基于低温氮吸附实验的页岩油储层微观孔隙结构

为研究页岩油储层微观孔隙结构特征,以松辽盆地青山口组页岩油储层样品为例,基于低温氮吸附并结合扫描电镜、TOC与X衍射等实验方法,开展页岩油储层微观孔隙结构特征及其影响因素研究。结果表明:研究储层段有机质富集且成熟度较好,利于油气成藏;以黏土矿物为主,平均体积分数42.6%;低温氮吸/脱附曲线属II+IV型复合曲线且产生H3型滞后环,表明孔结构复杂不规整,以狭缝平板孔、楔形孔为主;微小孔、中孔贡献了主要的孔比表面积与孔体积;基于FHH分形模型,孔隙具有显著的分形特征,分形维数在2.67~2.75,相关系数在0.92以上,表明孔隙空间较小、孔隙结构复杂、非均质性较强。TOC与黏土矿物有利于中孔与微小孔的发育,是影响页岩油储层微观孔隙结构的主要因素。

A New Characteristic Parameter of Frequency Distribution—Fractal Structure Factor

A large amount of data can be obtained by measuring any matter or any phenomenon, and the calculation of characteristic parameter of frequency distribution and simulation of a frequency distribution curve will be made using these data. A new characteristic parameter of frequency distribution-fractal structure factor is suggested for this purpose, and its calculative method and application are given here.

渝东南地区龙马溪组高演化页岩微纳米孔隙非均质性及主控因素

对页岩气赋存的主要场所页岩孔隙的研究是解决页岩气赋存和保存机理的关键,但目前缺少有效的手段去定量刻画高演化页岩微纳米孔隙的非均质性特征。通过低压N2吸附/解吸、高压压汞、场发射扫描电镜（FE-SEM）等实验,运用分形维数对渝东南地区龙马溪组高演化页岩微纳米孔隙非均质性进行了定量分析。结果表明：高演化页岩的微纳米级孔隙非均质性极强。中孔（2.0~50.0 nm）中2.0~4.5 nm的孔隙分形维数平均2.853 4,4.5~50.0 nm的孔隙分形维数平均2.736 7,这种极强非均质性主要受有机质控制。总有机碳（TOC）含量大于1.7%时,有机质孔在中孔中占主导地位,粘土矿物含量的增加会在一定程度上增加中孔的非均质性。宏孔（〉50.0 nm）分形维数平均2.844 1,非均质性较强,主要受石英和碳酸盐等脆性矿物控制,随着碳酸盐矿物含量的增大,非均质程度增加,有机质对页岩宏孔的非均质性影响不明显。

结合面切向接触等效黏性阻尼分形模型

基于MB接触分形理论、结合面切向接触阻尼耗能机理以及阻尼损耗因子的定义,建立了结合面切向接触等效黏性阻尼的分形模型及其损耗因子模型。所建模型表明,结合面切向接触等效黏性阻尼与结合面法向接触载荷、摩擦系数、材料塑性指数、结合面上的切向动态载荷幅值与法向接触载荷之比(简称切法向载荷比)、结合面分形维数以及分形粗糙度参数之间具有复杂的非线性关系,而结合面切向接触阻尼损耗因子与结合面分形维数和分形粗糙度参数无关,仅与切法向载荷比和摩擦系数有关。模型的仿真结果表明,结合面切向接触阻尼损耗因子随着切法向载荷比的增大而增大,随结合面摩擦系数的增大而减小;结合面切向接触等效黏性阻尼随着结合面法向接触载荷、摩擦系数、材料塑性指数的增大而增大,随着结合面分形粗糙度的增大而减小;结合面切向接触等效黏性阻尼随结合面分形维数的变化规律较为复杂,先随着分形维数的增大而增大,在分形维数值1.65附近出现最大值,而后随着分形维数的增大而减小。

