地壳演化和变形的非线性动力学:3云南兰坪盆地研究

滇西兰坪盆地是一个重要的中新生代陆相盆地，产有丰富的铅锌铜银矿产资源．综合考虑多因素和多过程的非线性耦合与反馈作用对兰坪盆地的沉降、沉积、岩石渗透性、流体和成矿作用的演化过程进行了数值模拟．随着盆地沉降和地层沉积，盆地的演化是一个复杂的非线性动力学过程，岩石渗透性随时间和空间发生复杂的演化，至主成矿期(喜山期)发育三合洞组、花开佐组、景星组和云龙组等4个高渗透性层位．而成为4个主要成矿层位．岩石与断裂构造的耦合作用可产生高的断裂渗透率，并且不同岩石的断裂渗透率的演化特征存在显著差异，导致成矿受断裂与岩性的耦合控制．由于盆地演化的非线性和非均匀性，导致流体成矿作用只能在最有利的局部层位和局部地段发生。     

川东北地区飞仙关组和长兴组白云岩成因与成岩-成藏系统

通过沉积相剖面、岩石结构和多项地球化学指标、油气源岩性质对比及流体非均质性与运移路径分析等新技术方法,运用流体-岩石相互作用和流体成藏动力学新理论,研究了川东北地区飞仙关组和长兴组白云岩成因和成藏特征,确定此2个层位的优质生物礁相和鲕滩相白云岩储层成因主要与成岩期的埋藏白云岩化作用有关,都属于同源流体和同一流体输导体系控制的多期次、多阶段埋藏白云岩化与连续的重结晶作用产物,论证了飞仙关组和长兴组与埋藏白云岩化作用及多期次油气运移、充注和成藏过程也受同一流体输导体系和同一油气源控制。依据埋藏白云岩化过程的成岩系统划分与成藏过程在时空上的耦合匹配关系,提出以通源断裂/裂隙带为核心的,由断裂/裂隙带、不整合面和优质礁、滩相白云岩储层构成的复合输导体系为主控因素的统一"成岩-成藏系统"概念。     

地壳演化和变形的非线性动力学:1模型和数值模拟方法

综合考虑多因素和多过程间的耦合与反馈作用,建立了地壳演化与变形的综合的非线性动力学模型.通过建立岩石结构动力学将变形与岩性耦合起来;采用递增应力流变学方法将弹性、塑性、断裂变形结合并与流体和化学耦合起来.采用有限元和改进的Lagrangian方法求解动力学方程组,编写了模拟程序.应用该模型和程序可对不同尺度区域的地壳演化和变形的动力学过程进行1-3维数值模拟,并可应用于很多相关领域的研究.     

高应力和高渗压下饱和完整砂岩三轴剪切-渗流耦合特性试验研究

为研究高地应力和高水头压力下完整岩石的三轴剪切力学特性和渗透特性,更加真实地揭示三维压剪应力状态下重大岩石边坡在剪切-渗流耦合作用下的损伤破坏机制,采用Rock Top多场耦合试验仪,对饱和完整砂岩进行五组不同法向应力和渗压下的三轴剪切-渗流耦合试验,获得相应的三轴剪应力-应变-表观渗透率曲线和含有原岩屑的剪切单节理裂隙面,并开展单节理裂隙渗透试验。分析不同法向应力和渗压双因素耦合作用下岩石剪切破坏裂隙面的形貌特征,探究饱和砂岩的剪切强度和表观渗透率随法向应力、渗压的演变规律,探讨单裂隙砂岩的表观渗透率在剪应力逐渐减小过程中随渗压的演化特征。研究结果表明：1)剪切-渗流耦合作用下饱和砂岩表观渗透率表现出先减小后增大并逐渐趋于稳定的变化规律;2)剪切-渗流耦合下饱和砂岩剪切峰值强度和残余强度随着法向应力增大而增大,随着渗压的增大呈线性减小,并且在剪切过程中表观渗透率曲线渗流峰值滞后于剪切峰值强度;3)在剪应力缓慢降低过程中,单节理裂隙面的开度先降低后增大,其表观渗透率和渗流量呈现出先减小后增大的变化规律;4)采用Forchheimer方程拟合获得剪应力、渗压和法向应力作用下,贯穿单裂隙面...     

粤东地区中生代金属矿床的成矿机制

在前人大量系统和深入的成矿地质背景和成矿地质地球化学研究的基础上,根据粤东地区锡、钨、铜、银、金多金属矿床(点)区域成矿作用特征,着重探讨了在中生代花岗质火山-侵入杂岩岩浆作用的背景下,成矿元素的富集过程及成矿物质的迁移、沉淀机制.研究认为,成矿物质的富集经历了地壳岩石的选择性部分熔融、花岗质岩浆分异、流体-熔体分馏和流体与流经岩石相互反应(水-岩作用)4个阶段.由于作为热源的岩浆熔体的存在及不同成因断裂裂隙构造的产生,富含成矿元素的岩浆热液流体上升,并与深循环的大气降水热液混合,形成热液对流体系.在长期的热液对流循环中,随着构造脉动和物理化学条件的改变,沉淀出不同阶段的矿石,并在不同的构造部位和围岩中形成不同类型的矿床.     

