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Enrichment characteristics of normal-pressure marine shale gas in the complex tectonic zone: a case study of the Lower Cambrian Niutitang Formation in northern Guizhou

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Journal of Earth Science 2024年

作者： wenjibin sun Zhonghu Wu Yujun Zuo Chao Pan Hao Liu Baofeng Lan Jianyun Lin Bin Chen Qinggang Chen Guizhou Energy Industry Research Institute Co.， Ltd Mining College， Guizhou University College of Resource and Environmental Engineering， Guizhou University College of Civil Engineering， Guizhou University

The Lower Cambrian Niutitang Formation is a crucial stratum for the exploration of normal-pressure marine shale gas in southern China， with great development potential. To research the normal-pressure shale gas accumulation of the Niutitang Formation in the complex tectonic zone， the shale cores in northern Guizhou were subjected to X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) observation， and tests were conducted to determine total organic content (TOC)， bitumen reflectance， and nitrogen isotopes. The results indicate that the equivalent vitrinite reflectance of cores varies from 2.30% to 3.73%， and the TOC content of cores varies from 3.8% to 7.8%. The total gas content of three wells in northern Guizhou is 0.5 m3/t， 0.3 m3/t， and 1.4 m3/t， respectively. The TOC content of the shale in the syncline structure is higher than that of the shale in the anticline structure. Nitrogen in shale gas originates primarily from the thermal ammoniation of organic matter， the atmosphere， and the deep crust. Shale gas preservation is favourable in regions with a large range of lifting， and small lifting differences. The syncline is broad and gentle with few faults have better gas accumulation conditions. The Niutitang Formation in the residual syncline of the study area has better gas content than that of other structures. Exploration of shale gas accumulation sweet spots in northern Guizhou should focus on the broad-gentle synclines with minimal changes in stratigraphic lifting， few faults， and no hydrothermal activity at the edges of paleo-uplifts.

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Acoustic emission-based numerical simulation of tectonic stress field for tectoclase prediction in shale reservoirs of the northern Guizhou area, China

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Energy Geoscience 2022年第4期3卷 436-443页

作者： Zhonghu Wu Motian Tang Yujun Zuo Yili Lou Wentao Wang Hao Liu wenjibin sun College of Civil Engineering Guizhou UniversityGuiyangGuizhou550025China School of Qilu Transportation Shandong UniversityJinanShandong250002China Geotechnical and Structural Engineering Research Center Shandong UniversityJinanShandong250061China Mining College Guizhou UniversityGuiyangGuizhou550025China

Natural fractures,like tectoclases,are essential in the formation of shale gas reservoirs and have been the focus of study for shale gas *** provide most storage space for gas and are largely controlled by the paleo-tectonic stress field in shale reservoirs of the Niutitang Formation,northern Guizhou area,*** accurate prediction of the development and distribution of tectoclases in the reservoirs is of great significance to exploring and developing shale gas sweet spots in the *** on geological structure evolution and fracture characterization,this study is focused on factors that control the fracture development in the Niutitang Formation shale reservoirs in northern Guizhou through characterization and modeling of geomechanisms and tectonic movements.A geomechanical model is formulated for the shale reservoirs against the geological background of the *** this basis,the fractures are predicted by using the acoustic emission *** simulation results show that the development and distribution of tectoclase is controlled by fault zones,some of which have no obvious turning points with tectoclase in the middle sections being more developed and fragmented than those at the two *** of these have obvious S-shaped turning points where tectoclases are the most developed and fragmented.

关键词： Shale reservoir Tectonic stress field Numerical simulation Tectoclase Acoustic emission

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无约束径向载荷下不规则砂岩强度的颗粒尺寸效应研究

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第11期53卷 4449-4462页

作者：郝志斌左宇军刘镐孙文吉斌潘超朱泽华刘子琪贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550025 加泰罗尼亚理工大学土木与环境工程学院西班牙巴塞罗那08034 山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点实验室山东青岛266590

为探究无约束径向载荷下不规则砂岩颗粒的尺寸效应,采用物理试验与数值模拟分别研究相同高度、不同高厚比及不同高度、相同高厚比时砂岩颗粒的力学参数、破坏形式和能量规律,探讨不规则砂岩颗粒尺寸效应规律及影响因素。研究结果表明:... 详细信息

