不同温度条件下含流体砂岩裂隙摩擦特性的试验研究

砂岩储层中由流体注入导致的地震活动与砂岩断层(裂隙)的摩擦行为有关.为了揭示不同温度条件下含流体砂岩裂隙的摩擦特性,在温度范围为25°C～140°C和有效法向应力范围为4～12 MPa的试验条件下,本文分别对干燥、水饱和以及注CO₂锯切砂岩裂隙进行了速度分级加载试验.试验结果表明:(1)对于干燥砂岩裂隙,增大有效法向应力和升高温度均能增大裂隙的初始摩擦系数,而改变有效法向应力对裂隙摩擦稳定性影响不明显,仅升高温度会略微降低其摩擦稳定性;(2)对于水饱和砂岩裂隙,裂隙的初始摩擦系数同样会随着有效法向应力的增大而增大,但会受到升温的弱化作用,而增大有效法向应力和升高温度均能降低裂隙的摩擦稳定性;(3)对于注CO₂砂岩裂隙,裂隙的初始摩擦系数受有效法向应力和温度变化的影响与水饱和砂岩裂隙相反,但裂隙的摩擦稳定性仅会随着温度的升高而降低,受有效法向应力的影响不明显.因此,砂岩裂隙的摩擦特性受有效法向应力、温度和注入流体类型的共同影响.该试验结果对理解流体注入诱发地震有一定的指示作用.     

高径比对砂岩单轴压缩声发射特性的影响研究

岩石尺寸效应对声发射特性的影响对于利用声发射技术监测岩石失稳破坏具有重要的实践意义.本文选择不同高径比的长石细砂岩试样开展单轴压缩声发射试验,探讨尺寸效应对岩石声发射事件数、振铃计数、峰值频率等声发射特性参数的影响.研究结果表明:根据岩石试件撞击数的增长速率,将试件破坏阶段分为突变期、平静期、爆发期三个阶段,随着岩石试...     

基于手持式X荧光光谱仪对乐山大佛赋存砂岩的分析

为探索手持式X荧光光谱仪在石窟研究和保护中的应用,结合岩相分析和前期地调数据,使用手持式X荧光光谱仪,对四川乐山大佛从佛脚到胸部位置共42 m厚的砂岩以平均0.5 m间隔进行高密度XRF测试,做出元素含量和比值变化曲线。研究结果显示,手持式XRF测试结果中的Si,Ca,Al和Fe等主量元素可以较好地与岩相分析结果和自然层划分结果吻合,反映石英、方解石、褐铁矿的含量变化以及岩屑绢云母化程度。元素比值能够反映厚层块状岩体内部的抗风化能力差异,Si/(Si+Fe+Al)可以反映砂岩胶结物含量变化和受溶蚀程度,(K₂O+CaO)/Al₂O₃指示抗化学风化强度变化,S元素含量与Fe、Mn元素的去耦合指示了溶孔发育,综合反映了大佛赋存岩体在胶结物成分、孔隙度和层理发育方面的情况。Cl元素的两段高值与乐山大佛胸部带状滞状区及大佛脚部潜水区高度吻合。手持式X荧光光谱仪应用在石质文物分析中具有以下三个优势：（1）对大型、不可移动的石质文物本体来说,手持式X荧光光谱仪提供了高效、无损的岩石化学成分分析手段,主量元素的含量及分布可以较好地与赋存岩体的岩相分析结果和自然层划分结果吻合,能够成为石质文物本体岩性和岩层划分的辅助手段,有利于进行不同区域石质文物的对比研究。（2）对凿造于同一厚层块状岩层中的石质文物来说,手持式X荧光光谱仪能够满足测试间隔不到0.1 m的高分辨XRF扫描,元素比值的波动和元素间耦合关系的变化反应胶结物成分、孔隙度、溶孔发育度等方面反应块状岩体抗风化能力的内部差异。（3）Cl元素含量变化曲线可以精确指示含水量高的岩层,有助于进行滞水、透水情况和水患防治重点的评估,为处于不同气候和水文条件下的石质文物进行病害位置和机制对比提供辅助信息。     

经历不同高温后砂岩的动态力学特性实验研究

运用RX3 -20 -12型箱式电阻炉将砂岩试样分别加热至100、200、400、600、800和1 000℃,然后自然冷却至常温,制成经历不同温度的砂岩试件。运用直径为100mm的分离式Hopkinson压杆装置,用薄圆形紫铜片作为波形整形器,以不同弹速轴向冲击砂岩试样,测试经历不同温度后砂岩试样在不同冲击荷载下的动态力学性能,得出了砂岩的应力-应变曲线及各自的破坏形态。结果表明：常温下砂岩的动态压缩破坏的应力-应变曲线具有明显的4阶段特征,但经历100~400℃作用的砂岩应力-应变曲线的平台段消失,温度继续升高时平台段又重新出现;砂岩的峰值应变随温度升高而升高,动态压缩强度也随温度升高而升高,但在800℃以后陡然下降;砂岩的动态压缩破坏形态受温度和冲击荷载的共同影响,冲击荷载越大破碎程度越大,而且破坏过程总是由外层向内芯发展。

     

