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水岩化学作用对砂岩力学特性影响的试验研究

岩石力学与工程学报 2012年第A02期31卷 3607-3617页

作者：王伟刘桃根吕军王如宾徐卫亚翦波河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098 中国水电工程顾问集团中南勘测设计研究院湖南长沙410014

为研究水岩化学作用对砂岩力学特性的影响,将桃源水电站的红砂岩加工成标准圆柱形试样,对其进行不同化学溶液作用下的腐蚀试验,获得红砂岩化学腐蚀过程中相对质量变化规律,同时测量记录各化学溶液pH值。利用岩石三轴测试系统对各种化学... 详细信息

为研究水岩化学作用对砂岩力学特性的影响,将桃源水电站的红砂岩加工成标准圆柱形试样,对其进行不同化学溶液作用下的腐蚀试验,获得红砂岩化学腐蚀过程中相对质量变化规律,同时测量记录各化学溶液pH值。利用岩石三轴测试系统对各种化学溶液浸泡后的红砂岩进行三轴压缩试验,探讨不同的化学溶液对红砂岩力学特性的腐蚀效应,获得水化学溶液对红砂岩强度和变形特性的影响规律。结果表明,试样质量的变化和化学溶液性质有关,试样相对质量变化存在明显差异。pH=13的化学溶液pH值随时间的增长有小幅度下降,其余化学溶液pH值随时间增长均趋于弱碱性(pH≈7.9)。根据溶液pH值的变化、试样相对质量的变化,分析化学溶液对岩石的腐蚀程度。三轴压缩试验结果表明,不同化学溶液对红砂岩力学性质的影响不同。离子成分及pH值均对红砂岩力学特性产生较大影响,各种化学溶液腐蚀后岩石的峰值强度、残余强度、弹性模量均有不同程度的下降。室内试验的结果可为构建红砂岩化学腐蚀条件下本构模型提供重要的试验资料。

关键词：岩石力学砂岩水岩化学作用腐蚀机制力学特性应力-应变曲线

水岩化学作用对黑色页岩的化学损伤及力学劣化试验研究

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实验力学 2016年第4期31卷 511-524页

作者：凌斯祥巫锡勇孙春卫廖昕任勇李晓宁西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都611756 西南科技大学土木与建筑学院四川绵阳621010

为模拟黑色页岩化学风化中酸性水-页岩化学作用过程,本文对其进行氧化条件下的不同pH值H2SO4溶液的非平衡流动态腐蚀性试验,获得了黑色页岩化学腐蚀前后矿物变化、相对质量损失、次生孔隙率、纵波波速变化及微观结构特征的变化。通过单... 详细信息

为模拟黑色页岩化学风化中酸性水-页岩化学作用过程,本文对其进行氧化条件下的不同pH值H2SO4溶液的非平衡流动态腐蚀性试验,获得了黑色页岩化学腐蚀前后矿物变化、相对质量损失、次生孔隙率、纵波波速变化及微观结构特征的变化。通过单轴压缩试验,获得黑色页岩在不同浸泡时段的变形和强度特性规律,探讨了酸性水对黑色页岩化学作用的化学损伤和力学劣化的腐蚀效应及机制。研究表明,页岩试件在化学腐蚀后,易溶性矿物成分减小,黏土矿物增加,同时矿物胶结变得松散,矿物边缘变得模糊;页岩试件的相对质量损失与次生孔隙率随pH值减小和浸泡时间的增长而增大,而纵波波速则减小;其力学特性有从脆性破坏向延性破坏转化的趋势,单轴抗压强度和弹性模量有随pH值减小和浸泡时间的增长而减小的趋势。基于次生孔隙率,构建化学损伤变量来描述试件化学-力学损伤演化过程。分析酸性水-页岩化学作用的机理主要为:溶解作用、氧化作用、水解作用及离子交换吸附作用。

关键词：黑色页岩水岩化学作用化学损伤力学劣化腐蚀机制

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黑色页岩水岩化学作用实验研究

地球学报 2014年第5期35卷 573-581页

作者：巫锡勇廖昕赵思远凌斯祥朱宝龙西南交通大学地质工程系四川成都611756 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010

水岩作用是黑色页岩化学风化的重要途径,并与岩体矿物组分、工程性质及地质环境有着密切的联系。利用自制的流通实验装置对取自三江县团结电站附近的寒武系清溪组黑色页岩与富含溶解氧去离子水的化学反应进行试验模拟研究,并利用离子分... 详细信息

