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1.
核废物地质处置、地热开发、石油开采等工程领域都可能涉及稀疏裂隙岩体中的水流-传热过程。现有的裂隙岩体水流-传热理论模型和计算方法基本上都是以平行光滑壁面裂隙模型为基础的,没有考虑裂隙的壁面局部接触对水流、水-岩热交换以及岩体传热的影响。针对粗糙壁面裂隙水流过程,阐述了基于Stokes方程的Reynolds润滑方程及Hele-Shaw裂隙模型,采用MATLAB软件中的PDE工具求解,并与Walsh的等效水力开度公式进行对比;分析壁面局部接触裂隙水流-传热与填充裂隙水流-传热的相似性,提出了瞬时局部热平衡假设的适用条件,并在裂隙局部接触体传热满足Biot数条件的前提下,计算分析裂隙局部接触体与水流之间的局部热平衡时间及其影响因素;在裂隙局部接触体与水流之间满足瞬时热平衡假设的前提下,利用填充裂隙水流-传热的解析解,计算了壁面局部接触裂隙水及两侧岩石的温度分布,并分析了裂隙局部接触面积率、裂隙开度、裂隙水平均流速对岩石温度和裂隙水温度的影响特征,结果表明：（1）在设定条件下,由于裂隙局部接触体与裂隙水流之间的热交换,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随接触面积率的增大而减小,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随接触面积率的增大而增大;（2）裂隙开度和裂隙水流速对岩石温度和裂隙水温度的影响方式的影响是一致的,即由于裂隙水流量随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随裂隙开度和裂隙水流速的增大而减小。 相似文献
2.
《岩土力学》2020,(2)
考虑裂隙水流与岩体开裂之间的相互作用,在含裂隙单元的附加节点上引入反映裂隙局部特性的附加函数,然后基于考虑裂隙面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了裂隙水流与岩体开裂相互作用的扩展有限元实现方法,并采用该法对岩石试件与压力隧洞在裂隙水压作用下的开裂过程进行了数值模拟。数值计算结果表明:岩石试件裂纹内水压变化规律与试验结果相吻合;裂隙长度较小时,裂隙的存在对压力隧洞周围岩体应力、位移场的影响较小,随着裂隙的扩展,其影响范围将逐步扩大;水力劈裂对隧洞的径向位移影响较小,而对环向位移的影响较大,考虑水力劈裂耦合分析得到的环向位移要大于不考虑裂隙内水压分析得到的结果。 相似文献
3.
裂隙对喀斯特水流起着重要控制作用。选取具有垂向与水平向交叉裂隙的岩石剖面,做单环注水入渗试验,基于Navier-Stokes(N-S)方程组建立入渗水流数值模型,运用试错法,以实测单环水位变化为目标推求裂隙水力隙宽,计算入渗水量在不同裂隙中的比例;利用立方定律,估计出裂隙饱和渗透系数,基于地下水流连续性方程构建裂隙水流数值模型;比较两种数值模型计算结果。模拟结果表明:N-S方法推求的裂隙等效水力宽度远小于实测裂隙宽度;裂隙水流大部分沿垂向裂隙下渗,但也有部分水流沿横向裂隙渗流;立方定律与N-S方法数值模拟结果差异不大,前者估计的裂隙下渗率稍小于后者,相对而言,N-S方法能更精确地描述裂隙水流运动过程。 相似文献
4.
《岩土力学》2021,(2)
考虑裂隙水流与岩体开裂之间的相互作用,在含裂隙单元的附加节点上引入反映裂隙局部特性的附加函数,然后基于考虑裂隙面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了裂隙水流与岩体开裂相互作用的扩展有限元实现方法,并采用该法对岩石试件与压力隧洞在裂隙水压作用下的开裂过程进行了数值模拟。数值计算结果表明:岩石试件裂纹内水压变化规律与试验结果相吻合;裂隙长度较小时,裂隙的存在对压力隧洞周围岩体应力、位移场的影响较小,随着裂隙的扩展,其影响范围将逐步扩大;水力劈裂对隧洞的径向位移影响较小,而对环向位移的影响较大,考虑水力劈裂耦合分析得到的环向位移要大于不考虑裂隙内水压分析得到的结果。 相似文献
5.