钢筋混凝土结构损伤检测的分形特征因子

有效损伤特征因子的提取是结构损伤检测技术的关键和理论研究方向。将分形引入钢筋混凝土结构表面裂缝分布分析,概括归纳了分形适用于损伤检测的两类荷载空间:集布荷载空间和匀布荷载空间。根据试验资料分析,证明损伤的钢筋混凝土结构的表面裂缝分布具有分形特性,且在集布荷载空间内表现为简单分形,在匀布荷载空间内表现为多重分形。揭示表面裂缝的分形维特征量与结构物性参数之间存在明显的线性相关关系,表明分形维特征量可以作为衡量结构损伤程度的分形特征因子。该因子拓展了分形理论在钢筋混凝土材料领域的应用范围,并从一个新的角度丰富了该领域现有的损伤检测理论和方法。

分形结构因子及其在地质学上的应用

本文以分形理论为基础,提出了一个频率分布的分形结构因子,用以表征频率分布的结构性,即表征物质在空间分布的均匀性或测量值之间的相关性。本文列举了五个实例,说明了分形结构因子是定量地表征矿物、岩石和矿床中各种组分变化特征的强有力的工具。

变质橄榄岩中尖晶石的分形结构因子类型及其成因意义

利用沈步明（１９９３）提出的分形结构因子的新方法，计算了橄榄岩包体、方辉橄榄岩、纯橄榄岩和铬铁矿等六种尖晶石的分形结构因子。划分了四种尖晶石分形结构因子类型：Ａ１和Ｃｒ强变异型、Ａ１和Ｃｒ变异型、Ｍｇ和Ｆｅ２－变异型、Ｍｇ和Ｆｅ２－强变异型，结合尖晶石的地质产状讨论了这四种类型的成因意义。通过大量分形结构子的计算和图表．有力说明分形结构因子对于表征物质在空间分布的结构性和数据之间的相关性，是一种有效的定量化手段。在推测尖晶石和主岩的成因方面，尖晶石的Ｃｒ（Ａ１）和Ｍｇ（Ｆｅ２＋）的ＦＳＦ值图解更优于尖晶石的Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａ１）－Ｍｇ／（Ｍ＋Ｆｅ２－）图解。

某井田15煤层三采区构造定量化分析

由某井田三采上山区15#煤层地质资料可知该采区以断裂构造为主,通过断层影响因子和断层分形2种方法对三采区构造进行定量化分析,并对采区进行构造分区。利用断层影响因子将采区分为安全区域、有可能突水区域、突水较大性区域;利用断层分形将采区分为构造简单区域、中等复杂区域、复杂区域。通过2种方法的对比可知,断层影响因子分区较细,但与断层分布有一定的出入;断层分维定量评价与断层实际展布一致,符合度高,因此选定断层分维作为底板突水的构造复杂性定量评价。

中国东部新生代玄武岩稀土配分的分形结构因子与其它化学组成的相关性

本文提出了稀土配分分形结构因子概念和计算方法。利用这个新方法，计算了中国东部新生代玄武岩中稀土配分的分形结构因子。研究了这些因子与玄武岩主元素、稀土元素、分散元素和同位素之间的关系，并求出了其相关性参数。利用这些参数，求出了两个端元玄武岩的主元素和稀土元素含量；提出了五大莲池地区玄武岩可能与富钾交代地幔部分熔融作用有关，其它玄武岩的形成与软流圈地幔或岩石圈地幔部分熔融有关；玄武岩同位素的比值不仅受玄武岩浆地幔源区本身的特征制约，还可能受地幔岩部分熔融程度的制约。

地质现象分形统计研究的某些进展和发展趋势

笔者系统总结了地质现象的分形统计研究中几方面的最新研究成果:①矿石品位和储量的分形结构性及其分形模型的理论和实际意义;②分形在矿产资源定量预测与评价中的应用;③多重分形模型应用到空间数据和空间点的变化性研究,把分形与地质统计学结合在一起,得到一些有用的公式;④地质数据的分形插值与成图,指出"分数布朗场模型"可提高地质数据分形插值的精度;⑤分形结构因子等。最后对地质现象分形统计研究提出几点建议。

