埋藏条件

埋藏条件（共7篇）

埋藏条件 篇1

0引言

自然界中存在着某些特殊的地下水,是丰富多彩的水文地质现象之一,可能人为的概括难以涵盖。然而,以层间水为例,若不对其进行分类或涵盖,可能意味着这部分地下水无法进行归属、无法进行评价、无法进行水资源保护。 《水文地质学基础》( 第六版)[1]( 以下简称 《基础》) 提出: “在一定条件下,赋存于两个隔水层之间的地下水,并不充满含水层,既不是承压水,也不是潜水”,一方面,淡化了层间水的概念; 另一方面,又未明确其水文地质特性,人们需要清楚的是它是什么,而非它不是什么。

1地下水分类与定义

层间水的概念早已有之,而且在 《水文地质术语》 ( GB /T 14157-93)[2]( 以下简称 《术语》) 中有规范的定义。因而在教材中,既有必要进行明确,也有必要对其进行分类归属。“开采承压水时, 承压含水层的测压水位会发生显著下降。原因在于开采承压水时,只要水位没有降低到隔水顶板以下,含水层厚度并不减少,只是测压水位下降”[1]。 问题是当水位降低、以至于含水层厚度减少时,该如何进行分析呢? 以承压含水层开采井为例,在一定的开采条件下,当地下水的水力性质发生变化时,相应的水井称为 “承压-无压井” 《地下水动力学》[3]; “承压-潜水井” 《地下水动力学》[4]。当区域水位进一步下降时,便形成大范围的层间水。

目前地下水的分类以三分法为主。根据埋藏条件,地下水可以划分为上层滞水、潜水、承压水。 《基础》对其相应的定义如下:

上层滞水: 包气带局部隔水层( 弱透水层) 之上积聚的具有自由表面的重力水。

潜水: 饱水带中第一个具有自由表面且有一定规模的含水层中的重力水;

承压水: 充满与两个隔水层之间的含水层中的水;

《术语》对其相应的定义如下:

潜水: 地表以下,第一个稳定隔水层以上具有自由水面的地下水;

承压水: 充满于上下两个相对隔水层间的具有承压性质的地下水;

上层滞水: 包气带中局部隔水层上的重力水;

层间水: 存在于上下两个隔水层间含水层中, 无压的地下水。

2《基础》 分类的合理性

2.1分类应符合国家标准

《术语》从埋藏条件出发,结合地下水水力性质而进行分类,即除了上层滞水外,潜水明确了埋藏条件与具有自由表面,且强调的是 “第一个稳定隔水层之上”,即为传统意义上的潜水。承压水明确了埋藏条件与承压性质。

《基础》从埋藏条件出发,也结合了地下水水力性质而进行分类,但两者的分类仍有一定程度的不同。对潜水没有明确埋藏条件,且强调的是 “第一个具有自由水面”,在某种程度上,“第一个具有自由水面” 的地下水,可能不是传统意义上的潜水,因为第一个自由水面也有可能位于第二个稳定隔水层之上。对承压水没有明确水力性质。但无论如何,教材应该符合国家标准。

2. 2《基础》 分类的不完整性

赋存于两个隔水层之间的地下水,尽管并不充满含水层,但还应是重力水。因此,不能将这部分重力水无归属,游离于地下水分类之外,否则,上层滞水、潜水、承压水的并集并不是地下水相对完整的分类。这部分地下水并非到了人为的概括难以涵盖的地步,因此以既不是承压水、亦不是潜水来解决问题的方式显得简单。

2. 3层间水的二重性

2. 3. 1根据 《基础》 对潜水的定义,层间水可能属于潜水。当它是第一个具有自由表面( 即再无其它上覆含水层) ,且具有一定规模的含水层时; 也可能不属于潜水,当它不是第一个具有自由表面的含水层时。

2. 3. 2从含水系统、埋藏条件来看,层间水可能属于承压水。含水系统是由隔水或相对隔水边界圈围的,内部具有统一水力联系的赋存地下水的岩系; 而且,层间水的补给、径流、排泄特征类似于承压水; 也可能不属于承压水,因为它未充满两个隔水层之间的含水层。

因此,换个思路理解层间水,在一定条件下属于潜水,因为从地下水动力学性质出发,其水力性质类似于潜水; 在一定条件下属于承压水,因为从地下水含水系统、补给径流排泄条件出发,它与承压水具有一定的类似性。因此层间水具有承压、无压二重性。它在水动力学性质上属于潜水、可以按照潜水水流方程进行相应的计算。它在含水系统、 水文地质结构上属于承压水,可以按照承压水的补给径流排泄等进行论述,可以按照承压水水源地进行保护区划分。

2. 3. 3层间水既不是承压水、又不是潜水; 层间水既是承压水、又是潜水,哪个结论相对合理呢? 饮用水水源地保护区划分技术规范( HJ/T 338- 2007) 对潜水、承压水水源地的保护区提出来划分方法,层间水既不是承压水、又不是潜水,其水源地保护区该如何划分? 如何进行水文地质参数计算、地下水资源评价? 因为 《地下水动力学》中有的是 “承压- 无压井” 或 “承压- 潜水井” 等相关公式,而没有既不是承压水、也不是潜水的相关内容。

至此,我们是否可以将层间水 “既不是承压水,也不是潜水”的观点,转变为 “既是承压水、 又是潜水”?