高流态尤其是超临界流动的水动力学机制及其床沙底形演化的研究相较于次临界流动具有一定的差距。季节性河流以高流态为主要沉积搬运过程,为超临界流的形成与保存提供了有利条件,是研究超临界流沉积的重要载体。在季节性河流沉积体系研究进展调研基础上,明确了其基本定义、判别标准及沉积特征。通过对内蒙古岱海湖北部典型季节性冲积体系——半滩子河流发育的沉积构造进行研究表明:随着低流态向高流态演化,沙丘底形(Dune)逐步向上部平坦床沙底形(Upper plane bed)过渡,形成了低角度/S型交错层理;在高流态初期,形成了上部平坦床沙成因的平行层理;随着流动强度逐渐增大,流动机制演变为超临界流,平坦床沙逐渐向逆行沙丘(Antidune)过渡,形成了与平行层理伴生的逆行沙丘交错层理;当流动强度进一步增大,携带沉积物的流体发生较强的水力跳跃,形成了流槽与冲坑(Chute-and-Pool)。半滩子河流现代沉积中发育的高流态沉积与区域内气候变化具有明确的响应关系,表明河流沉积中广泛发育的高流态沉积构造指示了强烈季节性变化的气候特征。 相似文献
6.
《古地理学报》2018,(6)
高流态尤其是超临界流动的水动力学机制及其床沙底形演化的研究相较于次临界流动具有一定的差距。季节性河流以高流态为主要沉积搬运过程,为超临界流的形成与保存提供了有利条件,是研究超临界流沉积的重要载体。在季节性河流沉积体系研究进展调研基础上,明确了其基本定义、判别标准及沉积特征。通过对内蒙古岱海湖北部典型季节性冲积体系——半滩子河流发育的沉积构造进行研究表明:随着低流态向高流态演化,沙丘底形(Dune)逐步向上部平坦床沙底形(Upper plane bed)过渡,形成了低角度/S型交错层理;在高流态初期,形成了上部平坦床沙成因的平行层理;随着流动强度逐渐增大,流动机制演变为超临界流,平坦床沙逐渐向逆行沙丘(Antidune)过渡,形成了与平行层理伴生的逆行沙丘交错层理;当流动强度进一步增大,携带沉积物的流体发生较强的水力跳跃,形成了流槽与冲坑(Chute-and-Pool)。半滩子河流现代沉积中发育的高流态沉积与区域内气候变化具有明确的响应关系,表明河流沉积中广泛发育的高流态沉积构造指示了强烈季节性变化的气候特征。 相似文献
7.
基于DDA方法一种流-固耦合模型的建立及裂隙体渗流场分析和应用 总被引：1，自引：0，他引：1
以非连续变形分析方法（DDA）为基础并采用稳态流体计算方法将二者结合进行裂隙岩体流-固耦合分析。利用DDA方法生成裂隙岩体模型,在此基础上采用矩阵搜索等方法形成新的裂隙水通网络模型。采用稳态迭代算法和立方定律求得裂隙水压力,并把裂隙水压力作为线载荷施加到块体边界,在DDA算法中每个迭代步完成后更新裂隙开度和水压值,与DDA算法结合研究裂隙水与块体之间相互作用关系。利用以上裂隙岩体流-固耦合计算方法研究了某水封油库开挖和运行过程洞室围岩流量和密封性,为该工程预测水封效果提供了有益的主要依据,也是国内首次采用DDA方法做大型工程的流-固耦合模型分析。 相似文献
8.
米尺度裂隙岩体模型水流-传热试验的数值模拟分析 总被引：1，自引：0，他引：1
为了研究高放射性核废物地下处置库近场的水流-传热耦合问题,采用国内高放废物地下处置库预选场址--甘肃北山地区的花岗岩石块体,加工组合成米尺度的规则裂隙岩体模型,设置边界热源和裂隙水流,试验模拟裂隙水水流与传热之间的相互作用。作为该室内模型试验的前期理论研究,采用等效孔隙介质数值模型,着重分析了裂隙开度、裂隙流量和热源功率对流场和温度场的影响。在设定条件下,计算分析表明：热传导和裂隙水水流由热源作用初期的不耦合很快转化为耦合;不流动的裂隙水主要表现为热存储和热传导,而流动的裂隙水还引起流动传热和水与岩石之间的对流换热,使岩体温度场明显不同于单纯热传导的情况;如果保持裂隙水流量不变,则裂隙开度的变化对水流-传热影响不大;如果保持裂隙水流速不变,则裂隙开度的变化对水流-传热影响显著;热源功率越大,通过裂隙水的热流量越大,裂隙水压强越大,而当温度超过100 ℃时,裂隙水会因汽化而压强显著增大;加热7 d时,热量的输入和输出几乎相等,裂隙水流带走的热量接近热源供给的热量,模型系统基本达到了热平衡。 相似文献
9.