为探究无约束径向载荷下不规则砂岩颗粒的尺寸效应,采用物理试验与数值模拟分别研究相同高度、不同高厚比及不同高度、相同高厚比时砂岩颗粒的力学参数、破坏形式和能量规律,探讨不规则砂岩颗粒尺寸效应规律及影响因素。研究结果表明:在相同高度h、不同高厚比h/δ下,试件厚度增加,破坏形式由剪切破坏到劈裂破坏再到拉剪混合破坏,抗压强度和弹性模量增加,且当1≤h/δ≤1.25时趋于稳定;能量与厚度呈正相关;长度效应由端面摩擦主导;对不同高度相同高厚比试件而言,小尺寸砂岩颗粒峰值强度大,声发射次数多且分散;大尺寸砂岩颗粒峰值强度小,声发射次数少而集中;尺寸对砂岩颗粒破坏形式影响较小;体积效应由非均质性主导,均质度增加,体积效应减弱。

关键词：不规则砂岩尺寸效应破裂力学特性无约束径向载荷能量

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页岩渗流-损伤演化特征试验研究

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中国矿业 2017年第3期26卷 142-145页

作者：孙文吉斌左宇军邬忠虎许云飞贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵州贵阳550025 贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室贵州贵阳550025 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵州贵阳550025

页岩属于低渗致密岩石,页岩储层渗透性是页岩气开采过程中的关键问题,基于岩石力学三轴渗透性试验,研究黔北下寒武统牛蹄塘组页岩渗流-损伤演化过程的特征。试验结果表明:页岩渗透率的变化与损伤作用与应力状态有着很强的关联性,页岩损... 详细信息

页岩属于低渗致密岩石,页岩储层渗透性是页岩气开采过程中的关键问题,基于岩石力学三轴渗透性试验,研究黔北下寒武统牛蹄塘组页岩渗流-损伤演化过程的特征。试验结果表明:页岩渗透率的变化与损伤作用与应力状态有着很强的关联性,页岩损伤演化过程存在不同阶段性特点,损伤主要发生在弹塑性变形阶段与在应变软化阶段;页岩渗透率演化落后于页岩损伤破坏演化过程;中等围压条件下试样出现局部变形带压缩带,造成页岩渗透率有一定程度的减小,压缩带是造成了页岩渗透率演化过程落后于页岩损伤破坏演化过程的原因。

关键词：页岩渗透率损伤演化围压试验

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基于数字图像处理的混凝土内蕴裂纹扩展变形规律及破裂过程研究

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混凝土 2020年第1期 32-37,40页

作者：刘镐左宇军邬忠虎孙文吉斌席仕军贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025

基于数字图像处理技术和RFPA2D-DIP软件建立了含不同裂纹几何分布的混凝土真实细观结构的数值模型,模拟了单轴压缩作用下混凝土内蕴裂纹的扩展变形规律及破裂过程,研究了裂纹几何分布及细观非均匀性对混凝土力学结构效应的影响。结果表... 详细信息

基于数字图像处理技术和RFPA2D-DIP软件建立了含不同裂纹几何分布的混凝土真实细观结构的数值模型,模拟了单轴压缩作用下混凝土内蕴裂纹的扩展变形规律及破裂过程,研究了裂纹几何分布及细观非均匀性对混凝土力学结构效应的影响。结果表明:随着裂纹倾角增大,试样的峰值强度升高,翼裂纹长度变短,裂纹萌生位置不断向预制裂纹尖端靠近;随着裂纹长度增加,试样的峰值强度降低,裂纹倾角对材料强度的影响显著;预制裂纹长度对材料的破坏模式有一定影响,骨料对翼裂纹的萌生及扩展具有一定的阻碍作用;当15°≤α≤45°时裂纹萌生及扩展较易,当裂纹倾角为60°和75°时,翼裂纹很难萌生及扩展,在靠近峰值应力时裂纹突然萌生扩展,最终形成劈裂破坏,研究结果对混凝土失稳破坏机理的研究具有一定参考意义。

关键词：数字图像处理数值模拟混凝土非均匀性裂纹扩展破坏过程

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基于微观尺度的页岩损伤破裂数值试验

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煤田地质与勘探 2020年第5期48卷 137-143页

