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高温作用会导致岩石内部结构发生变化,并对其热物理性质产生显著影响,因此,研究高温作用后岩石热物理性质的变化规律对地热系统及存在热流传播问题的地下工程具有指导意义。实验以高温作用后砂岩、灰岩为研究对象,利用热常数分析仪研究了砂岩、灰岩热导率随温度的变化特征,并结合岩石微观结构特性,从矿物受热的微观机理出发,对岩石热导率变化的内在机理进行了初步探讨。结果表明,砂岩热导率可分为25~100℃、100~400℃、400~600℃和600~900℃四个阶段,灰岩热导率可分为25~100℃和100~400℃两个阶段,砂岩、灰岩在25~400℃间由于水分的蒸发热导率整体变化较快,400℃以后矿物发生相变及分解、熔融等物理化学反应,从而微裂缝发育、延伸,并连接形成宏观裂隙,砂岩热导率急剧下降,灰岩内部结构较完整,微裂隙发育较少,热导率基本稳定。 相似文献
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本文根据大量实测数据,首次系统地报道了中国西北地区塔里木盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地内的岩石热导率、岩石放射性生热率数据及其分布特征.对600多个岩石热导率和100多个实测岩石生热率的统计分析表明,沉积盆地中岩石的热物理性质与其岩性、埋藏深度和地层时代密切相关.随深度和地层时代的加大,岩石热导率增大;塔里木盆地的岩石热导率的总体平均值最大,而柴达木盆地的最小.岩石生热率在上地壳的分布是随深度的增加而减小的,但在沉积盆地的深度范围内几乎不变,其分布是均匀的,仅不同岩性的生热率差别较大.估算的岩石放射性生热产生的热量可以占到盆地地表热流的25%～45%.因此,岩石热物理性质的参数不仅与盆地的地温分布和大地热流特征密切相关,还可以为该地区盆地热历史恢复及深部地球物理的研究提供有效的参数和边界条件. 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2017,(3)
沉积岩的热扩散系数和热导率是十分重要的地质学和地热学参数,对精确获得地表热流密度及建立沉积盆地的热结构模型具有重要意义。本研究利用激光导热分析仪LFA 457测量了一种砂岩从298~773 K的热扩散系数,并结合比热容和密度参数计算获得了其这一温度区间的热导率。结果显示,在298 K时,砂岩的热扩散系数为1.20 mm2 s~(-1),比热容为0.80 J·g~(-1)K~(-1),热导率为2.38 W·m~(-1)K~(-1);温度升高时,热扩散系数迅速减小,比热容升高,总体结果是热导率减小(未考虑体积膨胀造成的密度变化)。在研究的温度区间内,热扩散系数减小了69%,热导率减小了54%。结果表明,高温原位的岩石热导率只有室温下的60%左右。因此,使用高温下的热导率值才能获得更准确的地表热流数据。 相似文献
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岩石热物性是地表、地球内部温度分布及热传递研究不可缺少的参数,贵州乃至西南地区均尚未开展过系统性、区域性的岩石热物性参数研究工作。为给贵州及相邻区域开展地热、油气成藏以及岩土工程等研究工作提供依据和参考,本次采集了贵州主要地层的14种岩类,共计433件岩石样品,并进行热导率、比热容及热扩散率的测试,分析了不同岩石的热物性参数特征及影响因素。研究表明：贵州地区岩石热导率的实测平均值在1. 516±0. 264~5. 066±0. 521W/(m·K)之间,比热容的实测平均值在0. 272±0. 042~0. 603±0. 096kJ/(kg·℃)之间,热扩散系数的实测平均值在0. 752±0. 331~2. 854±0. 368mm2/s之间。区内岩石热物性与其矿物成分、结构、含水量等因素有关,其中,岩石年龄越老,热导率和热扩散系数越高;岩石的热导率和热扩散系数与高热导率矿物含量存在正相关关系,而比热容则相反;随着岩石中矿物颗粒粒度的增大,岩石热导率和热扩散系数也随之增加,而比热容与矿物颗粒粒度的关系则不明显;含水量对岩石的热物性影响较大,饱水条件下岩石的热导率比干燥条件下的热导率增加幅度在2%~17%,热扩散系数增加的幅度集中在1%~16%,而比热容则减少,减少幅度在3. 08%~21. 79%。 相似文献
