定方法

粗颗粒盐渍土由于难以取到原状土样,因此,溶陷性评价必须通过现场试验才能解决,而这类特殊土大都位于人迹罕至、干旱缺水、交通不便的戈壁区,现场试验所需的大量淡水、大型机械以及浸水周期都将对工程进度和工程费用造成极大困难。本文依托工程实践,提出在不进行现场试验的基础上,通过分析场地地层结构类型、测定地基土渗透系数、骨架颗粒含量和易溶盐含量等即可判定粗颗粒盐渍土溶陷性的方法,经检验,评价结果可靠,适宜推广。

级配和密度组合对粗粒土强度特性的影响

颗粒级配和初始干密度是粗粒土强度特性的两个重要影响因素。为建立粗粒土级配、初始干密度指标与强度指标之间的定量规律。首先,基于多重分形级配方程,推导了单位体积内大于某粒径的颗粒个数与多重分形维数、干密度之间的定量表达式,并将其称之为“骨架颗粒数密度指标”;接着,开展了4种不同级配和密度组合的粗粒土三轴固结排水剪切试验,初步得出结论:连续级配粗粒土的破坏剪应力与骨架颗粒数密度指标之间呈线性递增规律;最后,对该结论进行了大量文献数据验证研究。该结论不仅可为粗粒料填筑优化方案的比选提供参考,对粗粒土强度缩尺效应的研究亦有一定启发作用。

土骨架的新概念与黄土的微结构

本文细化了土骨架的新概念,并对黄土的微结构进行分析。总土骨架的一部分称为子土骨架,外包颗粒、外包颗粒的皮、集粒、凝块、点接触连接、面胶结连接都是子土骨架。黄土的粘粒之间分子键联接最弱,水稳性最差。点接触、面胶结连接归根结底也是土骨架的接触与联接,传递有效应力和提供大气张力库伦抗剪强度。当水侵入时,膜的真黏聚力及膜对颗粒的捆绑能力丧失,并且土的内摩擦角大大减小;水气不抵大气压强,自重应力变为自由水浮力,其他重力的有利作用丧失;土骨架失去接触而溃散,土骨架颗粒填充到架空孔隙中,并重新挤紧,表现为黄土的湿陷。一般来说,点接触结构的湿陷起始压力要比面胶结小很多,对应的是自重湿陷性黄土,面胶结结构对应的是非自重湿陷性黄土。本文提出外包粘粒皮颗粒群骨架的新概念。先由粘粒靠公共结合水膜和收缩膜联接形成大大小小的包皮,包皮之间点接触或面胶结联接在一起组成群;包皮内装有碎屑颗粒或集粒,两者之间有联接,地震时作群体振动。架空孔隙是黄土抗震的主要薄弱环节;骨架的连接方式和质点刚柔是黄土抗震的主要因素;点接触连接比面胶结容易破坏得多;质点的振动程度按砂粒、粉粒、集粒、凝块由高到低变化;一般来说,总的震陷程度按砂黄土、粉黄土、黏黄土由高到低变化。

抽取地下水引起承压含水层变形的研究

上海地铁隧道纵向变形的影响因素众多,城市地面沉降是其主要因素之一,而抽取深层地下水是引起上海市地面沉降的主导因素。从质量守恒方程出发,建立反映含水层渗流场和变形场耦合的三维应变模型,探讨抽取深层地下水引起含水层形变的机理;运用有效应力理论,推导了承压含水层地下水运动方程,得到承压含水层形变与地下水头降深的关系。

安塞油田长2油层成岩作用及其对储层物性的影响

安塞地区长2油层储层以中细粒长石砂岩为主,主要成岩矿物为绿泥石环边、方解石胶结物、石英和长石加大生长、伊利石、伊-蒙混层、钠长石和高岭石等。绿泥石环边的发育对原生粒间孔的保存起到有利的作用。石英加大级别达 级,加大边含有丰富的有机包体,均一温度范围48.1～76.5oC,烃类进入储层的时间为早白垩世中期至晚白垩世。储层发育多种孔隙类型,面孔率平均为11.60%,主要类型有粒间孔、骨架颗粒溶孔和微裂缝等。残余粒间孔和骨架颗粒溶孔是本区长2储层的主要孔隙类型。根据成岩作用的矿物岩石学标志、有机质成熟度及古温度,将长2油层砂岩的成岩作用划分为3个成岩阶段:早成岩阶段、晚成岩阶段和表生成岩阶段。储层性质明显地受到沉积微相和成岩作用的影响,沉积物粒度较粗、厚度较大的分流河道储集物性明显优于各种粒度较细、厚度较薄的分流间席状砂体。

管涌发生发展过程的细观试验研究

利用显微摄像可视化跟踪技术进行了管涌模型试验,从细观角度观察到了管涌从开始到破坏的整个过程。较详尽地分析了管涌过程中颗粒的移动规律及通道的形成特点,表明骨架颗粒,可动颗粒以及与水之间的相互作用行为贯穿管涌发展的全过程。结合伯努里方程和临界牵引力理论,得到了基于临界速度的临界水力梯度公式;基于试验数据,从孔隙率对临界水力梯度的敏感性角度验证了模型的有效性,表明在分析孔隙率对临界水力梯度的影响度时,该模型优于太沙基模型。