黔东地区金矿构造-流体-成矿作用探讨

黔东地区位于华南成矿区的天柱-黎平成矿亚带,是贵州重要的黄金产出地。以研究区成矿地质背景及成矿地质特征为基础,结合以往研究资料和野外实地调查资料,应用金矿成矿过程中构造-流体-成矿作用的相关理论,对研究区构造与脉体的关系、构造与金成矿作用、流体与金成矿作用进行分析和探讨,提出了构造和流体耦合作用与金成矿作用在时空分布上的关系。     

地质系统THMC耦合随机模型研究

热-水-力-化(THMC)耦合作用是岩石流体力学与环境地质中的重要理论课题.设计用实验方法研究温度场-渗流场-应力场-化学场四场耦合效应中热传导系数、渗透率及岩体变形参数的空间变异性表征方法,及块裂岩体的非确定性耦合控制方程,试图建立热-水-力-化耦合作用的随机性数学模型及可视化数值模拟方法,为核废料地质处置安全性评价和地下水资源评价等提供科学的新方法.     

低渗透片麻岩渐进破裂过程中渗透规律研究

为研究低渗透硬岩渗透特性,以片麻岩为研究对象,采用多场耦合实验装置,开展不同围压、孔隙压力作用下岩石三轴压缩试验,分析了岩石渐进破裂过程中渗透率随围压、孔隙压力的变化规律,以及岩石渐进破裂过程不同阶段围压和孔隙压力对于片麻岩渗透率的影响程度.结果表明:岩石渐进破坏过程中,渗透率呈先减小后增加的变化趋势,在峰值强度附近渗...     

高温下混凝土热-湿-气-力学耦合行为数值模拟

随着混凝土,特别是高性能混凝土(HPC)的推广和应用,建立其在许多不同工程和自然条件下的模型,数值模拟其中发生和发展的物理-化学现象与耦合过程,具有重要科学意义和经济效益.将混凝土模型化为非饱和多孔多相系统,基于含有多相流体的变形多孔介质的质量、动量和能量守恒方程和已有的研究工作,采用有限元法数值模拟了高温下(低于孔隙水的临界温度647.3K)混凝土热-湿-气-力学耦合行为,分析了这一复杂过程中的控制机理.为进一步完善高温下混凝土多相全耦合数值模型打下较好的基础,为防火减灾工程设计提供一定的参考.     

油藏热流固耦合模型及应用

针对变温变形油藏的耦合渗流规律这一亟待研究的课题,综合分析油藏中流体力场、固体力场、温度场之间的耦合关系和三场耦合的力学机理与结合点,认为油藏中热效应与流体孔隙压力导致岩石变形;岩石变形与流体渗流导致温度场变化;岩石变形与热效应导致储渗特性和孔隙流体压力的改变从而影响流体渗流,以上三种效应是同时发生的.建立了一个反映变温变形油藏实际的热-流-固耦合模型,利用此模型进行了几项对热采油藏地层损害和石油生产有着重要影响的参数、指标的计算与分析.     

大民屯凹陷超压的发育演化及油气运聚的动力学机制

通过186口探井545组实测储层压力数据的统计分析,采用等效深度法对65口井泥岩段声波时差进行压力计算,并利用数值模拟技术对大民屯凹陷超压的发育演化进行研究,结合应力场演化与断裂发育分布和活动强度性分析,探讨大民屯凹陷厚层烃源岩排烃的动力学机制。结果表明:凹陷内超压普遍发育;快速沉降沉积和生烃作用是超压发育的主控因素;沙四段沉积期超压开始发育并迅速增大,在沙一段沉积期达到最高,随后逐渐泄放降低,断裂发育少的地区超压发育,断裂密集发育区超压发育相对较弱;在超压的作用下地下流体以幕式流动为主;阐明了大民屯凹陷超压主导型和构造活动-超压联控型两种幕式成藏的动力学机制。     

煤岩裂缝渗流能力实验评价及近井地层等效渗透率分析

煤岩裂缝的渗流能力是影响煤层气产能的重要因素.采用API导流仪及岩心驱替装置,模拟煤层气排采过程中煤层有效应力的连续变化,评价裂缝闭合压力逐渐升高、地层压力连续下降以及频繁开关井(间歇性排采)等工况条件下煤岩压裂裂缝的动态导流能力和含天然裂缝煤心的渗透率变化.实验结果表明,提高裂缝闭合压力、降低孔隙流体压力以及频繁开关井等都会降低煤岩裂缝的渗流能力,尤其对压裂裂缝的导流能力影响更为显著.基于此,利用实验数据分别回归了煤岩压裂裂缝导流能力和含天然裂缝煤岩渗透率与有效应力的经验关系式,建立近井煤层等效渗透率计算模型.利用该模型可以根据现场测算的等效渗透率,初步判断煤层压裂裂缝的有效导流能力或缝长,可以为煤层气压裂效果评价、分析排采过程中煤岩裂缝参数的动态变化提供一种新方法.     