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岩石热导率是计算大地热流的基础热物性参数,热导率的选取和校正是正确评估热流的基础。当前在冀中坳陷乃至渤海湾盆地的大地热流计算中,多以受季节性气温变化和地下水活动等因素影响较小的古近系和新近系砂泥质岩层作为大地热流的计算层位,岩石热导率也多参考区域内已有定值,而忽略了热导率对水饱和度、温度和压力的依赖性。笔者等从岩石热导率的温压校正和饱水校正角度出发,计算并比较了不同校正方法对热流值的影响。主要认识如下：(1)岩石热导率作为1个受多因素综合影响的热物性参数,其大小与岩性和矿物组分密切相关,同时通常与孔隙率呈负相关,而与密度呈正相关;(2)热导率高温实验结果显示,冀中坳陷砂岩样品热导率总体上随温度的升高而降低,在30～130℃的温度区间热导率降低了6.8%～11.3%,热导率下降率具有随热导率的降低而减小的趋势;由于砂岩和泥岩具有相对较浅的埋深和较低的原位温压条件,温压对热导率的正负效应可以在一定程度上相互抵消,对于热导率小于2 W/(m·K)的样品,温压对其的影响较小。(3)饱水校正后的冀中坳陷JZ03井和JZ04井古近系—新近系砂泥岩热导率的平均偏差分别高达43.0%、47.5%;(4... 相似文献
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以苏北盆地某地热井碳酸盐岩储层岩石为研究对象,对处于20、50、100、150、200 ℃ 5个实时温度点的3组岩石样品进行热物性参数测试,分析导热系数、比热容和热扩散系数随温度变化的规律,拟合趋势曲线和经验公式,探讨影响机制。结果表明：在20～200 ℃的温度区间内,随温度的升高,岩石的导热系数拟合曲线以二次多项式关系呈下降趋势,50 ℃的温度点是岩石导热系数由急速下降到缓速下降的拐点,导热系数平均值减小约31.47%;比热容拟合曲线以二次多项式关系呈上升趋势,比热容平均值增大约23.27%;热扩散系数随温度的变化趋势与导热系数一致,且二者具线性相关,100 ℃温度点是热扩散系数由急速下降到缓速下降的拐点,热扩散系数平均值减小约44.48%。随着温度的升高,比热容增大造成的补偿作用是导热系数下降幅度小于热扩散系数的主要原因。 相似文献
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开展岩石高温损伤破裂信息识别研究对地热开发和煤炭地下气化等具有重要的指导意义。通过不同高温处理后砂岩在破坏过程中声发射参数RA(上升时间/振幅)和AF(平均频率)值变化,研究高温后砂岩内部不同类型裂纹的发展演化规律。结果表明:砂岩在整个加载过程中以拉张裂纹为主,当加载应力超过峰值应力的80%后,剪切裂纹所占比例迅速增大,可将此作为砂岩发生破坏的前兆;当加热温度超过600℃时,剪切裂纹所占比例上升,超过800℃,剪切裂纹所占比例迅速下降,600℃和800℃可作为砂岩损伤突变的阈值温度;高温后位错塞积现象增多,砂岩塑性特征增强,拉张裂纹所占比例增大。研究成果将对高温作用后岩石破裂失稳前兆信息的识别提供重要的理论基础。 相似文献
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《岩土力学》2017,(3):623-630
为了研究高温对细砂岩力学性质的影响,对经历400℃~1000℃高温后细砂岩试样进行X衍射、电镜扫描及单轴压缩试验,分析了高温后试样矿物成分、结构特征及力学参数与温度的相关性。结果表明:高温后细砂岩试样内矿物发生了多晶转变,经历600℃以内高温试样内石英含量随温度升高增加,晶体衍射强度增强,600℃高温试样可观察到明显熔融和重结晶现象,超过600℃高温后试样内石英含量随温度升高降低,晶体衍射强度减弱,裂隙数量增多,裂隙宽度和长度有所增加,裂隙可分沿颗粒边界裂隙和穿过颗粒裂隙,600℃约为主要矿物石英变晶的临界温度;经历400℃~800℃高温后试样的纵波波速与温度呈线性降低;经历600℃以内高温对试样的强度具有强化作用,超过600℃高温后试样强度开始弱化,600℃可作为试样强弱转化的阈值温度;经历400℃高温后试样弹性模量、变形模量随温度升高稍有增加,初始模量和峰值应变基本保持不变。超过600℃高温后试样的变形参数随温度升高有所降低,超过400℃高温后峰值应变随温度升高单调增加,高温对细砂岩试样变形参数的影响较为敏感。 相似文献
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岩石热导率是计算大地热流的基础热物性参数,热导率的选取和校正是正确评估热流的基础。当前在冀中坳陷乃至渤海湾盆地的大地热流计算中,多以受季节性气温变化和地下水活动等因素影响较小的古近系和新近系砂泥质岩层作为大地热流的计算层位,岩石热导率也多参考区域内已有定值,而忽略了热导率对水饱和度、温度和压力的依赖性。本文从岩石热导率的温压校正和饱水校正角度出发,计算并比较了不同校正方法对热流值的影响。主要认识如下：① 岩石热导率作为1个受多因素综合影响的热物性参数,其大小与岩性和矿物组分密切相关,同时通常与孔隙率呈负相关,而与密度呈正相关;② 热导率高温试验结果显示,冀中坳陷砂岩样品热导率总体上随温度的升高而降低,在30~130 ℃的温度区间热导率降低了6. 8%~11. 3%,热导率下降率具有随热导率的降低而减小的趋势;由于砂岩和泥岩具有相对较浅的埋深和较低的原位温压条件,温压对热导率的正负效应可以在一定程度上相互抵消,对于热导率小于2 W/(m·K)的样品,温压对其的影响较小。③ 饱水校正后的冀中坳陷JZ03井和JZ04井古近系—新近系砂泥岩热导率的平均偏差分别高达43. 0%、47. 5%;④ JZ03井和JZ04井古近系—新近系岩层热导率在未经任何校正、经含水率校正及经孔隙率校正情况下的大地热流值分别为43. 05 mW/m2、45. 39 mW/m2、61. 64 mW/m2和52. 81 mW/m2、59. 81 mW/m2、78. 14 mW/m2;最终选取经几何平均模型饱水校正后的热导率计算得到的61. 64 mW/m2和78. 14 mW/m2两个热流值分别作为冀中坳陷牛北斜坡和高阳低凸起中部的大地热流值。 相似文献