2. 4有没有必要将自由表面与潜水面区别开来? 是否可以认为: 潜水面是自由表面、而自由表面不一定是潜水面? 当把地下水分类为上层滞水、潜水、层间水、承压水时,层间水具有自由表面,但它还是传统意义上的潜水吗?

层间水的存在及其二重性是毫无疑义的,在水力性质上类似于潜水,但在埋藏条件上类似于承压水,因而有必要将自由表面与潜水面区别开来。正如 《基础》中有关论述: “潜水面以上不存在( 连续性) 隔水层,因此,潜水与大气水及地表水联系紧密,积极参与水文循环,对气象、水文因素相应敏感,水位、水量和水质发生季节性和多年性变化。” “潜水面以上不存在( 连续性) 隔水层,因此,潜水的全部分布范围都可以接受大气降水的补给,在地表水分布处可以接受地表水的补给……” 等显然针对的是潜水及其潜水面,而层间水虽具有自由表面,明显不同于上述潜水面的埋藏条件及补给径流排泄条件,因此有必要将自由表面与潜水面区别开来。但是,另一方面,由于层间水的存在, “在同一地方,只有一层潜水,却可以有多层承压水”[1]的结论则是否应予以完善?

3地下水分类建议

从水动力学上看层间水属于潜水; 从埋藏条件、空间结构上看其属于承压水。而水动力学特性的可转换性,使层间水具有非常明显的二重性。当层间水的地下水开采量减少,或者补给量增大,并充满于两个隔水层之间,具有一定的承压性质后, 转变为承压水; 反之,当开采量增大、或地下水补给量减少,地下水不能充满两个隔水层之间,转变为潜水。而埋藏条件、含水层空间结构的不可转换性,决定了层间水水源地的保护区划分,只能按照承压水水源地保护区划分方法进行划分。显然,无论根据理论分析、还是实际需要,层间水都应该参与到地下水的分类中来。因而建议将传统的三分法改为四分法,即按照埋藏条件、结合水力性质对地下水进行分类为:

上层滞水: 包气带局部隔水层之上积聚的具有自由表面的重力水;

潜水: 第一个稳定隔水层以上具有自由水面的地下水;

层间水: 存在于上下两个隔水层之间含水层中,无承压性的地下水;

承压水: 充满于上下两个隔水层之间含水层中,具承压性质的地下水。

4结语

层间水具有二重性,它既不是承压水、又不是潜水的观点不如其既是承压水、又是潜水的结论更为合理。

作为重力水的一部分,层间水应该参与到地下水的分类中来,即地下水的分类应修改为: 上层滞水、潜水、层间水、承压水。

摘要：针对赋存于两个隔水层之间、并不充满含水层的层间水,从水力性质及埋藏条件等分析了其所具有的二重性,认为一定条件下,其既类似于承压水、又类似于潜水。而且层间水应该参与到地下水的分类中来。

关键词：层间水,埋藏条件,水力性质,地下水,分类

埋藏条件 篇2

记者12日从国土资源部获悉, 这一预探井位于贵州省习水县境内, 处下志留统龙马溪组下部泥页岩气层, 完井斜深5451.66米, 垂深4417.43米, 水平段长1034.23米, 为目前国内埋藏最深的页岩气水平井。这初步证明了黔北地区深层下志留统龙马溪组下部为页岩气富集区, 是继涪陵焦石坝之后, 发现的新页岩气勘探开发区块。

据悉, 这口深部高产页岩气预探井测试日均产气4.3万立方米, 日产气量最高可达10.5万立方米, 油压和气量比较稳定。

埋藏条件 篇3

1.1 研究目的和意义

(1) 全面掌握研究区 (海拉尔盆地贝尔凹陷) 的区域地质概况 (工区范围, 主要地名, 地理特征, 地层分布, 生储盖组合, 石油勘探历史, 油气显示地区和层位, 研究区构造分区) 。

(2) 深入钻研地层埋藏史研究理论以及各种方法 (如回剥法、声波时差法、镜质体反射率法) 的原理、步骤等等。

1.2 研究区的勘探概况:

海拉尔盆地地质工作始于1865年。

建国后到1957年, 盆地内进行了较大规模的煤田地质调查。自1982年大规模勘探以来, 大致划分为4个阶段:

(1) 盆地评价、选凹、定凹 (1982~1984) ;

