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《岩土力学》2017,(10)
针对荆门市荆花石膏矿中留作矿柱的新鲜石膏岩进行天然和饱水两种状态下的单轴和三轴压缩试验,结合微观扫描电镜试验,研究石膏岩的强度和变形软化特性及机制。结果表明:石膏岩遇水会发生显著的强度和变形软化。随溶液中SO_4~(2-)、Ca~(2+)浓度不同,强度软化系数在0.6~0.72之间,弹性模量软化系数在0.66~0.75之间,凝聚力c显著下降而内摩擦角φ基本保持不变。石膏岩具有良好的延性,天然状态下峰后应变软化转为理想塑性变形的临界围压在2.5~5.0 MPa之间,经饱水软化后临界转换围压低于2.5 MPa。石膏岩遇水软化机制与其主要矿物成分二水硫酸钙的微溶性质密切相关。在蒸馏水中,石膏岩主要因溶解造成矿物流失,弱化内部结构而软化;在硫酸钙饱和溶液中,石膏矿物溶解-重结晶的动态平衡改变了岩石内部结构,使其疏松化,造成其力学性质发生软化。试验结果加深了对石膏岩遇水软化力学特性的认识,对石膏矿采空区稳定性分析具有重要意义。 相似文献
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中地壳的地球化学动力学和矿石成因 总被引：7，自引：0，他引：7
笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。 相似文献
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地下水矿物饱和度的水文地球化学模拟分析--以娘子关泉域岩溶水为例 总被引：21，自引：0，他引：21
通过分析娘子关泉域岩溶水的水文地质条件、岩溶发育规律以及水文地球化学特征，发现在该泉域内不应出现方解石、白云石、石膏等矿物溶解饱和状态。运用地球化学模拟软件PHREEQC模拟该区可能的化学条件（地下水中二氧化碳分压）及相应条件下的矿物溶解状态，同时结合野外溶解实验推断所处条件范围。这一研究推测出地下水与其溶解矿物所处极限状态应为饱和状态，而实际常常应处于非饱和状态，若计算为过饱和状态，则应可能是分析数据错误所致。 相似文献
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高温高压下石膏脱水相变的原位拉曼光谱研究 总被引：1，自引：0，他引：1
本文运用激光拉曼光谱仪,利用水热金刚石压腔装置对高温高压条件下石膏-水体系中的石膏脱水相变进行拉曼光谱研究。在压力0.1MPa～837.9MPa 和温度16～200℃条件下通过系列实验对相变的过程进行了原位光谱分析。与人们已知的无水条件下石膏分两步脱水的过程不同,高压下石膏在饱和水环境下倾向于一次性的脱去所有结晶水而形成无水石膏,实验中没有观察到半水石膏的出现。通过实验数据得到石膏和无水石膏的转折温度和平衡压力间的关系式为 P_(MPa)=19.56·T_(℃)-2926.5。 相似文献
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热液金刚石压腔 (HDAC)在地质上的应用及甲烷水合物合成实验研究 总被引：16，自引：4，他引：12
热液金刚石压腔 (HDAC)是 2 0世纪末发展起来的一种高温高压及低温高压实验技术。它可在 - 180～ 12 0 0℃ ,10 0～ 10 0 0 0MPa水热体系进行实验 ,并具直观实验全过程的特点。文中首次运用HDAC在水体系中对哀牢山花岗岩进行了熔融实验 ,在显微镜下观察到花岗岩熔融过程 ,其初熔温度为 712 88～ 714 87℃ ,压力为 2 2 5MPa ,熔融温度为 759 54～76 0 0 0℃ ,压力为 30 0MPa。重点介绍了国外运用HDAC进行冰的高压相、水体系中伟晶岩矿物溶解、可燃有机岩、石油及岩石热解、高压下矿物包裹体均一温度测定及甲烷水合物合成实验研究新成果。甲烷水合物在永久冻土带及大陆坡、海底高原、海底沉积物等地质环境广泛分布 ,储量大 ,可成为 2 1世纪人类使用的新能源。目前世界主要国家的科学家除致力于该资源勘探外 ,还运用不同方法进行甲烷水合物的合成研究 ,以了解其形成条件及性质。开发和应用甲烷水合物具有重大意义 ,为促进我国此项工作开展 ,文中作了重点介绍。 相似文献
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鄂尔多斯白垩系盆地地下水水-岩反应的锶同位素证据 总被引：3，自引：0，他引：3
利用鄂尔多斯白垩系盆地地下水锶同位素和水化学资料,对该区水-岩作用机制进行了分析,并采用反向水文地球化学模拟的方法对锶同位素示踪水-岩反应的分析结论进行了验证。结果表明:研究区主要发生了石膏、少量碳酸盐矿物及铝硅酸盐矿物的溶解反应,且北区地下水对石膏等硫酸盐矿物的溶滤作用强于南区,而南区地下水对铝硅酸盐矿物的溶滤作用强于北区;同时,南区碳酸盐矿物发生了溶解/沉淀的不一致性,即白云石发生溶解反应而方解石发生沉淀反应。采用锶同位素方法得出的水-岩作用结论与反向水文地球化学模拟结果相一致。 相似文献
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中地壳温度压力条件下的水-岩作用化学动力学实验 总被引：2，自引：1，他引：2