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煤岩热物性参数是矿井降温、防灭火治理工作所需要的重要基础资料。以重庆永川煤矿为研究对象,采用井下现场测定和实验室测试对该矿目前采掘区域内煤岩密度、比热、导热系数、导温系数以及原始温度、地温梯度等参数进行了测试。测试结果表明,在矿井标高-400 m水平,煤岩样的密度、比热、导热系数、导温系数均处在正常范围之内;在标高-357~-438 m,煤岩密度、比热、导热系数、导温系数不随标高的变化而变化。在标高-400 m水平,煤岩原始温度为35~36℃;矿井恒温带深度以下,-400 m水平以上的地温梯度为2.32/℃ hm,-400 m水平以下的地温梯度值为2.65/℃ hm,存在一个稍微递增的趋势,但仍然处于正常地温梯度范围。结合矿井地勘资料确定煤岩原始温度的实测值较理论计算值偏小,但误差不超过3%,精度符合工程实际要求。 相似文献
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热性质是岩土体基本的物理性质之一,用以评价热量在其中的保持、传导和分布状况,以导热系数、比热容和热扩散系数最为常见,这些参数也是地热能管理与开发、工程冷冻开挖、寒区工程设计与施工的重要参数。已有研究表明,土壤热参数与土质、来源、含水率、密度等因素有关。通过广东湛江某工地粉质黏土和黏土的热参数测试结果分析发现：随含水率的增大,粉质黏土导热系数和热扩散系数的变化趋势是先增加至最大值,然后减小,而比热容基本呈线性增大。干密度对粉质黏土导热系数的影响与含水率大小有关,当含水率不超过20.0%时,其随干密度的增加而增大,而当含水率超过27.5%后,其随干密度的增加有减小趋势;当含水率在24.5%（液限）左右时,基本没有规律可循。干密度对粉质黏土热扩散系数影响规律不明显。黏土的导热系数和比热容都随含水率和干密度的增加而增大;热扩散系数随含水率的升高整体表现为非线性增加至稳定,在低含水率下干密度的影响不明显,在较高含水率下随干密度的增加热扩散系数先增大后减小。较大颗粒的存在导致粉质黏土的导热性较黏土复杂。 相似文献
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This paper studies the variation of mass, density, wave velocity and thermal conductivity of concrete after high-temperature heat treatment. The range of temperature to which the concrete specimens are exposed is 25–900 °C, in a heating furnace. The results are summarized as follows: three temperature ranges (20–300 °C, 300–600 °C and above 600 °C) corresponding to the moisture vaporization (i.e., adhered water, combined water or crystal water), decomposition of some minerals (i.e., Ca-hydroxide, Mg-hydroxide) and Ca-carbonate are obviously evident. The physical properties of concrete specimens change most significantly within the temperature range above 300 °C, which may be attributed to the transformation of concrete minerals. Moreover, within the temperature range of 300–900 °C, especially between 400 and 600 °C, the concrete structure has significant chemical changes basing on the variations of surface features, ultimately making the number and width of cracks and mass loss level increased, as well as the wave velocity and thermal conductivity changed. 相似文献