介质间流体交换对裂隙介质渗流的影响

建立光滑可渗透平行板单裂隙新模型,以此为基础分析介质间流体交换对基质岩块渗透性和单裂隙导流能力的影响,推导出两者的等效渗透率修正公式,并对不同裂隙开度和间距下的裂隙介质渗透性进行分析,研究介质间流体交换对裂隙介质渗流的影响.结果表明,当裂隙开度大于250μm或裂隙间距大于1.36 cm时,可忽略介质间流体交换对裂隙介质渗流的影响.     

青海省泽库县瓦勒根金矿床地质特征及找矿前景分析

通过对区域成矿地质背景的分析,结合瓦勒根金矿的地质特征,初步认为瓦勒根金矿受地层岩性、中酸性岩浆岩和断裂构造的复合控制。隆务河群c岩组2岩段泥质细碎屑岩和碳酸盐岩建造含金背景值较高,是本区金矿形成的主要矿源层;矿体受层间断裂构造控制,层控性及构造控矿明显;区内印支晚期石英闪长岩体、石英斑岩体不仅为成矿作用提供热液,也为本区金成矿提供了深部矿源。     

致密岩石变形破坏过程中渗透率演化的试验研究

为了研究致岩石在变形破坏过程中的渗透率变化特点,利用自适应全自动岩石三轴试验机对致密脆性的花岗片麻岩进行了不同孔隙压力下的渗透试验．试验结果表明：岩石不同变形阶段的渗流特性明显不同;在孔隙压力不大的情况下,岩石本身的裂隙发育情况与孔隙压力相比,对渗透率占主导作用;环向应变更能体现岩石发生软化屈服破坏的过程,在体现渗透率变化上响应更灵敏．在试验的基础上进一步探讨了应力-应变过程中渗流应力耦合的机理,分析了岩石细观力学性质对屈服破坏前期渗透率“突跳”的影响．     

狮子沟构造带裂缝储层保护钻井液配方

针对青海油田英西裂缝性碳酸盐岩储层在钻井过程中存在的储层损害问题,开展了储层裂缝特征、储层岩石成分、储层岩石的分散性和膨胀性能分析,完成了储层固相颗粒损害、水锁损害以及敏感性损害的评价,明确了储层受到损害的主要因素.评价7种现场储层保护剂的酸溶率、油溶率、粒径范围,其中XY-2和NFA-25的可溶解性(酸溶率和油溶率)大于90％,NFA-25的粒径较大且分布范围最广,可作为储层保护剂.评价了3套钻井液体系的动态渗透率恢复值,复合有机盐钻井液污染岩心后,渗透率恢复值为85.52％,储层保护效果最佳.在复合有机盐钻井液配方下,通过加入可酸溶纤维屏蔽暂堵剂,提高钻井液对裂缝的屏蔽暂堵率以及加入低聚有机硅防水锁剂减少钻井液对储层微裂缝造成的水锁伤害,将钻井液的渗透率恢复值从85.2％提高至92.24％,复合有机盐钻井液储层保护效果显著提高.     

基于EPHF模型均质多孔岩石材料水力压裂特性

基于流固耦合理论,在基于渗透率的水力压裂(PHF) 模型基础上建立了扩展渗透率的水力压裂(extended permeability-based hydraulic fracture,EPHF) 模型.该模型假设岩石材料在开裂过程中渗透率的改变为平均有效应力的函数,采用多孔介质弹性本构关系和Drucker-Prager塑性模型描述岩石材料开裂前后的力学行为,孔隙流体采用达西定律描述.引入LET模型和混合黏滞系数考虑等效开裂区域内由压裂液与原液体混合引起的渗透率修正.分析了抗拉强度对关键位置的水压力和应力路径发展过程的影响,以及等效开裂区域和裂缝高度随注水时间的变化过程.结果表明:裂缝路径上的点(不含注水点) 的水压力先降低后增加至传播压力;当有效应力差和初始水压力同时保持不变时或当总应力不变时,起裂压力随有效应力比的增加而降低.     

基于组合式平板模型预测曲面裂缝数字岩心渗透率的方法

针对碳酸盐岩微裂缝系统中曲面裂缝特征复杂,流动模拟难以进行的问题,提出一种求解曲面裂缝数字岩心渗透率的方法。首先构建平板裂缝数学模型,并利用格子布尔兹曼方法,得到以开度和倾角为基本参数的微裂缝模型的流动规律;其次基于平板模型的流动规律和曲面裂缝的基本特征将平板模型进行组合求解曲面裂缝的绝对渗透率;最后进行实例验证。结果表明该方法准确有效,可在识别出裂缝相关参数后预测岩心绝对渗透率,避免了大量数值模拟,提高了计算效率。