作者：崔恒涛邬忠虎娄义黎左宇军孙文吉斌刘镐贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

为正确认识下寒武统页岩微观尺度破裂特征及声发射信号演化规律,基于数字图像处理技术对含石英充填的页岩进行非均匀性表征,采用岩石真实破裂分析系统RFPA2D-DIP建立数值模型,模拟页岩在不同围压作用下的破坏过程。试验结果表明:在微观... 详细信息

为正确认识下寒武统页岩微观尺度破裂特征及声发射信号演化规律,基于数字图像处理技术对含石英充填的页岩进行非均匀性表征,采用岩石真实破裂分析系统RFPA2D-DIP建立数值模型,模拟页岩在不同围压作用下的破坏过程。试验结果表明:在微观尺度结构下,页岩破裂模式大致可归纳为3种形式,分别为倒V形(0、2 MPa)、V形(6 MPa)和倒Z形(10 MPa)。由于石英矿物颗粒分布不规律且具有非均匀性,导致应力分布对页岩微观结构产生显著差异。单轴时,累计声发射(简称AE)表现为“平缓-线性-平缓-稳定”模式;围压为2 MPa时,累计AE表现为“平缓-非线性-激增-平缓-稳定”模式;围压为6、10 MPa时,累计AE表现为“平缓-非线性-稳定”模式。页岩的破裂模式和微观结构破坏规律为页岩气的压裂开采提供重要的理论指导。

关键词：数字图像处理页岩微观结构破裂模式声发射(AE)

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流固耦合作用下页岩破裂过程的数值模拟

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煤田地质与勘探 2020年第1期48卷 105-112页

作者：娄义黎邬忠虎王安礼左宇军刘镐孙文吉斌贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025 贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司贵州贵阳550000 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

为探究流固耦合作用下页岩的破裂过程和声发射特征,利用RFPA^2D-Flow数值软件分别对黔北地区牛蹄塘组不同层理倾角页岩进行流固耦合数值模拟。研究表明:由于层理结构的影响,页岩抗压强度和弹性模量均表现出明显的各向异性。页岩的破裂... 详细信息

为探究流固耦合作用下页岩的破裂过程和声发射特征,利用RFPA^2D-Flow数值软件分别对黔北地区牛蹄塘组不同层理倾角页岩进行流固耦合数值模拟。研究表明:由于层理结构的影响,页岩抗压强度和弹性模量均表现出明显的各向异性。页岩的破裂过程可分为弹性、屈服和破坏3个阶段,随着层理倾角的变化,页岩最终表现出3种破坏模式,分别为斜I型、V型和火焰型。层理倾角不同的页岩,其破裂过程中的声发射信号演化规律不同。对低层理倾角(0°、15°、30°)的试样,累计AE曲线表现为"平缓—线性—台阶—平缓"的变化规律;高层理倾角(60°、75°、90°)试样的累计AE曲线呈现"平缓—线性—陡增"的变化规律;当a=45°时,累计AE曲线表现为"平缓—线性—激增—平缓—激增"的变化规律,且其AE计数出现两个峰值。

关键词：页岩破裂过程流固耦合声发射各向异性

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基于数字图像的微观尺度下方解石脉对页岩各向异性的影响

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山东大学学报（工学版） 2021年第5期51卷 91-99,106页

作者：宋怀雷邬忠虎李利平娄义黎孙文吉斌刘镐左宇军贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

通过对牛蹄塘组页岩岩芯进行显微薄片观察和岩芯X射线全岩矿物衍射分析,并进行7组不同方位角下的直接拉伸数值试验。试验结果表明:方解石脉对页岩抗拉强度各向异性影响显著,随着方位角α的增大,抗拉强度逐渐递减,抗拉强度的方解石脉结... 详细信息

