等效水力隙宽和水力梯度对岩体裂隙网络非线性渗流特性的影响

等效水力隙宽和水力梯度是影响岩体裂隙网络渗流特性的重要因素。制作裂隙网络试验模型,建立高精度渗流试验系统;求解纳维-斯托克斯方程,模拟流体在裂隙网络内的流动状态,研究等效水力隙宽和水力梯度对非线性渗流特性的影响。结果表明,当水力梯度较小时,等效渗透系数保持恒定的常数,流体流动属于达西流动区域,流量与压力具有线性关系,可采用立方定律计算流体流动;当水力梯度较大时,等效渗透系数随着水力梯度的增加而急剧减少,流体流动进入强惯性效应流动区域,流量与压力具有强烈的非线性关系,可采用Forchheimer方程计算流体流动。随着等效水力隙宽的增加,区别线性和非线性流动区域的临界水力梯度呈幂函数关系递减。当水力梯度小于临界水力梯度时,控制方程可选立方定律;当水力梯度大于临界水力梯度时,控制方程可选Forchheimer方程,其参数A和B可根据经验公式计算得到。其研究结果可为临界水力梯度的确定及流体流动控制方程的选取提供借鉴意义。     

水力劈裂对岩体中自然裂纹的影响研究

建立了求解自然裂纹和水力裂纹扩展的扩展有限元法,对裂纹附近区域的节点采用广义形函数,并采用线增函数消除混合单元,以提高裂纹附近的精度。引入水力劈裂的非耦合模型,即假设裂纹中的水压力为均布力;用砂浆法（线段-线段接触法）结合增广型拉格朗日乘子法处理受压裂纹段的接触条件。并通过算例分析了以下内容：计算了受压裂纹和裂纹面分布均布水压力的水力裂纹的应力强度因子,并与解析解进行了比较,结果表明,提出的方法具有很高的精度;模拟了水力裂纹对自然裂纹面的影响,并分析了自然裂纹面上的接触力和接触状态。     

基于水平集法的非均质岩石建模及水力压裂传播特性研究

基于水平集法的基本思想,讨论了含有不同类型包裹体分布的岩石的二维和三维有限元建模方法。对于二维有限元模型的建立,考虑了以椭圆形为例的规则包裹体的周期分布、位置及包裹体大小均随机变化的多种情况。建议了包裹体和基岩之间界面的材料特性过渡处理方法。同时给出了含有非规则形状包裹体的建模方法。对于三维有限元模型的建立,则考虑了以任意大小椭球体为例的包裹体分布情况。该种建模方法的优点是对于不同的含有任意分布的包裹体的岩石试件,均可以采用相同的有限元网格,即,材料特性的变化不受有限元网格的制约。该法缺点是增加了计算资源。最后结合基于弥散裂缝模型的水力压裂数值计算方法,模拟了含有不同包裹体分布的岩石试件的水力压裂传播特点。     

珠江口盆地恩平凹陷断层封闭性评价

为了综合评价断层的封闭性,以珠江口盆地恩平凹陷新近系为例,通过实钻断层圈闭油藏的封堵规律研究,标定断裂带泥质含量、泥岩涂抹系数和断面正压力临界值,建立了适合勘探实践的断层封闭性评价的新方法。结果表明：断层油藏与断层涂抹量呈现出泥岩涂抹因子随深度逐渐递增的趋势;断裂带泥质含量与泥岩发育情况是断层能够封堵的先决条件,断层的封闭性受构造图精度、构造调整和控圈断裂断层活动影响。应用该方法能有效评价未钻断层圈闭油气保存条件,有助于提高断层圈闭的勘探成功率,可推广至具有相似构造成因和沉积背景的勘探新区进行断层封闭性分析,是勘探早期评价断层封闭性有效的方法。     

石柱地区建深1井志留系超压顶封层的封闭机制

石柱复向斜地区建深1井志留系地层钻遇超压, 压力系数为1.75~2.00, 且全层段含气.地层中超压形成和保存与盖层封闭的有效性密切相关.在对超压层段泥岩压实特征以及埋藏史、热史、生烃史研究的基础上分析欠压实、生烃、构造挤压及其他增压机制在志留系超压形成所起的作用, 其中早三叠世至侏罗纪末期干酪根和液态烃裂解生气作用引起的流体体积膨胀是本区超压形成的主控因素, 生气作用终止后无重要的增压事件发生.早白垩世以来的构造抬升作用导致大量溶解态天然气从地层水中出溶, 并聚集于孔喉半径较大的粉砂岩层中.志留系顶部超压顶封层中泥岩和粉砂岩频繁出现互层, 因而形成多个含气粉砂岩薄层.垂向上各个气水界面的毛细管作用力具有可叠加性, 增强了顶封层对超压的封闭能力, 使本区志留系地层中的超压保存至今.      