水岩作用是黑色页岩化学风化的重要途径,并与岩体矿物组分、工程性质及地质环境有着密切的联系。利用自制的流通实验装置对取自三江县团结电站附近的寒武系清溪组黑色页岩与富含溶解氧去离子水的化学反应进行试验模拟研究,并利用离子分析仪、电感耦合等离子体质谱仪对反应后溶液离子浓度进行分析,使用扫描电子显微镜观察反应前后岩样微观特征,结合岩样渗透系数的变化监测,对岩样中黄铁矿氧化动力学速率以及受黄铁矿氧化影响形成的酸性环境下硅元素释放速率进行计算分析。结果表明,黄铁矿氧化行为使得岩体渗透率降低约70%,在黑色页岩自身矿物化学组分和岩石物理性质的共同影响下,所含黄铁矿氧化速率与纯黄铁矿颗粒的氧化速率非常接近,同时黄铁矿氧化形成的酸性溶液可溶蚀岩体中石英和伊利石,由于两者含量未能精确测定,因此所测得硅元素释放速率仅表示两者溶解的总反应速率。

关键词：黑色页岩:黄铁矿氧化水岩化学作用流通实验动力学速率

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水岩化学作用过程及其对滑坡孕育的贡献

水岩化学作用过程及其对滑坡孕育的贡献

作者：陈积普昆明理工大学

学位级别：硕士

水岩化学作用(CWRI)在自然界广泛存在，并且是成岩过程、成矿过程乃至全球环境变化的重要因素，还是诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的主要原因。基于岩石薄片鉴定、电子扫描显微镜、岩石全分析、X衍射等试验方法，对CWRI过程及其对... 详细信息

水岩化学作用(CWRI)在自然界广泛存在，并且是成岩过程、成矿过程乃至全球环境变化的重要因素，还是诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的主要原因。基于岩石薄片鉴定、电子扫描显微镜、岩石全分析、X衍射等试验方法，对CWRI过程及其对滑坡孕育的贡献进行了全面分析。 CWRI过程是指水与岩石之间发生的以溶解作用为主，并伴有水解、水合、氧化—还原等多种作用形式的化学反应，其结果是造成岩石微观结构变化。岩石薄片鉴定、电子扫描显微镜、X射线衍射以及岩石全分析试验结果表明，CWRI作用后，岩石矿物成分发生了明显改变：长石、云母等硅酸盐矿物向蒙脱石、高岭石、伊利石等粘土矿物转变，方解石等碳酸盐矿物溶解并流失;矿物成分的改变或流失，造成风化岩石结构疏松、空隙和裂隙发育、矿物颗粒破坏并“粘粒”化;岩石风化是化学作用、力学作用和物理作用耦合的结果，并且其整体风化程度是不均匀的，同一区域也存在不同程度的风化，证实了CWRI的非连续性;岩石内部不能与地下水直接接触的区域也发生了局部风化，其机理应该是水蒸气进入岩石内部凝结成液态水并对岩石溶蚀造成的。对硅酸盐和碳酸盐溶解动力学的研究表明，由于矿物粒径、试验条件等差异存在，实验室试验与天然体系下的矿物溶解速率相差较大;矿物的溶解速率与矿物的比表面积、溶液的pH值、温度、溶解时间以及有机质含量有关。 CWRI和水压力共同作用下，斜坡岩石裂纹呈现多种模式扩展和贯通，造成岩石和岩体向松散介质转化及强度降低。CWRI过程中生成的粘土矿物迁移和聚集对岩石和岩石的结构、力学性质、变形行为以及宏观强度产生深刻的影响：粘土矿物的粘滞性和“润滑剂”作用促使岩石和岩体向松散介质转化;岩体宏观结构面上的粘土矿物会造成结构面的内摩擦角和粘聚力降低;粘土矿物的隔水边界效应，会提高斜坡对降水的截留能力，导致斜坡负载增大。斜坡稳定性主要取决于潜在滑动面的最大抗滑力，而最大抗滑力与内摩擦角和粘聚力密切相关，CWRI导致岩体内摩擦角和粘聚力的大幅下降是造成斜坡失稳的主要原因。因此，CWRI对滑坡孕育的贡献是显著的。

关键词：水岩化学作用地下水矿物岩石岩体斜坡稳定

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硅酸盐岩斜坡水岩化学作用

地质学报 2013年第6期87卷 860-871页

作者：徐则民昆明理工大学土木系昆明650500

综合采用现场调查、结构体物理-水理参数的高精度测试及室内试验等研究方法,对硅酸盐岩斜坡的水岩化学作用问题进行了探讨。结果表明,新鲜硅酸盐岩结构体结构致密、孔隙度低、孔隙细小,多属不透水介质。硅酸盐岩斜坡区的水岩化学作用主... 详细信息