(2) 断陷评价、优选构造带 (1985~1990) ;

(3) 区带、圈闭评价 (1 9 9 1~1994) ;

(4) 区带 (圈闭) 、油藏评价勘探并举 (1995至今) 。

1.3 研究区的勘探前景

海拉尔盆地是一个晚中生代—古近纪的断—坳陷盆地, 其发育演化经历了初始张裂阶段、断陷阶段、坳陷阶段和萎缩阶段。地壳运动导致地质构造的形成和发展, 而地质构造的演化过程直接控制着沉积盆地的形成、发展及油气藏的形成。不同的演化阶段所起的作用也不同, 前3个阶段主要控制沉积盆地的形成和发展, 萎缩阶段和新构造运动主要控制着油气的运移与聚集。新构造运动存在3种主要表现, 在盆地多阶段的演化中因应力方向的改变导致不同方向的断层开启, 开辟了多方位的油气运移的通道, 构造反转尤其是北东向断层的反转则使油气得以封闭和保存, 进而实现了油气的生成、运移、聚集和保存的良好匹配。因而海拉尔盆地尤其是曾作为次级坳 (凹) 陷边界的北东向断裂带是一个有利的油气勘探区。

2 海拉尔盆地贝尔凹陷区域地质概况

2.1 海拉尔盆地贝尔凹陷区域地理位置

海拉尔盆地是大庆探区较大的含油气盆地之一, 属于中亚—蒙古坳拉槽的一部分, 以德尔布干断裂为界, 其西属于额尔古纳褶皱系, 其东为内蒙—大兴安岭褶皱系, 位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟西南部, 地理位置处于东经115°30′~120°00′, 北纬46°00′~49°40′, 东起伊敏河, 西达呼伦湖西岸及巴彦呼舒一线, 北至海拉尔河以北, 南至贝尔湖并延伸入蒙古人民共和国境内, 是叠置于内蒙—大兴安岭古生代褶皱基底之上的中新生代陆相沉积盆地, 总面积70480k㎡, 我国境内面积44210k㎡, 其中凹陷总面积为25260 k㎡, 沉积岩最大厚度为6000m。盆地内划分为三坳两隆五个一级构造单元, 进一步分为16个凹陷、4个凸起共20个二级构造单元。

2.2 储层特征

随着断陷盆地沉降幅度的增大, 水体加深, 湖面扩大, 形成的还原环境非常有利于烃源岩组分的沉积和保存。贝尔凹陷泥岩烃源岩的有机质成熟度与井深的关系如下:井深850~1550m左右为低成熟阶段;井深1550~1900m左右属于成熟阶段;井深1900~2350m左右是高成熟阶段, 井深>2350m, 一般为过成熟阶段。

3 盆地埋藏史研究的方法及原理

3.1 地层压实原理

压实作用是众多成岩作用中非常重要的一种。它既可以使沉积物厚度减少, 地层的砂泥含量发生变化, 又可使粘土矿物发生转化, 同时脱去结合水。在特定的地质条件下还可以使沉积地层中大量的孔隙度流体受阻形成剩余流体压力。压实作用是制约沉积物在埋藏及成岩过程中特征变化的重要因素。

3.2 埋藏史恢复原理

恢复沉积盆地的古埋深, 其关键是恢复地层的古厚度。一般的方法是采用反演法, 即“回剥法”。所谓回剥法, 就是根据沉积压实原理, 从已知的单井分析参数出发, 按地层年代由新到老逐层剥去, 其间要考虑沉积压实、单层剥蚀、多层连续剥蚀、沉积间断等地质事件, 直至全部地层剥完为止, 最终得到的结果是各地层的埋深与地质年代相互关系的历史。

4 应用实例分析

为X井斯通利波与核磁共振资料估算地层渗透率的对比图, 从图可以看出在4260.0-4263.2米井段, 孔隙度在12%左右, 井径规则, 流体移动指数 (QFM) 值大, 最大值为22.31us/ft, 核磁共振的渗透率及斯通利波的渗透率基本一致, 在4260.0-4263.2米上下井段扩径严重, 核磁共振测井仪探测深度较浅, 受井径影响大, 由此计算的核磁孔隙度和中子-密度孔隙度也偏大, 因此利用核磁测井计算的渗透率不反应真实的渗透率, 而利用斯通利波计算计算渗透率能反应真实情况。

5 结论

由于火山岩储层岩性的复杂性, 常规测井处理方法难以准确计算储层渗透率, 利用新技术计算储层渗透性具有很好的优越性。利用斯通滤波流体指数法计算渗透率, 需要结合岩心实验数据, 并同时引入等效孔隙度参数, 而利用核磁测井资料则不需要岩石实验数据。但利用斯通利波流动指数计算渗透率的模型, 在井眼好的地方, 与核磁共振测井计算的渗透率有较好的一致性, 在井眼垮塌的地方, 比核磁共振测井渗透率更合理。在裂缝不发育的井段, 所估算的渗透率与岩心渗透率有较好的一致性, 渗透率计算误差在数量级之内。所以, 根据地区实际情况, 选择合适的方法计算储层的渗透率, 能为油气藏的开发生产提供了科学的指导依据。