泥质气源岩层内天然气扩散损失量评价——以黔南坳陷黄页1井九门冲组页岩为例

根据天然气扩散、物质平衡原理、烃浓度封闭机理和气源岩层之间扩散时间的相互匹配关系建立了评价泥质气源岩层内天然气扩散损失量的6种扩散模式以及不同模式下气源岩层天然气扩散损失量的计算方法,为定量评价部分烃浓度封闭期间气源岩层天然气扩散量、页岩气扩散量提供了可能。源岩层在受到部分烃浓度封闭期间的天然气扩散量,假设此期间不存在烃浓度封闭,则为源岩层的扩散气量与该期间上覆气源岩的扩散气量之差。利用所得模型对黔南坳陷黄页1井九门冲组页岩进行了实际应用,结果显示,黄页1井九门冲组页岩不考虑烃浓度封闭条件下的扩散气量远大于考虑烃浓度封闭条件下的扩散气量。在评价泥质气源岩层扩散量时如果存在烃浓度封闭作用,应加以考虑。     

高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合机制与数值实现

采用渗流力学、断裂力学理论结合Monte Carlo方法描述岩体裂纹的随机分布,研究高水压作用下岩体原生裂纹的变形和翼形裂纹的萌生、扩展、贯通的渗流-断裂耦合作用机制,建立高水压作用下岩体裂纹的渗流-断裂耦合数学模型,给出该数学模型的求解策略与方法,在Fortran95平台下开发高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合分析程序HWFSC.for。高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合体现在岩体裂纹网络和渗流初始条件都随渗流时步变化。对高压注水岩体裂纹扩展过程进行渗流-断裂耦合分析。结果表明,高压注水条件下,岩体裂纹扩展存在起动水压力,当水压力大于起动水压力时,裂纹尖端开始萌生翼形裂纹,随着裂纹水压力的增加,翼形裂纹扩展,进而与其他裂纹搭接贯通,停止扩展。渗流-断裂耦合分析考虑了裂纹动、静水压力对裂纹产生的法向扩张效应及翼形裂纹的扩展而形成新的渗流通道两方面的影响,连通裂纹数随渗流的发展而增加。岩体裂纹的渗流-断裂耦合分析,能较真实地再现岩体裂纹的水力劈裂现象,描述岩体裂纹的扩展、贯通过程及与之相耦合的渗流响应。     

The relationship between apparent equilibrium temperature and closure temperature with application to oxygen isotope geospeedometry

Oxygen isotope fractionation between coexisting minerals in slowly cooled rocks conveys information about their cooling history. By using the fast grain boundary （FGB） model to simulate closed-system diffusive ex- change of oxygen isotopes between coexisting minerals, I show that the apparent equilibrium temperatures （Tae） by the mineral pair with the largest isotopic fractionation （PLIF） always lies between the closure temperatures （To） of those two minerals. Therefore, when the rate of oxygen diffusion and hence Tc for the PLIF chance to be comparable （such as in the case of quartz and magnetite）, Tae will serve as a good approximation of To regardless of variation in mineral proportions. The specialty of the PLIF in constraining Tac within their Tc range can be generalized to other stable isotope systems and element partitioning. By approximating Tc with Tac and inverting Dodson＇s equation, the cooling rate of plutonic or metamorphic rocks can be inferred.     

崩塌体水力输移与塌岸淤床交互影响试验

以二元结构河岸崩塌模式为研究背景,在弯道水槽中展开系列试验,研究凹岸坡脚处成型崩塌体在水力作用下输移过程及其对岸坡稳定性与河床冲淤的交互影响。试验成果表明,崩塌体经水力分解破碎呈块状、片状或颗粒状起动,部分随水流带至凸岸或下游,堆积在坡脚附近的崩塌体残留量随水力作用大小及土体特性不同而变化。崩塌体临水面周围尤其上下游端水流紊动强烈易形成较大剪切力区,临坡面上下游端附近剪切力较无崩塌体时减小;崩塌体体积越大,对剪切力区特征的改变也越明显。崩塌体的存在虽不能制止附近岸坡的再次崩塌,但可能抑制崩岸发展及附近河床淤积的程度,崩塌体的粘性或体积越大,这种抑制作用越显著;相同崩塌体抑制附近河床淤积的程度较抑制岸坡崩塌的程度大。     

奠基岩石封闭应力假说的气体包裹体和膨胀能力

陈宗基先生在1979年提出了封闭应力假说,认为它是岩石工程灾害的原因。近年来,钱七虎院士和王思敬院士分别对封闭应力假说作了肯定的定性讨论。30多年过去了,这个封闭应力假说仅得到极其少的定量研究和发展。在本文中,我提出和试图论证流体包裹体是一种具体、实在、可测量和计算的应力包裹体。它在地质岩石与矿物中普遍存在。它有压强和体积膨胀能。它是一种封闭应力和内应变能的具体存在和作用形式。我给出了这个压强、体积膨胀能和封闭应力包裹体对围岩作用的计算公式和算例。这个包裹流体压强值与深部岩石高地应力场值相当。我进一步分析和讨论了,岩石微小、密封、压紧的流体包裹体应该是深部工程岩石开挖洞室或巷道出现的岩爆、冲击地压、矿震、洞壁劈裂、围岩分区破裂和巷道大变形的一个共同张性体积力源。我认为,这个地质岩石与矿物内紧压膨胀的流体包裹体封闭应力能够完整逻辑一致地、符合自然规律地解释人们所见到的、报道的、与这些深部工程灾害相关的所有事实。并且,它能将这些事实和现象合理地、随时间演变地联系和重塑起来。这种实在、可测试、可定量的封闭应力源和能源的提出和研究能为岩石力学工作者,更好地沿着老一辈岩石力学专家们指引的途径和思路,来建立新的地质岩石力学理论、方法和技术,以更加符合自然规律地解决岩石力学领域世界性难题的深部工程灾害问题。