南极中国长城站地区西湖沉积物的地球化学行为与环境

本文对取自长城站区西湖水下沉积物260cm岩芯采用中子活化等方法分析得出:湖区周边的新生代火山岩构成了西湖沉积物的主要物源.粘土粒级中元素有明显的化学分异作用.沉积物中Cs/Rb,Br/Cl,La/Yb,CaCO_3及粘粒中阳离子代换量的变化表明3.6ka B.P.以来,气候存在温和—寒冷—温和的变化,反映该区冰盖进退的历史.     

波尔兹曼数字岩芯致密砂岩渗透率研究

致密砂岩渗透率在油气勘探开发、地应力测量及水库地质灾害等领域具有重要意义,但鉴于目前实验技术局限性,温压耦合渗透率测量尚无法通过实验手段实现. 在已有研究工作基础上,首次建立了基于D3Q27数字岩芯模型,并计算了高温压耦合低渗砂岩渗透率问题. 首先,以鄂尔多斯盆地某油田延长组致密砂岩为例,利用X射线CT断层成像技术岩芯获取10μm, 5μm, 2μm分辨率致密砂岩内部结构数据,应用基于量子力学第一性原理的D3Q27格子波尔兹曼数字岩芯模型建立数值模型. 进而,利用自编3DLBM程序分别计算了不同分辨率渗透率随围压(0～200MPa)、孔隙压(0～65MPa)和温度(25℃～180℃)变化规律,通过与Inc AUTOLAB2 000C岩石测试分析系统实验结果对比,验证了程序的可靠性,得到低渗砂岩断层最佳分辨率;最后,在并行CPU-GPU平台上计算了高温高压耦合(0℃～400℃, 0～1.4 GPa)下致密砂岩渗透率值及其各向异性随温压变化规律,并讨论了致密砂岩中水在达到超临界状态后对致密岩石内部结构的影响.     

基于应力及能量条件的岩芯饼化机理研究

为研究煤矿中岩芯饼化现象的产生机理,结合开滦矿区赵各庄矿地应力测量过程中的岩芯饼化现象,构建了力学模型;基于拉应力条件和能量理论分别给出了煤矿中饼化现象产生的判据,并结合地应力实测结果,采用理论计算和数值模拟方法对饼化判据进行了验证。研究结果表明:利用空心包体地应力测定方法测定地应力时,岩芯顶部所受摩擦力逐渐减小,在被应力解除的岩芯根部合成出一个指向顶部方向逐渐增大的拉应力,当该拉应力大于岩芯本身抗拉强度时,会出现饼化现象,随着套筒的继续解除,此过程将重复地发生下去;从能量角度来判断,赵各庄矿岩芯饼化现象属于岩芯积聚弹性能的周期性释放,当岩芯集聚的弹性能大于生成饼化岩芯所需能量时,即具备了饼化发生的能量条件,其发生次数由弹性余能来控制,表现为套筒平均每钻进22.1 mm,岩芯将生成一段岩饼。理论验证结果表明,力学模型中岩芯集聚的弹性能足以支持饼化现象发生24次,饼化岩芯的平均厚度为20.8 mm,与实际观测结果基本相符;模拟验证结果表明,套筒每钻进20 mm时,在被应力解除的岩芯根部形成饼状破裂,破裂过程随着套筒的持续钻进而重复发生。     

多孔岩芯渗透率与孔隙度的MRI研究

运用自旋回波序列,得到一系列用盐水饱和的多孔岩芯的磁共振自旋密度象,可以直观、准确地观察岩芯的结构,并对象的信号强度与渗透率和孔隙度之间的相关关系进行了分析,发现它们之间存在良好的定性关系,得到了较好的结果.     

基于环形自由面岩土高效爆破的研究与应用

针对岩石巷道掘进循环进尺慢,炮孔利用率低的问题,采用取岩芯技术在岩土中形成环形自由面,利用少量炸药即可达到高效爆破的效果。首先对取岩芯爆破模型进行数值模拟,对爆炸效果进行预估,并得到相关爆破参数;之后根据模拟结果进行爆破实验,制作两组水泥模型,分别模拟取岩芯爆破与传统爆破,在模型外部布置测振仪,测量爆炸过后模型的相关振动数据,并对两组模型的爆破效果与振动数据作出比较,得出取岩芯模型爆破效果及爆破振动要明显优于传统爆破模型。最后将该技术应用在某岩巷掘进现场进行爆破实验,取得成功。实验结果表明,利用取岩芯技术成形环形自由面进行爆破, 可以减少炮孔数, 降低炸药单耗,控制住爆破振动,提高爆破效率,达到高效爆破的目的,特别是该技术可应用于城市地下工程爆破。     

大尺寸系列孔隙度高强人造岩芯的研制

采用矾土、氧化铝与硬质碎瓷粒为骨料, 选用硅溶胶、高岭土、煅烧滑石和方解石组成的MgO-CaO-Al2O3-SiO2低共熔混合物作为晶界结合剂,以木屑和煤粉为造孔剂,利用浇注成型技术制备出大尺寸系列孔隙度高强人造岩芯.其主要技术指标为:尺寸:65mm×150mm,孔隙度:26.6～45.4%,抗压强度:37.5～51.1 MPa.同时,SEM测试发现岩芯中的气孔呈三维连通状分布,且直径在100μm以下的微孔居多.     

氢化物发生-原子荧光光谱法测定锡矿岩芯样品中锡的含量

建立氢化物发生-原子荧光光谱法测定锡矿岩芯样品中锡的分析方法。试样以过氧化钠熔解,用热水浸出,盐酸酸化。优化了仪器的最佳条件,考察了硼氢化钾浓度、酸度、共存元素等条件对测定的影响。方法相对标准偏差为2.52 %～7.28 %,加标回收率95.20 %～102.25 %。将实验方法应用于标准物质的测定,测定值与认定值基本一致。方法的准确度和精密度均能满足分析需要,具有较强的实用性。     

福州盆地第四纪钻孔XRF连续扫描的元素特征及沉积相指示意义

对福州盆地河口地区一个39 m钻孔岩芯进行X-Ray Fluorescence(XRF)扫描,通过XRF元素连续扫描结果探讨福州盆地海陆交互地层在不同沉积单元中各元素的变化特征及其沉积相指示意义。钻孔岩芯从晚更新世晚期至全新世共经历了5个沉积阶段：湖泊相—河流冲积相—淤泥质滨海潮滩相—河口潮滩相—河流冲积相。XRF扫描结果表明：元素Co, Fe, Ti, Si及其与Rb的比值受到沉积物粒度影响较大,对陆相(河流相)和海相(潮滩相)中粒度特征相近的层位进行了元素均值统计显示,近岸河口湾海相沉积物中的Ca, Ti, Mn, Fe, Co等元素是陆相地层中的3～10倍,Si元素则在陆相层中相对富集。说明除了粒度因素,海-陆沉积环境的变化对元素的富集也起到了重要作用。Ca,Ti,Mn,Fe,Co等元素是较好的海相沉积指示元素,而Si则是较好的陆相沉积指示元素,K,Rb,Sr对陆相沉积具有一定的指示意义。研究结果表明XRF元素连续扫描可以识别沉积物的元素变化细节,并根据元素的强度变化进一步判断沉积相,可以作为沉积相划分的重要辅助手段。该研究为XRF连续扫描方法在海陆交互带的应用提供了实例。