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关中盆地浅层地热能资源十分丰富,但目前开采程度仍有待提高。土壤的热物理性质在很大程度上决定了其工程特性,对浅层地热能在开发利用过程中所涉及的基本理论和开发方法等具有较大影响。通过室内试验对西安市、咸阳市、渭南市和宝鸡市范围内的粉质黏土的热物理性质开展研究,对试验数据进行了分析,进而揭示了粉质黏土比热容、导温系数和热导率的宏观变化规律。结果表明: 粉质黏土的热导率为0.82~2.65 W/(m·K),导温系数为0.001 28~0.004 86 m2/h,比热容为0.77~1.53 kJ/(kg·K); 随着含水率的增大,热导率整体呈减小趋势,且数值分布范围缩小; 比热容总体随导温系数的增大而减小; 导温系数随热导率的增大呈线性增大,且相关系数均较高。研究可为工程实践过程中开发利用浅层地热提供一定的理论基础。 相似文献
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中生代、新生代时期地壳剧烈运动将胶东半岛划分为胶北隆起、胶莱凹陷、胶南-威海隆起三大构造单元,其中隆起山地区广泛分布花岗岩、变质岩,凹陷盆地区主要分布砂岩沉积地层,胶北隆起区与威海隆起区相对于胶莱凹陷盆地区具有更高的大地热流值.为系统分析胶东半岛大地热流值分布特征及其形成机理,本文在分析胶东半岛构造-热发展史、地热地质背景、地温场分布、岩石热导率、钻孔岩性与测温数据、地热流体化学成分等基础上,发现胶东半岛地热资源均为断裂构造控制类型的中低温对流型,其热源主要为三元聚热:导热断裂带水热对流、大地热流传导、地下水运移传导-对流;构造分布、岩石热物性、地热热储分布、地下水活动等是影响地温场分布的主要因素.针对胶东半岛地温场特征及其控制因素,提出了适合该地区的隆起-凹陷分流聚热模式与概念模型,即隆起山地区岩性以导热率、渗透率相对较高的侵入岩、变质岩为主,凹陷盆地区岩性以导热率、渗透率相对较低的砂岩为主,低导热率、低渗透率的凹陷区底部更像是一个相对隔热、隔水的顶板,使得来自地壳深部的大地热流及携带热量的流体、气体等在上涌的过程中在凹陷区的底部发生折射与再分配,从而导致热流在隆起山地区的底部形成一个温度相对更高的聚热区,反映在地表即是隆起山地区相对凹陷盆地区具有更高的大地热流值,特别隆起山地区轴部位置为热流值最高的区域,高热流值区域分布形态呈NE、NNE向分布,基本与胶东半岛NE、NNE向的深大断裂走向一致,该模式的提出可以更好地为胶东地区的地热资源勘探提供指导方向. 相似文献
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通过在单轴压缩下实施的声发射测试,研究焦作砂岩受20～1 200 ℃温度作用后的声发射演变过程;结合不同温度下砂岩的力学性质,通过声发射参数分析研究砂岩在不同受力阶段的声发射特点。研究表明：400 ℃以内温度对砂岩的声发射影响不太明显,在100 ℃后和600 ℃后声发射振铃累计数均发生急剧变化,100 ℃是砂岩裂纹扩展发育的门槛值,600 ℃后砂岩内部结构成分发生了变化,声发射现象较为明显。600～1 200 ℃时,砂岩呈现出明显的脆塑性转变现象,高温导致声发射信号的时间有所推迟,声发射信号增长率不断上升。1 200 ℃后,砂岩释放密集的声发射信号,呈现出塑性破坏特征。 相似文献
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利用两种热响应测试方式( 恒热流法和恒温法) 进行地埋管地源热泵换热试验,测试该地的土壤热物性参数。在概述了两种浅层岩土体热物性原位测试仪的原理、特点、测试方法及数据处理方法的基础上,分析比较了两种方法测量的参数,准确地计算出施工现场土壤的热物性参数。两种测试仪测量的热物性参数基本一致,同时热工况或冷工况试验所取得的参数差别不大。在20℃ ～ 30℃排热工况条件下,换热器为120 m 双U 类型时,排热量在25 ～ 60 W/m,在8 ℃取热工况条件下,取热量约30 W/m。热导率约1. 5 W/m·℃,热扩散率约为0. 46 × 10 － 6 m3 /s。 相似文献