参考文献

[1]刘剑营.海拉尔盆地敖脑海地区南屯组优质储层特征及控制因素研究[D].吉林大学硕士论文, 2007-5, 16

[2]崔全章.孙增玖.海拉尔盆地贝尔凹陷断裂特征与油气富集规律.石油地球物理勘探, 2005, 12:38-42

埋藏条件 篇4

111303工作面是口孜东矿首采工作面, 位于-967m水平中央 (13-1) 采区东翼。该工作面标高为-742.5m~-877.3m, 工作面对应地面标高+25.0m~+25.6m。111303工作面内13-1煤层厚度 (含夹矸) 为3.9m~5.7m, 平均总厚度为4.5 m。煤层倾角8~14°, 平均11°。根据该采区煤层赋存情况及相邻矿区回采工作面的成功经验, 该面选用后退式单一走向长壁采煤方法开采。沿煤层顶底板采用综合机械化设备, 一次采全高, 全部垮落法管理顶板。

2 采高的确定

本工作面煤厚3.9 m~5.7 m, 平均4.5m。工作面最小采高通过采煤机控制, 最大采高通过液压支架控制, 根据采煤机及液压支架的性能, 将本工作面采高控制在为3.5m~5.7m。煤层变薄或遇构造处, 可适当割顶板或底板, 工作面初次放顶期间, 适当降低采高, 将采高控制在3.5m~4.5m。

3 支架、泵站及矿压观测

工作面选用的ZZ13000-27/60型液压支架支撑高度2.725m~6m, 工作阻力13436k N, 额定初撑力11400k N, 实际初撑力9772k N。

乳化泵站选用三台BRW-550/31.5型乳化泵, 两台工作, 一台备用。乳化泵配备1套RX800/35型乳化液箱及1套FRX28型辅助液箱。工作面为远距离供液。进液管选用Φ50高压胶管和Φ112无缝钢管, 回液管选用Φ51高压胶管和Φ132无缝钢管。

工作面综采液压支架每20架安装一块YHY60 (B) 型矿用数字压力计, 每20架安设一台在线KJ385-G矿用本安型压力传感器, 矿用压力数据采集器选用KBJ-60Ⅲ-2型。使用矿用数字压力表定时对支架前后柱压力进行检测及记录, 使用矿用压力数据采集器进行数据采集, 采用ZYDC-III综采记录仪进行数据分析并存档。通过对支架的压力数据分析, 超前判断顶板来压步距, 采取措施加强工作面及两巷超前支护段的顶板支护。

4 顶板管理技术

4.1 工作面支护质量与要求

(1) 工作面液压支架每次移架后初撑力≥24MPa。

(2) 工作面拉线作业, 支架排成一条直线, 其偏差不得超过±50mm。及时移架, 端面距最大值≤340mm, 护帮板及时护住煤帮, 紧贴煤帮。

(3) 支架移设均匀, 中心距1.75m, 偏差不超过±100mm;侧护板正常使用, 架间空隙不超过规定 (<200mm) ;支架垂直顶底板不歪斜 (<±5°) 。

(4) 支架顶梁与顶板平整接实, 最大仰俯角<7°;相邻支架顶梁不能有明显错差 (不超过顶梁侧护板高的2/3) ;支架不挤、不咬。

(5) 支架液压系统完好, 不漏液、不串液、不卸载, 手把及时回零位。

(6) 支架顶梁接顶严实, 支架前梁 (伸缩梁) 梁端至煤壁顶板冒落高度不大于300mm。

4.2 工作面防片冒措施

(1) 地测部门需做好顶板变化情况的资料收集分析工作, 超前进行地质预报;矿压部门做好矿压观测工作, 及时、准确进行周期来压预报。

(2) 严格执行“敲帮问顶”制度。每班开工前, 跟班队长或班长要检查工作面的煤壁、顶板状况及上下安全出口的支护和水文地质情况, 发现问题要及时进行处理。

(3) 工作面周期来压期间, 必须严格按要求, 加强顶板管理。

(4) 合理组织劳动工序, 加快工作面推进速度。

(5) 破岩时采煤机能够强行通过则不许爆破, 确因割不动爆破时, 在断层带、顶板破碎带附近严格控制装药量, 防止因爆破震动造成片冒。

(6) 过断层、周期来压及工作面托顶煤、伪顶厚度超过0.6m时, 必须采用带压擦顶移架, 严禁降架幅度超高200mm, 支架拉到位升起接顶后, 相邻支架顶梁必须顺平。