综合采用现场调查、结构体物理-水理参数的高精度测试及室内试验等研究方法,对硅酸盐岩斜坡的水岩化学作用问题进行了探讨。结果表明,新鲜硅酸盐岩结构体结构致密、孔隙度低、孔隙细小,多属不透水介质。硅酸盐岩斜坡区的水岩化学作用主要发生于非饱和带和水位变动带,地下水多年最低水位以下的饱和带所占份额很小。饱和带内的水岩化学作用只能发生于结构体表面,是一种结构面开度逐渐增大、结构体逐渐变小的缓慢溶解过程。非饱和带及水位变动带水岩化学作用初期的溶解液主要是水气转化的凝结水,所形成的腐岩保留原岩结构、构造和体积,是一种等容转换过程。旱季时,气态水分子扩散到硅酸盐岩结构体表面内侧一定宽度范围内的微孔隙系统之中凝结为液态水并溶蚀造岩矿物;雨季时,入渗降水在结构体表面形成的薄膜水流接受结构体粒间溶液中的溶出组分并将其携入饱水带。当上述过程循环到一定程度时,结构体就会转变为腐岩结构体。覆盖有一定厚度的残坡积土层和植被盖层的硅酸盐岩斜坡有利于水岩化学作用的发生。

关键词：硅酸盐岩斜坡滑坡水岩相互作用水岩化学作用风化

塔中北坡碳酸盐岩储层成岩演化过程中的水岩化学作用

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塔中北坡碳酸盐岩储层成岩演化过程中的水岩化学作用

作者：于林姣中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

碳酸盐岩储层具有巨大的勘探开发潜力,但其复杂的成岩作用导致成岩演化过程恢复困难,加大了勘探开发的难度。碳酸盐岩储层孔隙改变主要是胶结、溶蚀、白云石化等多种水岩化学作用的综合结果。本次研究选取塔中北坡奥陶系碳酸盐岩储层,... 详细信息

碳酸盐岩储层具有巨大的勘探开发潜力,但其复杂的成岩作用导致成岩演化过程恢复困难,加大了勘探开发的难度。碳酸盐岩储层孔隙改变主要是胶结、溶蚀、白云石化等多种水岩化学作用的综合结果。本次研究选取塔中北坡奥陶系碳酸盐岩储层,通过室内实验探究不同因素对碳酸盐岩水岩化学作用的影响机理;利用TOUGHREACT数值模拟软件建立与室内实验对应的实验室尺度数值模型;在实验室尺度数值模型的基础上,依据实际成岩过程改变条件,延长至地质时间尺度,探究不同成岩阶段的水岩化学作用及其对孔隙度的影响;建立不同沉积相的数值模型,恢复目的储层成岩过程中的孔隙度演变曲线,为碳酸盐岩储层油气资源的评价和勘探提供依据。研究表明:(1)白云石化作用遵循奥斯特瓦尔德熟化法则,是溶液中的Mg通过表面吸附从方解石缺陷晶格进入,逐步替代方解石中Ca,最终生成白云石的过程。(2)高温、高c(Mg)/c(Ca)酸性流体、合适的方解石和白云石比例等条件均能促进白云石的生成。(3)沉积-准同生期、表生期、浅埋藏期、中-深埋藏期因溶蚀作用和白云石化作用发育大量孔隙,是优质储层形成的基础。(4)台缘斜坡相和陆棚-盆地相主要发生方解石胶结作用,孔隙发育差,不利于油气储存;局限台地相、开阔台地相、台地边缘相,受大气淡水改造程度高,孔隙得到较好保存,具备形成优质储层的潜力。

关键词：塔中北坡碳酸盐岩储层成岩演化水岩化学作用孔隙度

水岩化学作用对泥质砂岩劣化规律特性试验研究

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粉煤灰综合利用 2018年第2期32卷 39-42页

作者：彭燕杨凌职业技术学院陕西杨凌712100

选择泥质砂岩为研究对象,考虑水岩化学作用对软岩力学性质的影响,设计不同酸性环境饱水时间的压缩试验,测定岩样的纵波波速及进行电镜扫描,试验结果表明:水岩化学作用对软岩力学特性及内部结构产生劣化影响,不同酸性条件下的软岩弹性模... 详细信息