为模拟中地壳条件下水.岩相互作用,本文作者重点做了大于300℃,在水的近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应的化学动力学实验。矿物(钠长石(Ab)、透辉石(Di)、阳起石(Act))的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300至400℃范围内,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。多金属氧化物硅酸盐与水反应时的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样。硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如,硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃、22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。我们还完成了玄武岩与水在25℃～400℃条件下的反应动力学实验。实验发现,硅的最大释放反应速率也多是在300℃。中地壳的流体处于由亚临界态进入超临界流体的演化过程,这时流体的性质会有剧烈变化。这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落。流体性质的突变和水岩相互作用涨落会导致中地壳岩层的许多性质变化,硅酸盐矿物格架的解体,岩石被淋失,岩层的崩塌。 相似文献
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在了解安徽省泗县水文地质条件基础上,分析了区域水文地球化学特征及类型,探讨了其空间分布特征。根据开采条件下的地下水动力场条件,选择了3条模拟路径,采用PHREEQC软件进行了水文地球化学模拟研究,定量分析了地下水的形成机理及演化。结果表明,路径Ⅰ发生了岩盐、石膏以及伊利石的溶解,高岭土、石英、白云石、萤石发生了沉淀;钙蒙脱石、方解石不参与反应,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅱ发生了岩盐、石膏、伊利石、石英等的溶解以及钙蒙脱石、方解石的沉淀,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅲ发生的反应基本与路径Ⅰ相同,不同之处在该路径上的白云石发生了溶解,其原因可能是地下水在径流过程中溶解CO_2,使其继续溶解白云石以及受沉淀滞后的影响。研究结果表明地下水开采条件下,泗县地下水化学组分主要受到了岩盐和石膏等矿物的溶解作用、钙钠离子交换作用以及钙蒙脱石、方解石沉淀作用的控制。 相似文献
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石膏对白云岩溶解影响的实验模拟研究 总被引：25，自引：2，他引：25
表生到埋藏成岩作用的温度与压力（４０-１３０℃、常压－３０ＭＰａ）条件下，含膏与不含膏白云岩的溶解实验证明:在表生与相对浅埋藏的温压条件（低于７５℃，２０ＭＰａ）下，石膏（或硬石膏）的存在可不同程度地加速白云岩的溶解，随着实验温度和压力的升高，石膏（或硬石膏）对白云岩溶解的这种积极作用逐渐降低。在相对深埋藏的温压条件（高于７５℃、２０ＭＰａ）下，石膏（或硬石膏）的存在显著阻止白云岩的溶解，随着实验温度和压力的继续升高，石膏（或硬石膏）对白云岩溶解的这种消极作用也逐渐增加。从实验的这种结果可以预测，在近地表条件下和埋藏成岩作用的早期阶段，由溶解作用造成的含膏白云岩地层的次生孔隙将比不含膏的白云岩地层更为发育，因而在经历了古风化作用的地层中，含膏白云岩层更易形成良好的储层；与之相反，在相对高温高压的深埋藏成岩阶段，不含膏的白云岩地层中将更容易因酸性水的溶解作用而形成次生孔隙。因而在非蒸发沉积环境中形成的白云岩体（如正常海沉积环境的灰岩中的白云岩透镜体）更易因深埋藏溶蚀作用而形成良好的储层。 相似文献
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This study presents a new experimental approach for determining H2O solubility in basaltic melt at upper mantle conditions. Traditional solubility experiments are limited to pressures of ~600 MPa or less because it is difficult to reliably quench silicate melts containing greater than ~10 wt% dissolved H2O. To overcome this limitation, our approach relies on the use of secondary ion mass spectrometry to measure the concentration of H dissolved in olivine and on using the measured H in olivine as a proxy for the concentration of H2O in the co-existing basaltic melt. The solubility of H2O in the melt is determined by performing a series of experiments at a single pressure and temperature with increasing amounts of liquid H2O added to each charge. The point at which the concentration of H in the olivine first becomes independent of the amount of initial H2O content of the charge (added + adsorbed H2O) indicates its solubility in the melt. Experiments were conducted by packing basalt powder into a capsule fabricated from San Carlos olivine, which was then pressure-sealed inside a Ni outer capsule. Our experimental results indicate