喀斯特水的特征与其他岩石中的裂隙水、孔隙水具实质性区别,主要原因是碳酸盐岩发育有多元空隙,导致喀斯特化岩体中的水介质复杂多样性。为便於深入研究,本文把喀斯特水运动归纳为两个类型:(1)不纯碳酸盐岩、结晶白云岩、中国北方的灰岩中的溶隙水,流态为层流运动;(2)中国南方的灰岩中的溶洞水(指Ⅲ水动力带),流态为紊流运动。 相似文献
10.
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 总被引：1，自引：0，他引：1
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。 相似文献
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碳酸盐岩裂缝介质中微观二维油水运移聚集物理模拟实验研究 总被引：6，自引：0，他引：6
裂缝是碳酸盐岩中流体流动最主要的通道和重要的储集空间。碳酸盐岩裂缝介质中的油水运移和聚集过程研究是我国的一个研究热点，也是一个国际性难题。利用物理模拟实验来研究碳酸盐岩裂缝中的油气运移是一个新的尝试。实验利用碳酸盐岩裂缝岩心制作成薄片模型，在薄片模型中进行油驱水实验来模拟运移过程。实验结果表明：①流体平面流动路径有单一式／平行式、斜交式和网络式三种路径；在通道内流体运移形态有连续式、分段式及连续一分段式三种；油水驱替前缘呈现活塞式、绕流式和脉冲式三种形式。②流体流动形态随流体压力、饱和度、裂缝结构、润湿性等因素的变化而变化。这些因素之间相互影响，交叉作用。流体压力和流量，流体压力和流体速率有条件呈现相关关系；流体速率不仅与压力相关，而且与裂缝发育的角度和宽度有关，与压力梯度夹角较小的宽裂缝内的流体速率较高，反之较低。 相似文献
13.
Many achievements have been made in experimental studies of hydrocarbon migration in the clastic reservoir. On the other hand,
few migration experiments have been reported in the carbonate reservoir simulation realm. This article is a tentative experimental
study on hydrocarbon migration and accumulation in the carbonate reservoir, which is a complex media that includes a pore
system and fracture system. This microcosmic experiment simulates oil-water displacement using a real core model. Plentiful
seepage phenomena were observed in the microcosmic experiments. Three kinds of pathways were found in the plane: parallel
pathway, oblique-cross pathway and network pathway. Three types of flow were found: continuous flow, sectioning flow and their
combination. Three driving fronts were found in the experiment: piston front, encircle front and impulse front. All these
vary with many factors such as fluid pressure, oil saturation, fissure configuration and wettability, and these factors affect
each other. The results show that the relation between the fluid pressure and volume of flow is a complex segmenting correlation,
instead of a simple positive correlation like the pipe flow that follows Darcy’s law. The relation between fluid pressure
and the speed of flow also follows the same correlation. Speed of flow relates to the angle and width of the fissure. Speed
of flow in the wide fissure that has an acute angle with the pressure gradient is faster than that in a narrow fissure with
a high angle with the pressure gradient.
Translated from Geological Review, 2006, 52(4): 570–576 [译自: 地质 论评] 相似文献
14.