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为分析天津地区地层热物性参数的地区分布特征和平面分布规律,布置88个勘查孔、现场采集1 076个岩土样、室内分析热导率、比热容、热扩散系数等地层热物性实验,对测试数据进行统计分析。结果表明:天津市岩土体热导率在1.26~1.70 W/(m·K),比热容在2 050~2 090 J/(kg·K),热扩散系数在0.45×10-6~0.74×10-6 m2/s。同一地区不同岩性的比热容,黏土最大、粉砂最小,热导率刚好相反,热扩散系数与比热容规律相同;不同地区同一岩性的热物性参数差别不大。天津市比热容与热导率呈现大致相反的趋势,热导率高值区位于蓟县、宝坻和宁河的东部、武清西部、静海南部以及滨海新区的中部地区;比热容高值区位于蓟县、宝坻和宁河西部、武清东部、静海北部以及滨海新区大部分地区。 相似文献
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Thermal and physical properties of reconsolidated crushed rock salt as a function of porosity and temperature 总被引：1，自引：1，他引：0
Crushed salt can be used as backfill to bury and conduct heat away from radioactive waste in salt repositories. As the crushed salt compacts during reconsolidation, its thermal, mechanical and hydrologic properties will change in a manner related to the porosity. Measurements of crushed salt thermal properties are conducted to evaluate such relationships. A simple mixture theory model is presented to predict thermal conductivity of consolidating salt in repository conditions. Experimental work was completed to evaluate the model by measuring thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat of crushed salt as a function of porosity and temperature. Sample porosity ranged from 0 to 46 %, and measurements were made at ambient pressure, from room temperature to 300 °C. These are the temperature conditions expected in a radioactive waste storage facility. Crushed salt thermal conductivity decreases with increasing porosity and temperature. Thermal diffusivity showed little porosity dependence but decreased with increasing temperature. Specific heat also shows little porosity dependence but increases with increasing temperature. Fracture porosity in deformed bedded salt cores appears to reduce thermal conductivity more dramatically than inter- and intra-granular porosity in consolidated salt. A long-term effort to dry crushed salt at high temperatures resulted in a 0.48 weight-percent loss of water that had resided at grain boundaries and in intra-granular fluid inclusions. While this loss does not significantly affect thermal properties, the release of this water volume could impact the mechanical response of the reconsolidating salt and host rock. 相似文献