砂岩多重孔隙结构非均质评价方法

建立了砂岩孔隙结构评价的分形结构因子法,25块岩心压汞资料的计算结果表明,这种方法可以定量表示岩石的非均质性。和变异系数相比,分形结构因子与岩石渗透性、孔隙度、阈压、最小非汞饱和度、孔隙大小均值之间具有较好的相关性,说明分形结构因子能够更好地描述岩石孔隙结构的特征。最小湿相(湿相)饱和度与分形结构因子具有很好的线性关系,该关系式同时适用于绝对均质和绝对非均质岩石体。由于压汞过程中的汞对孔隙凸凹的填充,使得孔隙流通通道均匀化,因此和压汞过程相比,退汞过程的分形结构因子普遍较小,即退汞流动通道的均质性增强。

新集煤矿地质构造发育特征及充水因素分析

本文以永春县新集煤矿为例,针对其水患现状,在分析研究区地质、水文地质特征、构造特征的基础上,用分维理论定量分析了矿井断层构造的空间发育特征,分析了矿井充水因素及潜在的水害威胁,并给出了相应的建议,对于矿井安全生产具有一定的理论和现实意义。

新疆中天山胜利达坂金矿区花岗质岩石中金的分形研究

用分形理论研究了胜利达圾金矿区花岗质岩石中金含量的分布特征，得出花岗质岩石的金是在韧性剪切活动中被激化的。一部分金被迁移至相邻的黄铁矿化的花岗质糜棱岩中，所构成的金矿（化）体规模大，但金品位低，与围岩没有明显的界线；而另一部分金则被迁移至其他的岩石中去。

利用稀土分布分形结构因子对碱性花岗岩稀土组成分类——以东准噶尔花岗岩为例

尝试用稀土分布的分形结构因子(FSF)值对我国碱性花岗岩的稀土组成进行了分类.可将我国碱性花岗岩的稀土分布分形结构因子划分为4种类型:①弱变异型(0.98~0.95);②中变异型(0.95~0.92);③强变异型(0.92~0.89);④超强变异型(0.89~0.86).其中前两种类型可很好地对应重稀土富集型和中稀土亏损型花岗岩, 而后两种类型可对应轻稀土相对富集型和轻稀土特富型花岗岩.利用FSF值对新疆东准噶尔地区三带富碱花岗岩按稀土组成进行了归类.

湍流预混火焰结构的测度分形研究

本文利用图像可视化技术，在小型火焰试验台上获得了Ｒｅｄ＝４３３５～１１１００范围内的燃气预混火焰的湍流热图像序列，并对２维湍流结构参数进行了测量。结合基于测度分析的分形理论，研究了湍流火焰的分维特性，结果表明：湍流火焰的２维形状结构具有分数维特性，且维数在２．０５～２．２６范围内。在此基础上，得到维数与Ｒｅｄ、热释放率及１次风流量等燃烧控制因子的依变关系，并讨论了湍流火焰分维结构的内在机理。

浅层页岩气储层孔隙分形特征及控制因素——以云南昭通地区龙马溪组为例

为定量表征云南昭通国家级页岩气示范区龙马溪组页岩孔隙结构复杂程度及对页岩气影响,通过对24块龙马溪组页岩进行TOC质量分数、全岩矿物组分、低温氮气吸附测试,从页岩孔隙结构及矿物组分两个方面分析讨论二者对页岩孔隙分形维数的影响。结果显示:昭通地区龙马溪一段不同小层之间孔隙发育,非均质性强,有机质质量分数在1小层最高,纵向上具有降低—升高—降低的“三段式”变化,页岩孔隙分形维数具有分段特点,其中分形维数D_(2)介于2.6994~2.9124之间,平均为2.8265,分形维数D_(1)介于2.6174~2.7194之间,平均为2.6734,孔隙结构复杂,分形维数在1小层最高,向上逐渐减小。页岩分形维数与孔隙结构参数及地质因素相关性分形显示:TOC质量分数及石英体积分数控制微孔的发育,提供主要的比表面积,与分形维数具有良好正相关关系,有利于页岩气的赋存,总含气量及吸附气比例高;黏土矿物及白云石体积分数主要控制介孔及宏孔的发育,提供主要的孔体积,与分形维数呈负相关。结合生烃、储集及开发因素可知,1小层及3小层因其TOC质量分数高、分形维数大、脆性强的特点,有利于页岩气滞留,成为页岩气开发的有利层位。