that at 1000 MPa and 1200 °C, the solubility of H2O in basaltic melt is 20.6 ± 0.9 wt% (2 × standard deviation). This concentration is considerably higher than predicted by most solubility models but defines a linear relationship between H2O fugacity and the square of molar H2O solubility when combined with solubility data from lower pressure experiments. Further, our solubility determination agrees with melting point depression determined experimentally by Grove et al. (2006) for the H2O-saturated peridotite solidus at 1000 MPa. Melting point depression calculations were used to estimate H2O solubility in basalt along the experimentally determined H2O-saturated peridotite solidus. The results suggest that a linear relationship between H2O fugacity and the square of molar solubility exists up to ~1300 MPa, where there is an inflection point and solubility begins to increase less strongly with increasing H2O fugacity. 相似文献
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利用自行研制的高温高压反应釜,在不同温度、压力和矿化度条件下测试CO2在地层水中的溶解度。实验结果表明:温度一定的条件下,CO2在水中的溶解度随压力的增加而增加;压力一定的条件下,CO2在水中溶解度的主要变化趋势为随温度的增加而降低,当温度大于100℃、压力在22 MPa左右时,CO2在地层水中的溶解度将发生异常,出现低压(小于22 MPa)时随温度的增加而降低,高压(大于22 MPa)时随温度的增加而略微升高;在温度压力都一定的条件下,CO2在水中的溶解度随矿化度的增加而降低。并且,在新测得的实验数据和已有的实验数据的基础上,通过修正PR-HV状态方程中的参数,建立了一个能够精确计算CO2在水中溶解度的模型;并将该模型与其他模型对比。对比结果表明,该模型计算精度最高,平均相对误差仅为2.69%。 相似文献
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煤层气是一种备受国家重视和开发利用的非常规清洁能源,煤层气储层物性的研究对煤层气资源的评价与开发具有重要意义。以黄河北煤田煤层气开发资料为基础,结合区域地质特征,应用煤层气地质理论对煤田内10号煤煤层气储层物性特征进行了研究。研究发现:10号煤层宏观煤岩类型以半亮煤为主,煤中有机显微组分以镜质组为主,无机显微组分以黏土为主;煤的变质程度比较高,整体进入成熟阶段;10号煤层储层孔裂隙发育、渗透率较低;10煤层对甲烷的吸附能力较强;10号煤层储层压力为2.16~4.20MPa,压力梯度为0.418~0.797MPa/100m,为低压储层至常压储层;黄河北煤田呈单斜构造,10号煤层埋藏深度较深,含水性较好,有利于煤层气保存。 相似文献
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TSR产物对碳酸盐岩储层是否具有改良作用——实验地质学的依据 总被引：6，自引：0，他引：6
采用SYS-1型碳酸盐岩溶蚀速率测定仪,选取四川东北地区5种碳酸盐岩样进行溶蚀实验,研究了三种主要TSR流体产物对碳酸盐岩的改造作用。H2S的溶蚀能力相对较强,在120℃温度下对微晶灰岩的溶蚀率可达17.09%;CO2的溶蚀能力次之;水的溶蚀作用可以忽略不计。H2S和CO2这两种酸性溶液的溶蚀能力从常温到200℃呈较强—强—弱的变化趋势,其中CO2的最大溶蚀率所处温度范围为60～90℃,H2S的最大溶蚀率所处温度范围为60～150℃。TSR产物中的酸性气体可以对储层进行改造,但不一定能够改良储层,而TSR过程中石膏向方解石的转变可以使储层孔隙度增加,从而改良储层物性。 相似文献
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近几十年来金刚石压腔（DAC）技术被广泛应用于高温高压实验研究领域,它可以达到550 GPa的压力和6 000 K的温度。与其他静高压实验技术（大压力机、高压釜等）相比,金刚石压腔具有独特的优势,它不仅可以进行极端温压条件下物质的结构性质、相变及状态方程等研究,而且可以原位观测整个实验过程。文中简述了金刚石压腔装置的结构及温压测量方法,然后分别从物质相变、矿物溶解度、流体性质和组成、油气成因、稳定同位素分馏系数和布里渊声学测量等方面简要介绍了金刚石压腔技术在地球科学中的研究进展。随着实验技术的不断发展和更新,金刚石压腔技术将具有更广阔的应用前景。 相似文献
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Jun Li 《Geochimica et cosmochimica acta》2011,75(15):4351-4376