选择泥质砂岩为研究对象,考虑水岩化学作用对软岩力学性质的影响,设计不同酸性环境饱水时间的压缩试验,测定岩样的纵波波速及进行电镜扫描,试验结果表明:水岩化学作用对软岩力学特性及内部结构产生劣化影响,不同酸性条件下的软岩弹性模量、抗压强度与饱水时间具有明显非线性关系;饱水导致软岩内部结构裂隙发育扩展、孔洞增加,软岩纵波波速出现明显降低;岩石的内摩擦角及粘聚力与饱水时间关系可定量表征为Holiday函数及对数函数变化关系,且参数劣化度都逐渐增大,水岩化学作用对岩石力学性质造成不可逆损伤。

关键词：软岩水岩化学作用力学性质抗剪强度参数

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断裂裂隙中的水岩化学作用及其水文地质意义

断裂裂隙中的水岩化学作用及其水文地质意义

作者：程梦林南京大学

学位级别：硕士

核废料深地质处置、CO2地质封存、干热岩开发等重大项目中,水岩相互作用(WRI)对地质环境的演化都具有显著的影响,也是温度-渗流-应力-化学(THMC)多场耦合的重要方面。水岩化学作用是前述领域相关研究的热点也是难点。本文以核废料处置... 详细信息

核废料深地质处置、CO2地质封存、干热岩开发等重大项目中,水岩相互作用(WRI)对地质环境的演化都具有显著的影响,也是温度-渗流-应力-化学(THMC)多场耦合的重要方面。水岩化学作用是前述领域相关研究的热点也是难点。本文以核废料处置项目为背景,对断裂带这一特殊地质构造单元中的水岩化学作用及裂隙充填物等相关产物进行研究,具有重要的研究价值和工程意义。基于化学动力学理论,设计并开展了水岩反应模拟试验,并分析了各主要因素的影响。研究表明,反应速率与温度明显正相关,pH值和流速条件对反应的影响非简单线性关系。通过显微观察和XRD矿物鉴定,研究了水岩化学作用相关产物—裂隙充填物的地球化学特征及充填裂隙的微观形态。充填裂隙可划分成5种充填类型,概化出了充填裂隙的孔隙裂隙复合介质特征模型及其微观渗透特征。结合XRF技术,研究了断层核部岩样的化学风化指标变化率和显微综合风化指标Ip值的变化规律,提出一种较为直观简单的化学指标参数元素淋溶率Cm,表征不同深度样品的化学风化程度,Cm值随取样深度呈显著的线性关系。通过原位压水试验得出了单裂隙结构面的渗透系数,对比试验结果表明,充填裂隙结构面渗透系数(10-10～10-8m/s)和无充填裂隙结构面渗透系数(10-8～10-5m/s),充填物的存在可使裂隙渗透性降低最多达5个数量级。断裂各构造单元渗透系数从核部向围岩大致呈现指数下降规律,渗透系数值在5.3×10-9～2.2×10-6m/s 之间。断裂带各构造单元渗透性与次生矿物比和利用三维形貌扫描并计算得到的对应构造单元新鲜和经水岩反应的裂隙面JRC差值(0.27～14.29)有一定相关性。通过上述研究,探讨了断裂裂隙中的水岩化学作用机制、影响因素、宏观效应,也是现期相关地球化学信息在断裂带水文地质特征研究方面的应用。同时,该研究也可为断裂带地质环境演化趋势的预测提供参考。

关键词：水岩化学作用断裂带水岩反应模拟渗透性裂隙充填物

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表生环境下黑色页岩水岩化学作用研究现状

四川建材 2023年第7期49卷 58-59,62页

作者：杨成昊廖昕黄涛唐强西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都611731 苏州大学轨道交通学院江苏苏州215131

黑色页岩是一类表观颜色较深,有机碳和黄铁矿等硫化矿物含量较多的浅海相沉积岩,在我国西南、华南地区广泛分布。大多数边坡失稳、围岩硐室破坏等岩土工程地质问题都涉及黑色页岩水岩作用。针对黑色页岩与水相互作用这一问题,从黑色页... 详细信息

黑色页岩是一类表观颜色较深,有机碳和黄铁矿等硫化矿物含量较多的浅海相沉积岩,在我国西南、华南地区广泛分布。大多数边坡失稳、围岩硐室破坏等岩土工程地质问题都涉及黑色页岩水岩作用。针对黑色页岩与水相互作用这一问题,从黑色页岩定义及地球化学特征,黑色页岩中黄铁矿氧化行为和风化机理等方面,对国内外有代表性的研究进行了梳理。结果表明:黑色页岩的化学风化作用主要表现在以黄铁矿为代表的硫化矿物氧化行为上。黑色页岩中黄铁矿化学风化形成侵蚀性酸性水对其稳定性有着重要意义。

关键词：黑色页岩黄铁矿水岩化学作用