(7) 加强工作面工程质量管理, 支架顶梁要和顶板平整接触, 不得出现点接触或线接触现象, 严防接顶不实或空顶。确保支架状态良好, 支撑有力, 保证支架不挤、不咬, 严格控制架间隙, 防止碎煤矸漏空导致顶板失稳。

(8) 采煤机割煤时, 各作业段支架工要站在架内安全地点随采煤机前滚筒过后及时推出伸缩梁, 支护新暴露的顶板, 后滚筒割过后及时打开护帮板护住煤帮。提前收护帮板不得超过采煤机前滚筒5架。

(9) 采煤机割过后, 及时伸出伸缩梁、打开护帮板护住帮顶, 并保证追机移架, 当移架跟不上采煤机速度时, 适当减慢采煤机的牵引速度或暂时停机。

埋藏条件 篇5

该研究的成果发表在《自然—地球科学》杂志上。

超大陆

在大约7.5亿年之前, 地球上的陆地是连在一起的, 形成一块被称为“罗迪尼亚 (Rodinia) ”的巨大陆地。尽管印度和马达加斯加岛被数千公里的海洋隔开, 但两者一度是相连的。

现在, 研究人员相信他们发现的证据表明:一块被称为微大陆的长条状大陆曾经夹在印度和马达加斯加岛之间。经过研究毛里求斯沙滩上的沙粒, 研究小组得出了上述结论。

这些沙粒可以追溯到发生于大约900万年前的一次火山爆发, 尽管如此, 沙粒中所包含的矿物在时间上要久远得多。挪威奥斯陆大学的教授特朗德 ? 托斯维克说:“我们从沙滩沙粒提取物中发现了锆石, 而锆石通常是存在于大陆地壳中的矿物, 这是一种很古老的矿物。”锆石可以追溯到19.7亿年至6亿年前, 因此研究小组得出结论:锆石是古代陆地的遗留物, 在火山爆发期间被喷发到岛屿的表面。

托斯维克教授称:他认为“毛里提亚”可能存在于毛里求斯之下大约10公里处以及印度洋的一片水域之下。从土地荒芜、没有生命的前寒武纪时代到恐龙漫步于地球的时代, 那块陆地经历了数百万年的历史。

然而, 大约在8500万年之前, 随着印度从马达加斯加岛开始漂移到其目前的位置, 那块微大陆也开始分崩离析, 最终消失在海洋的波涛之下。可是, 其中的一小部分可能保存了下来。

“目前, 塞舌尔群岛是一块花岗岩质地的大陆地壳, 几乎坐落在印度洋的中心区, ”托斯维克教授解释说, “但是, 从前塞舌尔群岛位于马达加斯加岛的北部。我们想说的是, 那块微大陆的分布范围也许要大得多, 可能有许多这样的古大陆地块散布于印度洋之下。

要想对这一失踪地区的遗留之物进行全面的调查, 仍需要进一步研究。托斯维克教授还解释说:“我们需要反映该地区地质结构的地震资料, 这将是我们的根本证据。或者也可以往深处钻探, 但那样做将会付出极高的成本。”

埋藏条件 篇6

1 川东南地区页岩层系埋藏史分析

川东南地区处于四川盆地边部的川东高陡构造带和川南中低缓坡构造带区域。早志留末龙马溪期是中国南方挤压最强烈的时期, 四川地区受来自于东南方向的推挤作用, 沉积基底体现为东南高北低.此时研究区的寒武-志留系的地层经历了初次埋藏, 震旦系平均沉积厚度在1000m左右, 寒武系分布较广, 发育完整, 平均沉积厚度在1400m, 加里东运动末期, 川西-川中基底隆起, 形成了乐山-龙女寺隆起, 此时川东南地区位于乐山-龙女寺古隆起的东南缘下斜坡带, 受到黔中古隆起和雪峰古隆起的剥蚀作用, 隆起和相邻的地区下志留系被剥蚀殆尽, 但其他的地区下志留系龙马溪组烃源岩则保存完整, 厚度较大, 达到300到500m, 是页岩气形成的最有利层位。TOC大于2%的优质烃源岩厚度最高达到100m左右。