利用搜集的汶川震区典型泥石流暴发前后的降雨过程资料,分析了泥石流的激发雨量过程,获得了汶川震区的泥石流激发雨量特征,以期为泥石流的预测预报提供依据。结果表明,汶川地震区的泥石流激发雨型可分为快速激发型、中速激发型和慢速激发型3类,其差异主要体现在降雨的持续时间和强度方面。不同激发雨型下的泥石流形成过程的差别主要体现在松散土体饱和过程。雨型的差异(降雨的持续时间和强度)使得土体饱和产生超渗产流的时间出现差异,进而使得泥石流暴发的时间存在差异。激发雨强跟激发雨型存在一定的关系,激发雨强最大者为中速激发雨型,其次是慢速激发雨型,最小者为快速激发雨型。与地震之前相比,地震后的泥石流暴发时的累积雨量和临界雨量都有所降低。 相似文献
15.
Seepage-heat transfer coupling process of low temperature return water injected into geothermal reservoir in carbonate rocks in Xian County,China 
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下载免费PDF全文 WANG Yan LIU Yan-guang BIAN Kai ZHANG Hong-liang QIN Shen-jun WANG Xiao-jun 《地下水科学与工程》2020,8(4):305-314
Fracture seepage and heat transfer in the geothermal reservoir of carbonate rocks after the reinjection of low temperature geothermal return water is a complex coupling process,which is also the frontier of geothermal production and reinjection research. Based on the research of cascade comprehensive development of geothermal resources in Beijing-Tianjin-Hebei (Xian County),the carbonate geothermal reservoir of Wumishan formation in the geothermal field in Xian County is investigated. With the development of the discrete fracture network model and the coupling model of seepage and heat transfer,the numerical solution of seepage field and temperature field with known fracture network is reached using the finite element software COMSOL,and the coupling process of seepage flow and heat in carbonate rocks is revealed. The results show that the distribution of temperature field of fractured rocks in geothermal reservoir of carbonate rocks has strong non-uniformity and anisotropy. The fracture network is interpenetrated,which constitutes the dominant channel of water conduction,and along which the fissure water moves rapidly. Under the influence of convective heat transfer and conductive heat transfer,one of the main factors to be considered in the study of thermal breakthrough is to make the cold front move forward rapidly. When the reinjection and production process continues for a long time and the temperature of the geothermal reservoir on the pumping side drops to a low level,the temperature of bedrocks is still relatively high and continues to supply heat to the fissure water,so that the temperature of the thermal reservoir on the pumping side will not decrease rapidly to the water temperature at the inlet of reinjection,but will gradually decrease after a long period of time,showing an obvious long tail effect. The distribution of fractures will affect the process of seepage and heat transfer in carbonate reservoirs,which should be considered in the study of fluid thermal coupling in carbonate reservoirs. 相似文献
16.
淄博市淄川区饮用天然矿泉水按照含水层性质可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和岩浆岩类构造裂隙水3大类。区内29眼井泉监测点饮用天然矿泉水检测结果显示,研究区存在锶型、锂型和锶锂复合型3种类型矿泉水。从水岩作用角度分析了矿泉水中锶和锂的来源,认为研究区广泛分布寒武纪碳酸盐岩,石灰岩尤其是鲕状灰岩中丰富的锶元素,是锶矿泉水形成主要的物源条件之一;地下水沿灰岩裂隙岩溶运动为矿泉水的形成创造了重要的水动力条件;研究区腐殖质经低矿化近中性的大气降水淋滤后,形成富含腐殖酸的偏酸性溶液入渗地下,对地下岩层产生溶解、溶滤作用,随着溶解过程的进行,岩石中的锶元素大量进入地下水中。 相似文献
17.