利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究

为了克服采用传统机械方法开采海底富钴结壳时破碎头易磨损、效率低以及贫化率高等缺点，通过试验方法研究了一种利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术。采用12级全固态Marx电路和半导体开关IGBT研制了高压脉冲电源，该电源可产生负高压方波脉冲，其上升沿上升时间约100 ns，最高幅值可达40 kV，脉宽可调。破碎方式采用针针电极并与岩石同侧表面紧密接触。为了使两电极与岩石同侧表面接触的部位电势尽可能高，采用不锈钢针作为正、负电极，且电极间距可调。研究发现当电极间距约为3 mm时，该电源产生的幅值约32.5 kV的高压脉冲可在高压油中的砂岩内部形成等离子通道并破碎砂岩。放电既可发生在高压脉冲上升沿阶段，也可发生在上升沿上升时间之后。从放电过程中的电压电流波形来看，等离子通道回路中有电流时其两端存在明显的压降，因此等离子通道具有阻性，而且阻值在放电过程中是变化的。     

岩石中孔隙流体含量对超声波衰减影响的实验研究

目前,关于岩石中孔隙流体含量对超声波衰减影响的实验数据还很少。本文介绍的由瞬态波形存贮器和微机控制系统组成的超声波信号采集与数字处理系统,适于实验室内测量超声衰减与流体含量的变化关系。作者以砂岩试件作了实验并取得一些有价值的数据。 实验研究结果,表明砂岩中横波衰减随饱和度增加而增加,纵波衰减随饱和度增加有一个明显的峰值出现。砂岩中声波衰减的品质因数Q值比声波速度v值反映岩石的物理力学性质更灵敏。从所得数据看,同一岩石的Q值随含水量变化量为速度变化量的五倍以上。     

大别山北缘暨邻区中新生代砂岩稀土元素的地球化学特征及对源岩的制约

肥西地区侏罗纪防虎山组、园筒山组和早白垩世周公山组稀土元素具有如下特征: ∑REE为157 μg·g-1,δEu为0.69,(La/Yb)N为11.1.根据稀土元素比值、方差和以及REE分布模型判断,类似于佛子岭群和卢镇关群,后者可能是前者的主要源岩.三尖铺组和黑石渡组具有高的稀土总量,∑REE为264.8,328.2 μg·g-1,高Eu负异常,δEu为0.57,0.67和低的Eu/Sm比值(0.18～0.19),不同于大别山地区变质岩,其源岩值得进一步研究.正阳关组稀土元素特征类似大别杂岩和卢镇关群,表明大别杂岩在新第三纪遭受剥蚀,和卢镇关群一并成为前者的源岩.淮南地区中生代砂岩具有低的稀土总量,∑REE为80.9 μg·g-1,δEu为0.66,(La/Yb)N为5.7,不同于大别山北缘砂岩以及变质岩,说明其物源不是来自于大别山地区.     

应用地震反演技术预测储层

为了解决开发过程中储层精细刻画难题,提出将曲线重构地震反演技术引入带储层预测工作中,根据曲线不同频带范围对砂岩敏感性特征,开展基于高频恢复、低频补偿原来的曲线重构技术开展地震反演预测.通过对南八区西部的地震反演实例表明:对于大于2m砂岩分辨能力较高的,隔层太小时,两套砂岩只能当一套砂岩组合反演出来;对于小于2米的砂岩,只有当隔层大于4m条件下才能清晰识别.地震反演能很好的推测地下岩层结构和物性参数的空间分布,有效的提高了薄储层预测精度.     

不同尺寸砂岩动态力学性质和应力平衡性的试验研究

采用大直径分离式霍普金森压杆系统获得的不同尺寸试样的实验冲击动态力学参数有差异,因此在直径100 mm压杆上进行了3种直径（50、75和100 mm）和5种长径比（0.4、0.5、0.6、0.8和1.0）的砂岩试样冲击试验,分析了不同尺寸试样应力-应变曲线和应变率曲线随尺寸的变化,提出了用于比较波形对齐重合度的波形叠加系数,并与应力平衡因子共同构建了动态应力平衡性研究体系,由此确定大直径霍普金森压杆试验的试样建议尺寸。同时,利用高速摄影机监测试样的动态破坏状况。结果表明:当长径比相同时,直径75与100 mm岩石试样的动态抗压强度测试值相近,直径50 mm试样具有更明显的长度效应;随着试样直径的增大,应变率曲线从单峰变为双峰;小尺寸试样更易发生轴向劈裂破坏,大尺寸试样受内部应力波叠加影响产生了较大的拉应力,易发生层裂拉伸和轴向劈裂的复合型破坏;对直径75 mm且长径比0.3~0.4的试样,波形对齐后重合度较高,在起始破坏前拥有充足的应力平衡时间,应变率加载效果较好。获得了砂岩试样冲击压缩试验的尺寸效应,可为大直径岩石试样的尺寸选择提供参考。     

高应力高水压下砂岩三轴蠕变特性试验研究

对砂岩进行高围压高水压条件下的三轴压缩蠕变试验。试验表明,在整个加载过程中,孔隙水压力主要起到增强轴向变形和横向变形的作用;但在加载的初始阶段,孔隙水压力在一定程度上抑制了轴向变形。当应力水平高于屈服应力时,横向蠕变速率明显大于轴向蠕变速率,且横向蠕变率先进入加速蠕变阶段。本文提出一个新的非线性黏性元件,并引入一个能判断是否进入加速蠕变阶段的计时器元件,组建一个非线性黏塑性加速蠕变启动模型,将该黏塑性模型与Burgers模型串联,构建一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型,推导了该模型在常规三轴应力状态下的本构方程。基于试验结果,通过对非线性优化算法(BFGS)的Matlab编程,实现对本文提出蠕变模型的参数识别,识别效果比较理想。对比试验曲线与拟合曲线,二者相当吻合,验证了新提出的非线性黏弹塑性蠕变模型的正确性。