A thermodynamic model is developed for the calculation of both phase and speciation equilibrium in the H2O-CO2-NaCl-CaCO3-CaSO4 system from 0 to 250 °C, and from 1 to 1000 bar with NaCl concentrations up to the saturation of halite. The vapor-liquid-solid (calcite, gypsum, anhydrite and halite) equilibrium together with the chemical equilibrium of H+,Na+,Ca2+, , , and CaSO4(aq) in the aqueous liquid phase as a function of temperature, pressure and salt concentrations can be calculated with accuracy close to the experimental results.Based on this model validated from experimental data, it can be seen that temperature, pressure and salinity all have significant effects on pH, alkalinity and speciations of aqueous solutions and on the solubility of calcite, halite, anhydrite and gypsum. The solubility of anhydrite and gypsum will decrease as temperature increases (e.g. the solubility will decrease by 90% from 360 K to 460 K). The increase of pressure may increase the solubility of sulphate minerals (e.g. gypsum solubility increases by about 20-40% from vapor pressure to 600 bar). Addition of NaCl to the solution may increase mineral solubility up to about 3 molality of NaCl, adding more NaCl beyond that may slightly decrease its solubility. Dissolved CO2 in solution may decrease the solubility of minerals. The influence of dissolved calcite on the solubility of gypsum and anhydrite can be ignored, but dissolved gypsum or anhydrite has a big influence on the calcite solubility. Online calculation is made available on www.geochem-model.org/model. 相似文献
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第三系红层中石膏溶蚀特性及其对工程的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
第三系红层中石膏分布比较广泛,大量的实验证明,石膏发生溶蚀的主要是含Ca2 的物质,并且溶蚀速率和与水接触的方式以及水头压力大小有直接关系。结合现场资料,将渗透系数K=10-5cm s作为石膏在第三系红层泥岩封闭下发生溶蚀的判据。同时针对水利工程中石膏溶蚀以及对砼的腐蚀性提出了相应的防治措施。 相似文献
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膏岩三轴压缩试验及高温相变特征研究 总被引：1，自引：0，他引：1
采用伺服刚性试验机对天然膏岩开展三轴压缩试验,研究了温度及围压对膏岩强度及变形特性的影响。结果表明,膏岩在不同围压下均具有良好的塑性流动特性,加载后无明显的剪切破坏面,而是出现明显的侧向膨胀。根据三轴试验结果,利用摩尔-库仑定律得到了膏岩的强度准则及抗剪强度参数。升高温度导致膏岩强度降低,且高温下石膏发生晶型转变,从二水石膏脱水转变为半水石膏,利用扫描电镜和X衍射对此过程进行了研究。脱水过程导致瞬间孔隙应力增加,膏岩破坏特性由延性转变为脆性。随着持续加载,破裂断面逐渐愈合。膏岩显著的塑性流动能力及快速的裂隙愈合能力对于天然气盖层的封闭稳定性具有重要意义。 相似文献
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水在硅酸盐熔体中的溶解度及研究意义 总被引：2，自引：0，他引：2
水是岩浆中主要的挥发份 ,而且其溶解作用强烈影响着熔体的物理和化学性质 ,因此对水在硅酸盐熔体中溶解度及溶解机制的研究是非常重要的。近年来研究表明 ,水在硅酸盐熔体中溶解度与压力、温度及熔体组分密切相关。具体而言 ,压力升高可使水的溶解度增大 ,而温度对溶解度的影响则与熔体组成有关。对于AbOrQ体系 ,在压力低于 4 0 0MPa时 ,溶解度与温度呈反相关 ;而在压力高于 50 0MPa时 ,则呈现出正相关。但是 ,温度对溶解度的影响要明显弱于压力的影响。至于水的溶解度与熔体组分的关系 ,通过对碱金属组分的研究表明水的溶解度按K ,Na ,Li的次序而增加。此外 ,根据碱金属组分对水在硅酸盐熔体中溶解度的影响对水的溶解机制进行了论述 ,这与Sykes等通过分子轨道计算和拉曼、红外光谱研究得出的水在铝硅酸盐熔体中的溶解机理是一致的。 相似文献