沉积盆地流体活动及其成岩响应 总被引：6，自引：0，他引：6
盆地流体活动通过改变成岩场的温压和孔隙水介质条件,进而影响到盆地内成岩作用序列、水—岩相互作用以及储层孔隙变化。对于碎屑岩而言,流体活动仅能导致母岩中少部分矿物的溶蚀以及孔隙内溶解与沉淀作用发生,富含二氧化碳和有机酸的流体活动为次生孔隙发育提供条件,超压环境下流体幕式释放既可导致超压体内次生孔隙的发育,又可以导致热流体活动影响区域内浅部储层的成岩异常;对于碳酸盐岩而言,由于碳酸盐岩具有很强的溶解性,盆地流体活动导致碳酸盐岩储层组构及空间发生巨大的变化,其中天水的下渗以及与深部热液或热流体沿断裂或裂缝释放均可导致碳酸盐岩成分、组构、储集空间发生根本性变化,故与盆地流体活动密切相关的风化壳型岩溶储层和构造热液白云岩储层构成碳酸盐岩中最为重要的储层类型。然而,盆地流体活动及其成岩响应研究仍存在许多亟待解决的难点问题,急待深入的研究探索。 相似文献
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New exploration techniques are vital to the search for new orebodies in mature terranes, as well as for extensions of existing orebodies. This research focused on application of low-temperature dating techniques (primarily apatite fission-tracks) and stable isotope measurements (carbon and oxygen in carbonate rocks) in and around the Pipeline deposit, a Carlin-type gold system. The primary purpose of the project was to assess whether these techniques could provide exploration vectors that might be used in conjunction with other geologic, geochemical, and geophysical techniques to determine the locus of fossil hydrothermal fluid flow, and the attendant possibility of finding economic mineral deposits.At Pipeline, measurements of apatite fission-tracks and (U − Th) / He geochronometry yield a clear indication of the elevated temperatures associated with the fossil hydrothermal system. The pattern is one of a central target (Pipeline deposit) with decreasing thermal effects as far as several kilometers laterally from the known ore zone. Because of the irregular nature of fluid flow through fractures, a significant number of samples are required to discern this pattern, but the pattern is quite clear from the 32 samples in and around the Pipeline pit.Stable isotope measurements of carbonate rocks yield patterns centered on the Pipeline pit area. Oxygen isotopes in particular are shifted toward lower values as the result of interaction between the hydrothermal fluids and carbonate rocks. Carbon isotopes show a pattern, but it is somewhat more difficult to interpret than the oxygen isotope pattern. As with the geochronometric patterns, isotopic indications of fluid flow are present several kilometers from the ore zone at Pipeline. Also as with the geochronometric data, a relatively large sample set is required to see the pattern. At Pipeline, the patterns are evident in approximately 45 surface samples and very clearly in the cross-sections containing approximately 100 samples.From these data, it is clear that thermal and stable isotopic measurements on rocks at a significant distance from the known Pipeline hydrothermal system record the passage of hot fluids through the rock. Both techniques provide a footprint of the Pipeline system that is several diameters larger than the ore zone (as presently known). Therefore, thermochronologic and stable isotopic measurements can be utilized in conjunction with other techniques as part of an overall exploration strategy for Carlin-type deposits. Although these techniques do not provide a direct indication of the metal content of the fossil hydrothermal fluids, they do provide an indication of the robustness of fluid flow and the potential size of a hydrothermal system. 相似文献
19.
霸县凹陷牛驼镇凸起潜山内幕储层发育且勘探程度低,通过牛驼镇凸起潜山内幕方解石脉体及围岩的岩石学、同位素、包裹体等特征的研究,分析了古流体来源、期次和演化特征,再结合现今地层水特征,总结了流体活动对油气成藏的影响。研究结果表明：研究区发育3种类型方解石脉体(Cal1、Cal2和Cal3),其中加里东运动早期形成的Cal1型脉体与围岩同位素特征相似,认为流体来源于海相围岩。加里东运动晚期形成的Cal2型脉体可分为2期,其中裂缝边部的早期脉体Cal2 1与围岩同位素特征也相似,流体也来源于围岩;位于中心的晚期脉体Cal2 2相对围岩具有δ13C相似、δ18O亏损和87Sr/86Sr富集的特征,流体包裹体具有较低均一温度(<50 ℃)和盐度(13wt%～35wt%NaCl),认为流体来源于大气水和围岩的混合。喜马拉雅运动Es3-Es4期形成的Cal3型脉体相对围岩具有δ13C和δ18O亏损、87Sr/86Sr富集的特征,流体包裹体具有高均一温度(142～210 ℃),认为流体来源于岩浆活动。这些特征表明研究区存在3次流体活动,流体分别来源于海相围岩、大气水和岩浆活动,没有烃类流体活动的证据。研究区现今地层水具有低矿化度(2～3 g/L)、高钠氯系数(1～12)的特征,与邻近霸县生油洼槽的古近系地层水有很大差异,说明油气的保存条件及其与霸县洼槽水动力联系均较差。综合古流体和现今流体特征,认为研究区潜山内幕的流体活动特征不利于油气的成藏。 相似文献