研究区内五峰组烃源岩厚度一般不足20m, 但分布较广, 与上部龙马溪组呈整合或假整合接触形成一套优质烃源岩。由川东南-湘鄂西地区下志留-上奥陶统烃源岩厚度分布图, 可见川东南地区优质烃源岩发育地段应在赤水-习水-桐梓-正安-南川-綦江所组成的中心带, 沿东南方向向外逐渐变薄, 到凤岗-湄潭一带不足20m。而下寒武牛蹄塘组烃源岩在早寒武系正处于水下古隆起, 不发育, 大多为非烃源岩烃源岩厚度一般不足百米, 优质烃源岩的厚度一般小于20-50 m。整个加里东运动期, 川东区地层剥蚀厚度在300m左右。进入泥盆纪开始, 地层开始进入新的海西-印支期早期沉积构造旋回, 但此时本区长期处于古陆环境, 未接受沉积, 持续处于遭受剥蚀的状态直至石炭系。到二叠纪, 全区广泛海侵沉积厚度逐渐增加直至下三叠统, 此时三叠纪地层的沉积厚度也达到1000到1500m。印支运动结束后, 漫长的海相沉积历史结束, 地层进入燕山期, 由于秦岭及江南古陆挤压褶皱造山, 在造山带前缘形成挤压型前陆盆地, 地层开始了前路盆地的演化阶段, 地层进入新阶段的沉积直至晚白垩纪, 此阶段地层续沉积厚度由侏罗纪至晚白垩纪达4000m左右。到晚白垩末渐入新生代, 地层沉积史结束, 地层受喜马拉雅山持抬升作用开始持续的剥蚀至今。

从构造沉降方面来讲, 在志留纪前, 地层平缓沉积, 由石炭到泥盆纪由于地层处于抬升剥蚀状态, 此时地层沉积停滞。而后地层继续沉降, 由侏罗纪到白垩纪曲线斜率大, 埋藏深度陡增, 说明地层在这一段不长的时间内进入了一段快速沉降期。

2 湘鄂西地区页岩层系埋藏史分析

湘鄂西处于扬子地块中部湘鄂西褶断带, 早寒武世初期, 地层持续沉降沉降幅度达到1300m左右。该区属于扬子古板块东南缘被动大陆边缘, 正处于全球范围最大的海侵和生物大爆发时期, 伴随有广泛的缺氧事件, 在牛蹄塘组沉积了一套平均厚度超过350m的泥质烃源岩, 分布范围在150-400m, 优质烃源岩发育厚度大, 由川东南-湘鄂西地区下寒武统烃源岩厚度分布等值线图, 整个湘鄂西地区利川-恩施-鹤峰-桑植-永顺-保靖区域内优质烃源岩的厚度都达到200m左右, 同时区域有机质丰度在3.0%-8.0%, 。拥有十分优越的生烃条件。进入奥陶纪来, 全区再次广泛海侵, 伴随着全球性的海平面下降和海域萎缩, 区内形成滞留, 低能, 缺氧环境, 在奥陶五峰组到下志留龙马溪组形成一套厚度达到500-600m厚的泥页岩地层, 其中有效烃源岩厚度在50-60m左右, 有机质丰度高, 达到1.0%-4.0%, 分布范围广, 拥有广阔的生烃前景。

从构造沉降上讲, 区域地层主要存在志留系沉积前, 石炭纪末到中侏罗纪两段主要的沉降期, 石炭-泥盆纪地层沉降停滞, 中侏罗后地层开始进入漫长的抬升期。整个湘鄂西地区的地层埋藏史具有抬升剥蚀改造时间长, 隆升幅度大的特点。地层在印支运动后有一定的沉积, 但沉积时间短, 主体在侏罗纪就开始迅速抬升剥蚀, 且之后一直保持剥蚀状态, 持续时间长, 剥蚀量大。下寒武牛蹄塘烃源岩在志留纪末基本已达到干气演化阶段。在中侏罗纪地温达到250℃左右, 后随地层剥蚀抬升地温下降, 维持在150℃-2 0 0℃之间, 至今热演化已进入过成熟阶段。五峰-龙马溪组烃源岩沉降期短, 到中侏罗纪烃源岩就开始演化停滞, 地温在120℃-150℃之间, 烃源岩演化程度适中, 成熟度维持在1.5%-2.5%, 生烃强度大。

埋藏史类型上, 川东南, 湘鄂西地层埋藏史都属于早期沉降, 晚期抬升的类型, 相对而言, 川东南地区沉降期长, 抬升期短, 而湘鄂西地区沉降期短, 抬升期长, 所以川东南地区目标层系的相对演化程度较高, 五峰组-龙马溪组烃源岩已达到过成熟阶段, 成熟度在2.0%-4.0%之间, 而川东南地区下寒武牛蹄塘组烃源岩基本也达到过-高成熟阶段, 以生成干气为主, 但五峰组-龙马溪组烃源岩成熟度在1.5%-2.5%之间, 相比川东南而言较低, 生烃潜力大。同时两个地区烃源岩都属于连续生烃模式, 整个生烃演化过程持续直至生烃作用停止, 基本不存在二次生烃演化作用。

3 结论

综合来看, 川东南地区的地层埋藏史具有埋藏期长, 抬升期短, 早期沉降, 晚期抬升的特点, 川东南下志留统龙马溪组烃源岩在晚二叠纪末进入成熟阶段, 早三叠纪开始进入生油高峰, 早侏罗世末达到湿气演化阶段, 晚侏罗世末进入干气演化阶段。全区下志留-上奥陶统烃源岩古地温温度高, 达到过成熟阶段。以生干气为主。