通过对牛蹄塘组页岩岩芯进行显微薄片观察和岩芯X射线全岩矿物衍射分析,并进行7组不同方位角下的直接拉伸数值试验。试验结果表明:方解石脉对页岩抗拉强度各向异性影响显著,随着方位角α的增大,抗拉强度逐渐递减,抗拉强度的方解石脉结构效应系数随方位角α的增大呈曲线型增长趋势,在α=90°达到最大,为0.127;不同角度下的页岩试样破坏模式异常复杂,大致可归纳为以下3类:树根形(0°、15°)、台阶形(30°、45°、60°)和河流形(75°、90°),裂缝优先沿方解石脉扩展,在水力压裂过程中可能会抑制页岩基质内复杂裂缝网的形成;不同角度的方解石脉下耗散能的释放也有显著的差异,当α=0°、15°、30°、45°时,声发射(acoustic emission, AE)能量在前期较小,接近峰值应力时快速增加直至最大;α=60°、75°、90°时,AE能量在初期较小,中期开始增加,接近峰值应力时最大;累计AE能量随着应变的增大大致呈指数增加,增长过程由3个阶段构成:平缓期、加速期和暴增期。研究成果对页岩储层水力裂缝萌生、扩展预测以及提高采收率等具有重要的参考价值。

关键词：页岩数字图像处理岩石破裂声发射能量微观结构

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顶板岩性组合结构对逆断层活化特征研究

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中国矿业 2021年第3期30卷 172-180页

作者：金镖左宇军林健云孙文吉斌陈斌贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室贵州贵阳550025 贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵州贵阳550025

为了减少断层活化对煤炭安全生产带来的威胁,本文以河南某矿11011工作面过断层为工程背景,通过FLAC 3D三维数值模拟软件和微震监测等方法,研究了在不同顶板岩性组合结构下,工作面向逆断层推进时,煤层顶板的运动特征、断层带应力演化规... 详细信息

为了减少断层活化对煤炭安全生产带来的威胁,本文以河南某矿11011工作面过断层为工程背景,通过FLAC 3D三维数值模拟软件和微震监测等方法,研究了在不同顶板岩性组合结构下,工作面向逆断层推进时,煤层顶板的运动特征、断层带应力演化规律以及工作面过断层期间微震事件特征。研究表明,断层受到的开采扰动随工作面推进而逐渐增加,活化程度也越剧烈,在距断层10~20 m时,断层活化危险性最大;受工作面回采的影响,顶板不同岩性组合结构下,断层发生活化难易程度为:软硬硬软<软软硬硬<硬软软硬<硬硬软软;在工作面回采过程中,断层带B监测点的相对下沉量大于监测点A,说明断层上方高位处先发生活化失稳;随着工作面不断接近断层,断层受开采扰动的影响也越大,断层附近区域岩体微裂隙越多,断层附近区域微震事件越多,断层活化越剧烈。研究成果为断层发育区煤炭资源安全开采提供理论依据与技术参考。

关键词：断层活化逆断层采动应力数值模拟微震监测

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基于数字图像处理的含不同开度裂隙组合花岗岩破裂规律研究

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中国矿业 2021年第3期30卷 217-223页

作者：税越左宇军孙文吉斌邬忠虎席仕军贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025

为了研究不同开度裂隙组合花岗岩破裂规律,通过RFPA 2D-DIP数值模拟软件中的数字图像处理功能,建立含不同开度裂隙组合的花岗岩细观结构模型,进行单轴压缩数值试验,分析了模型的应力-应变曲线特征、峰值强度特征、裂纹扩展规律和声发射... 详细信息

为了研究不同开度裂隙组合花岗岩破裂规律,通过RFPA 2D-DIP数值模拟软件中的数字图像处理功能,建立含不同开度裂隙组合的花岗岩细观结构模型,进行单轴压缩数值试验,分析了模型的应力-应变曲线特征、峰值强度特征、裂纹扩展规律和声发射特征。结果表明:数字图像处理技术能够很好地表征花岗岩细观组分的非均匀性,所建立的模型更加真实可靠;不同开度裂隙组合模型的力学响应特征和破裂规律存在差异,随着开度增加,应力-应变曲线上升与跌落次数增加,峰值强度和声发射总次数降低,且由拉伸破坏向拉剪混合破坏转变;裂隙扩展存在开度阈值,当开度大于等于2 mm时,裂隙起裂并以翼型裂纹进行扩展;开度较大的裂隙扩展优先于开度较小裂隙,是决定破裂形态的主控裂隙。岩体工程失稳破坏是其中大小不一的裂隙起裂、扩展及贯通的结果,研究结果对探究岩石破裂规律具有一定的指导意义。

关键词：花岗岩不同开度数值模拟破裂规律

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