温度与动水压力作用下灰岩微观溶蚀的定性分析 2010城市地质环境论坛与可持续发展论坛交流.pptVIP

温度与动水压力作用下灰岩微观溶蚀的定性分析 刘 琦 同济大学地下建筑与工程系 主要内容 问题的提出 碳酸盐岩的溶蚀实验方法 碳酸盐岩溶蚀特性的微观分析 结论 岩石的微观溶蚀特征记载了溶蚀作用中的信息及其结果 碳酸盐岩溶蚀受表面反应和扩散作用控制 岩石化学成分、矿物结构、酸度、温度、水动力条件岩石赋存环境等因素都影响着岩石的微观溶蚀特征 虽然诸多学者从溶解动力学、成岩作用等多个角度的解释了微观溶蚀作用和孔隙发育的“驱动力”，但是对于不同温度条件下的动水压力作用对灰岩溶蚀特性的影响，以及孔隙形成的具体过程和微观溶蚀机制的研究还比较少。 因此，从微观角度对比分析溶蚀前后微晶灰岩与鲕粒灰岩的表面形态和孔隙结构特征，来解释温度与动水压力对溶蚀作用的影响方式及其结果 问题的提出 碳酸盐岩的溶蚀实验方法 乌江流域索风营、洪家渡水库坝基及库区灰岩 碳酸盐岩的溶蚀实验方法 —— 岩样选取 岩样编号 实验编号 岩石名称 化学成分/％ 矿物成分及结构特征 CaO MgO CO2 酸不溶物 1 13 鲕粒灰岩 53.14 1.72 42.8 0.91 鲕粒状结构，粒度一般在0.5-1mm之间，胶结物残留亮晶结构。多层鲕粒占60－70％，方解石≥90％，白云石7－8％。层理（块状）构造。 14 2 21 微晶灰岩 53.14 0.62 41.63 3.00 方解石占98％，铁杂质占1－2％。主要由微晶方解石组成，多呈他形粒状，粒度细小，一般在0.01-0.03mm之间，层理（块状） 22 23 3 31 鲕粒灰岩 54.29 0.41 43.34 1.85 鲕粒状结构，粒度一般在0.5-1mm之间，占60－65％；胶结物已重结晶形成微晶状方解石，粒度一般在0.03-0.05mm之间，占35－40％。 32 33 4 42 鲕粒灰岩 54.12 1.24 42.43 0.71 多层鲕粒呈圆粒或椭圆状，鲕粒中心常见有菱形的白云石晶体，鲕粒一般在0.5-1mm之间，占60－65％；鲕粒之间的胶结物为亮晶方解石，占25－30％。 43 44 根据不同地带及水库蓄水时期 碳酸盐岩的溶蚀实验方法 —— 模拟条件 模拟条件 类型 范围 岩性 灰岩 水压 静水压力 恒定动水压力 变动水压力 0～2MPa 温度 平均库水水温 局部热液水混合 15℃～85℃ 流速和流量 岩溶含水层中水流速度 1.5mL/min 水质 不同含量的CO2水溶液 纯去离子水 微生物 pH值4.35 碳酸盐岩的溶蚀实验方法 —— 实验系统 加压系统的设计理念： 考虑到CO2溶解度的变化 ，选择气在囊里，水在囊外；高压氮气挤压气囊形成压力水；CO2水溶液的初始浓度相同的前提下调节压力；并联溶蚀管进行对比分析 整个系统为不锈钢材质，耐酸耐碱气囊 保证快速、准确的调节压力并自动补偿，快速调节流速、流量和温度 反应溶液的分析 岩样分析 物理化学分析 微观分析 碳酸盐岩的溶蚀实验方法 ——数据分析 溶蚀实验结果 压力增大，CO2水溶液的溶蚀能力随之增大；升高温度虽然会降低CO2水溶液的溶蚀能力，但也会提高溶液中各离子组分的化学活动性，增强溶液的溶解能力 岩石表面矿物晶格能降低，加速了扩散作用，因此其溶蚀程度也会加剧。 增大压力对溶蚀特性影响 动水压力增大对溶速的影响 动水压力不变对溶速的影响 常 压 加 压 溶蚀特性分析——温压共同作用 恒温、恒定动水压力2MPa 恒温、变动水压力 变温、常压 变温、恒定动水压力 T，P CO2 碳酸盐岩溶蚀特性的微观分析 岩样溶蚀特性微观分析 —— 表面形态 前 后 水流方向 21 微晶灰岩 扫描电镜观测结果 次生孔隙 前 后 43 鲕粒灰岩 岩样 实验 编号 压力 （MPa ） 温度 （℃） 流速 （ml/min） pH值 总溶蚀量 （mg/cm2.7d） 鲕粒灰岩4 43 0~2 15 1.5 4.35 31.28 44 1.6 15～80 1.5 4.35 30.31 43 44 岩样 实验 编号 压力 （MPa ） 温度 （℃） 流速 （ml/min） pH值 结构特征 总溶蚀量 （mg/cm2.7d） 微晶 灰岩2 21 0~2 15 1.5 4.35 方解石占98％，铁杂质占1－2％主要由微晶方解石组成，微晶方解石多呈他形粒状，粒度细小，一般在0.01-0.03mm之间 10.72 鲕粒 灰岩4 43 0~2 15 1.5 4.35 鲕粒状结构。多层鲕粒，占60－65％；胶结物为方解石，占25－30％，鲕粒中心常见有菱形的白云石晶体，鲕粒一般在0.5-1mm之间。鲕粒之间的胶结物为亮晶方解石。 31.28 2 4 晶粒微小，晶形不好 解