在构造沉降方面, 川东南, 湘鄂西地区均属于加速埋藏型, 即在地层沉降初期, 沉降速率小, 沉降稳定, 后期沉降速度增大, 此时烃源岩生烃演化加快, 是烃源岩成熟的重要时期。

摘要：川东南-湘鄂西地区主要的页岩层系段是上寒武牛蹄塘组和上奥陶统五峰组至下志留龙统马溪组, 通过沉积历史分析可得, 川东南-湘鄂西地区主要页岩层系经历了加里东期, 海西-印支期, 燕山期三大地壳运动期, 从而导致了地层的埋藏-隆升-剥蚀的循环演化。

关键词：页岩,沉积分析,埋藏史

参考文献

[1]王清晨, 严德天.中国南方志留系底部优质烃源岩发育的构造一环境模式[J].地质学报, 2008[1]王清晨, 严德天.中国南方志留系底部优质烃源岩发育的构造一环境模式[J].地质学报, 2008

埋藏条件 篇7

随着热磁弹性学科的发展,利用电磁场的热效应对带有裂纹的金属构件进行裂纹止裂是延长其工作寿命,提高安全性和可靠性的一种行之有效的方法[1]。通电电流在裂纹附近产生绕流集中效应,所生成的焦耳热源使裂纹尖端处温度瞬时急剧升高,能够在很小的范围内使裂尖熔化,形成微小的焊口,从而增大了裂纹前缘的曲率半径,显著降低了应力集中,有效地遏制了裂纹的扩展[2]。

对含半埋藏裂纹金属构件实施电磁热效应止裂强化已取得阶段性成果,从理论、数值模拟和实验的角度验证了电磁热强化的可行性与有效性[3,4,5],对含空间埋藏裂纹金属构件应用电磁热强化还处在研究阶段。实践中,铸件和锻件往往存在孔洞裂纹缺陷,将孔洞缺陷处理成广义埋藏裂纹,应用电磁热进行止裂强化,对提高锻件、铸件的使用寿命有重要意义。

1 球体绕流理论分析

以一内含球形缺陷的圆柱形金属构件为例进行分析,如图1所示。欲求解域内温度场分布,可借鉴流体力学中流体绕过球体的绕流问题,先求瞬间脉冲电流密度的分布。

由于构件对称,可以取平行于通电方向、过球心的任一截面作为分析对象。此时待研究的问题可转化为无限大平板中(忽略厚度)存在一个圆形孔洞,在平板边缘通入电流密度为J0的电流的问题。

电流流动的外边界条件为:在无穷远处,电流密度x方向分量为Jx=0,z方向分量为Jz=J0。用直角坐标系表示:

转化为极坐标:

内边界条件:

式中,J0为通入的电流密度;Jx为绕流时电流密度的水平分量;Jz为绕流时电流密度的垂直分量;Jθ为绕流时极坐标下的角分量;Jr为绕流时极坐标下的径向分量;σ*为电导率;V为电流势函数;r为极坐标下半径变量;θ为xoz面内极坐标下的角度变量;r0为孔洞缺陷的半径。

由内外边界条件可得绕圆形孔洞流动的电流密度分布[6]:

当电流流经圆形孔洞时,平分成两路,对称绕圆形流动,取一侧进行分析,由电流密度分布式(4)、式(5)可知,在r=r0处,Jr=0,Jθ的分布规律为:θ从到变化过程中,Jθ由0逐渐变大,在θ=0°时Jθ达到最大值,然后逐渐减小到0。即在时,Jθ取得最小值0,θ=0时,Jθ取得最大值2J0,时,Jθ又取得最小值0。电流密度表征单位时间内单位面积通过的电量,在θ=0处,电流密度达到最大值。由电热效应可知,电流密度的积聚使其附近的热源功率增大,相当于增加了一个点热源,使附近温度急剧升高。由于计算的为平行于通电方向、过球心的任一截面电流密度的分布规律,对于空间球体来说,相当于这个平面绕中心轴旋转360°,那么,不妨假设只有在垂直于通电方向,球体中截面上,存在无穷多个点热源形成的空间圆形分布的线热源,这样空间球体绕流温度场问题简化为含空间圆形埋藏裂纹温度场求解问题。

在式(4)、式(5)中,令θ=0,r=r0,可得圆形线热源上任意一点的电流密度J(r0,0,φ)=2J0(φ为球坐标系中的点与xoy面的夹角),那么圆形热源的热源功率密度为

由焦耳-楞次定律可得圆形线热源上任意一点的热源强度:

取圆形线热源上任意一点(x1,y1,0),则该点热源在时间t内引起的温度分布为

式中,aT为导热系数;cp为质量定压热容;ρ为密度。

一个圆形线热源作用下的温度分布问题可以看作是无穷多个点热源作用的叠加,由此可知,在时间t内圆形线热源作用下的温度分布为

式中,s为圆弧线热源的弧长;为xoy面上的点的极角。

当z=0时,即在xoy面上温度分布为

2 强化效果数值模拟

2.1 模型建立

基于流体绕流的理论,下面进行数值模拟分析与验证。模型材料选用HT250,弹性模量E=125GPa,泊松比ν=0.3,密度ρ=7350kg/m3,热导率λ=80W/(m·℃),电阻率1/σ*=97.8nΩ·m,质量定压热容cp=450J/(kg·℃),熔点1300℃。利用ANSYS建模分析,放电电压4000V,通电时间为0.5ms,划分网格后的有限元模型如图2所示。

2.2 温度场

图3所示为模型放电后温度场分布,其中,图3a表示从缺陷位置截开,一半模型的温度场分布,图3b表示缺陷位置横截面温度分布,图3c表示缺陷位置纵截面温度分布。由图3可知,通电瞬间,在垂直于通电方向,球形中截面(xoy平面)上形成绕流现象,瞬间最高温度达1787℃,超过了材料的熔点,形成焊口。

2.3 应力分布

图4所示为放电后孔洞缺陷附近热应力场分布。由图4分析可知,放电瞬间绕流面三个方向均产生了热压应力。x方向最大热压应力为60.9MPa,y方向最大热压应力为63.9MPa,z方向最大热压应力为110MPa,其中沿着通电方向的z方向热压应力最大,三个方向产生的压应力使绕流面附近受压,孔洞缺陷变形,呈椭圆形状。

2.4 应力集中

将通过电磁热止裂强化的含有中心孔洞缺陷的构件与没有强化的相同构件,两端同时施加大小均为100MPa的拉伸外载荷。图5a所示为未放电强化的试件受力状态下的应力场,图5b所示为放电强化的试件受力状态下的应力场。由图可知,放电模型与不放电模型缺陷张开角度和应力集中明显不同,未放电模型受力时孔洞受拉变成椭圆形,最大应力达410MPa,放电后模型受力时孔洞受压应力影响,张开角度明显小于未放电模型,最大应力仅为32.8MPa,放电后应力集中降低了90%以上。由此可知,经过电磁热止裂强化后,缺陷张开角度变小,应力集中降低。

3 结束语

本文通过理论分析导出了放电瞬间孔洞球体附近绕流的电流密度分布规律,并求得了孔洞的温度场表达式。数值模拟分析了温度场和热应力分布情况,结果发现,垂直于通电方向,球形中截面上形成绕流现象,瞬间温度超过了材料的熔点,形成焊口,产生的热压应力显著降低了应力集中。将孔洞缺陷处理成广义埋藏裂纹,应用电磁热技术对其强化是有效的,理论研究和数值模拟为将该技术应用于铸件缺陷强化的生产实践提供了指导。

摘要：电磁热效应可以实现含半埋藏裂纹、埋藏裂纹金属构件的止裂强化。针对实践中铸件和锻件内往往存在孔洞形式的缺陷,从理论和数值模拟角度分析了电磁热对其强化的效果,导出了球体绕流的电流密度和温度场分布。研究表明:孔洞缺陷可处理成广义埋藏裂纹缺陷,应用电磁热止裂强化是可行的。放电后,在垂直于通电方向,球形中截面上形成绕流现象,瞬间温度超过了材料的熔点,形成焊口,产生的热压应力显著降低了应力集中,从而抑制了孔洞缺陷受力时的扩展,达到了止裂强化效果。

关键词：电磁热,埋藏裂纹,球形孔洞,止裂

参考文献

[1]付宇明,白象中,许志强.带有中间裂纹载流薄板放电瞬间耦合场的数值模拟[J].固体力学学报,2002,23(3):306-311.

[2]付宇明,郑丽娟,刘禹.含半埋藏空间裂纹的Cr12冷冲凹模电磁热止裂分析[J].中国机械工程,2008,10(19):1224-1227.

[3]Bai Xiangzhong,Fu Yuming,Hu Y D,et al.Tem-perature Field Near Crack Tip in a Current-carry-ing Plate under the Repeated Action of Pulse Cur-rent[J].International Journal of Nolinear Scienceand Numerical Simulation.ISRAEL and UK,2003,9(1):46-49.

[4]Fu Yuming,Tian Zhenguo,Zheng Lijuan.Analysison the Thermal Stress Field When Crack Arrest inan Axial Symmetry Metal Die Using Electromagnet-ic Heating[J].Applied of Mathmatics and Mechani-cis,2006,8(3):53-55.

[5]李晓慧,吴杰.机械载荷作用下单边裂纹电热止裂的实验研究[J].试验技术与试验机,2006(1):18-23.