从团粒结构失稳角度探讨由灌溉引起的黄土湿陷发生机理

利用SEM/EDX等测试手段,探讨了由灌溉引起的黄土湿陷发生机理。结果表明:黄土湿陷过程包括初始快速变形和后续迟缓变形2个阶段,这2个阶段的发生都与黄土的骨架颗粒——团粒有关。前者是由于黄土中非水稳性团粒遇水破坏所至,而后者是因为水的渗透造成黄土团粒主要胶结物碳酸钙的淋溶移动损失,从而导致失稳。黄土中松散结构或架空孔隙的存在是产生湿陷的重要条件,但不是湿陷发生的根本原因。

影响塔里木盆地西部碎屑储集岩物性因素分析

在塔里木盆地西部形成、演化的宏观构造背景控制下，碎屑储集岩本身的骨架颗粒成分、物理化学性质以及填隙物成分和含量等成为影响研究区碎屑储集岩物性的主要内在因素。通过统计不同时代碎屑岩中刚性、塑性和半塑性骨架颗粒含量，表明志留、泥盆系岩屑砂岩中较高的半塑性、塑性颗粒含量和机械压实作用是导致其物性变差的最主要原因。砂岩填隙物中泥质杂基含量增加与颗粒间接触强度之间存在良好的正相关性。而碳酸盐含量与砂岩孔隙度间的相关分析表明：该区砂岩孔隙间的碳酸盐矿物主要起堵塞孔隙的作用。将成岩作用划分为建设性成岩作用和破坏性成岩作用两大类，有利于从宏观上分析成岩作用对储集的影响。

无粘性土中管涌的临界水头梯度研究

将管涌型无粘性土中的颗粒分为骨架颗粒、阻塞颗粒和可动颗粒三组,在分析骨架孔隙中可动颗粒受力的基础上,将总压力降分为骨架孔隙壁引起的压力降、骨架孔隙中静止颗粒引起的压力降及正在运动的颗粒引起的压力降三部分,从而得到了可动颗粒起动的临界水头梯度公式.对管涌试验的校验证实了该公式的有效性.计算结果表明:当有细颗粒流失后,级配不连续的管涌型土比级配连续的管涌型土更易发展成管涌破坏.同时还证实:随着可动颗粒的流失,管涌破坏可以转化为流土破坏.

储层岩石连续性特征尺度研究

根据物体的连续介质理论 ,对储层岩石的连续性特征尺度进行了研究。岩石是由分离状态的固体骨架颗粒和粒间孔隙构成的 ,并非严格意义上的连续体。用岩心进行储层物性参数分析时 ,物性参数分析值受岩心尺度大小的影响很大。岩心尺度较小时 ,物性参数分析值剧烈变化 ;岩心尺度较大时 ,物性参数分析值趋于稳定。物性参数分析值不发生剧烈变化的最小岩心尺度 ,称作岩石的连续性特征尺度。所选用岩样的实际尺寸大于连续性特征尺度时 ,岩石可视作连续性物体 ,可以测量到代表储层性质的物性参数。选用实际尺寸小于连续性特征尺度的岩心进行分析没有任何意义。不同地层的连续性特征尺度是不一样的。一般砂岩的连续性特征尺度在厘米量级 ,而溶洞型碳酸盐岩的连续性特征尺度在米量级。文中提出的连续性特征尺度的定量计算方法 ,使连续性问题从定性分析阶段上升到定量研究的水平。

大同煤田晚古生代陆源区母岩组合探讨

从岩石矿物学出发,通过对山西大同聚煤盆地内石炭纪砂岩的骨架颗粒组合进行的分析研究,确定了本区砂岩的基本类型,指出母岩组合类型为以沉积岩为主,变质岩次之并有少量的岩浆岩。

饱和黄土场地效应及其对斜坡稳定性的影响研究

马兰黄土形成于晚更新世,具有富含垂直节理、质地松散的特征,在我国北方地区具有广泛的分布。马兰黄土具有特殊的结构性,大量的细颗粒和盐晶胶结而成的亚稳态的架空骨架使得其在动力作用下具有强烈的灾变风险。同时,马兰黄土中以易溶盐作为土骨架颗粒胶结物及其架空孔隙分布的结构特征使得水对其力学性能的影响十分显著。

黄土单向固结试验微观非连续变形分析

黄土骨架颗粒的架空结构体系控制着其主要力学行为,应用非连续变形分析方法可从微观揭示其力学行为的本质。采取陕西省泾阳南塬的L5(Q_2)黄土原状样,进行各种土力学试验,测定其物理力学性质参数;采用光学显微镜和图像处理软件得到土样的微观结构图像,描绘颗粒形态,建立该土样的非连续变形分析微观结构模型,并模拟了土样在1.0,12.5,25.0,50.0,100.0,200.0,400.0 k Pa荷载作用下的压缩变形。结果得到:土样在压缩过程中,微观结构变化图像及压缩曲线和室内固结试验结果较为接近,说明采用非连续变形分析方法模拟黄土的微观变形特性是可行的。研究结果为分析黄土的微观物理力学性质提供了一种思路。