过渡相煤系泥页岩纳米级孔隙结构非均质性表征及主控因素——以淮南煤田二叠系为例

纳米级孔隙是煤系页岩气赋存的重要场所,具有很强的非均质性。为了研究海陆过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性,对淮南煤田二叠系山西组和下石盒子组泥页岩钻孔岩芯样品进行总有机碳、镜质体反射率、全岩和黏土X射线衍射分析、场发射扫描电镜及低温液氮吸附实验,获得泥页岩有机地球化学、矿物组分、孔隙结构参数,采用孔隙结构相对偏差、FHH分形模型来评价储层孔隙结构非均质性及主控因素。结果表明:储层孔隙类型以黏土矿物片层间的平行板状孔、狭缝状孔及粒间的锥状孔为主,孔隙尺度主要为介孔,其次为微孔和宏孔;孔隙结构具显著分段分形特征,由于与煤储层高度相似而划分为渗透孔隙(r>7.5nm)和吸附孔隙(r≤7.5nm),渗透孔隙复杂程度强于吸附孔隙;微孔越发育,孔容越小,比表面积越大,分形维数越大,孔隙结构越复杂,非均质性越强;过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性主要受控于不同沉积环境及成岩演化下矿物组分差异,随着黏土矿物含量的增加和脆性矿物含量的减小而增大;与下石盒子组相比,山西组黏土矿物含量更低,导致分形维数较低,孔隙结构复杂程度偏弱,比表面积和平均孔径的相对偏差较小,孔隙分布较均匀,非均质性相对弱,对页岩气的储存、解吸和扩散更有利,可考虑优先开采。

煤矿含水层富水性“双测”技术

从宏观矿区、采区角度采用多因素综合分析技术预测,整体进行总体富水分区,然后再从微观巷道、工作面角度采用矿井瞬变电磁法探测局部富水情况,形成宏观预测、微观探测的"双测技术"体系。以赵庄二号井作为研究对象,综合分析了含水层厚度、岩性结构指数和构造分形维数对含水层富水性的影响,对以上3个因素标准化后,通过多因素分析法将该矿砂岩含水层的富水性分为强富水区:W≥0.5,中富水区:0.35<W<0.5,弱富水区:W≤0.35。后在中富水区域对主采工作面进行了瞬变电磁法超前探测,探测结果发现2处构造富水区,富水性中等,且2处构造富水区位于多因素分析法的中富水区域,多因素综合分析法预测和瞬变电磁法探测的"双测"技术相互验证,效果良好。

用于时域计算场的分形脉冲构造及其谱分析

为了实现随机场的时域计算,在广义时间序列的基础上,构造了两种自相似时间脉冲信号,给出了它们的谱结构因子和谱形状因子的递推公式,从而得到相应的谱图。对这些脉冲信号的谱域特征进行分析,为在频域中认识自相似信息提供了依据。

海陆过渡相页岩孔隙结构特征及分形维数研究

页岩孔隙结构的研究是页岩储集性及含气性评价的重要方面。运用低温氮气等温吸附实验对龙潭组页岩储层的孔隙特征进行了测定,通过孔隙分形维数的计算结合岩石矿物组分、有机质含量及热成熟度测试探讨了龙潭组页岩孔隙结构特征及影响因素。分析结果表明:龙潭组页岩孔隙结构复杂,孔隙类型包括一端封闭型的不透气孔、开放型平行板状狭缝及墨水瓶状孔,平均孔径分布在5.38~13.3 nm,平均为7.78 nm,孔径分布呈双峰型分布的特征;孔隙分形特征明显,分形维数在2.49~2.62,平均为2.54;分形维数受有机质特征、矿物成分及孔隙结构特征共同影响,具体表现为分形维数随TOC(有机碳含量)、R_O、黏土矿物含量及比表面积的增加而增大,随长石含量及样品的平均孔径的增加而减小,与石英及其他矿物成分无明显的相关性。