碳酸盐岩溶蚀扩展特征和规律的试验研究

论文摘要

岩溶不仅是资源的赋存空间,同时是灾害的发生场所,其不均一性和复杂性给资源的开发利用和与之有关的工程建设带来了诸多困难,而借助溶蚀扩展模型模拟重现岩溶发育过程是解决这类问题的有效手段,溶蚀扩展模型参数的选取尤其是溶蚀速率方程参数的选取对于岩溶系统的模拟至关重要。为确定更符合实际的流水条件下碳酸盐岩溶蚀作用的主要控制因素和参数,本文基于碳酸盐岩溶蚀扩展的相关理论,设计并研制了碳酸盐岩单裂隙溶蚀扩展和碳酸盐岩裂隙网络溶蚀扩展的实体模型,开展了开放系统下碳酸盐岩单隙面渗流-溶液耦合试验和封闭系统下碳酸盐岩通道与口形裂隙交叉的裂隙渗流-溶解耦合试验,得出了如下结论:开放系统下流经碳酸盐岩表面单裂隙水膜厚度δ越大,起始溶蚀量越大、平均溶蚀速率越大。水膜厚度δ变化约1.5倍,起始溶蚀量变化约1.5倍、平均溶蚀速率变化1.432.04倍。水流中CO2浓度越高,碳酸盐岩溶解速率越大。过饱和CO2水流对比蒸馏水水流平均溶蚀速率变化约1.842.36倍。水流中Ca2+浓度对溶蚀扩展有一定抑制作用,一定范围内Ca2+浓度越高,碳酸盐岩溶解速率越小,且含Ca2+水流的碳酸盐岩溶蚀曲线趋势与蒸馏水不同。封闭系统下碳酸盐岩网络裂隙溶蚀扩展中水流流速越大,起始瞬时溶蚀量越低,裂隙的平均溶蚀扩展速率就越快,对总溶解量无明显影响。裂隙网络中渗流水的水头差变化2倍,起始瞬时溶蚀量变化0.6倍,平均溶蚀扩展速率变化1.48倍。裂隙网络水流中CO2分压越高,碳酸盐岩溶蚀扩展速率越高。对比蒸馏水渗流,过饱和CO2水流起始瞬时溶解量变化约3倍、总溶解量变化约2.62倍。裂隙网络中渗流水流Ca2+浓度越高,溶解总量越小。水流Ca2+浓度变化2倍,溶解总量变化0.63倍。根据碳酸盐岩表面单裂隙溶蚀扩展试验和裂隙网络溶蚀扩展试验得到的碳酸盐岩溶蚀速率方程都呈现了低级的快速溶解反应阶段。通过试验结果,可计算得到碳酸盐岩溶蚀速率方程中快速溶解反应阶段的参数取值,其中,c1与ceq的关系,c1=0.4ceq,以及k0的取值,k0≈1×10-7m/s。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 1 引言
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 岩溶作用及溶蚀扩展规律研究
•     1.2.2 溶蚀试验研究现状
•   1.3 本文研究内容
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线图
• 2 碳酸盐岩溶蚀扩展基本理论研究
•   2.1 碳酸盐岩的溶蚀作用
•     2.1.1 碳酸盐岩的溶解过程
•     2.1.2 碳酸盐岩溶蚀的影响因素
•   2.2 裂隙岩体中水的渗流特征
• 3 单裂隙溶蚀扩展特征及规律的试验研究
•   3.1 单裂隙溶蚀扩展模型
•   3.2 单裂隙溶蚀室内试验设计
•     3.2.1 试验装置
•     3.2.2 单隙面溶蚀试验步骤
•   3.3 单裂隙溶蚀试验结果
•     3.3.1 单隙面表面水流厚度影响
• 2 分压的变化影响'>    3.3.2 CO₂分压的变化影响
• 2+浓度c_in的影响'>    3.3.3 溶液Ca²⁺浓度c_in的影响
•   3.4 单裂隙溶蚀特征及规律
•     3.4.1 单裂隙溶蚀试验的可行性分析
•     3.4.2 单裂隙溶蚀试验影响因素分析
•   3.5 本章小结
• 4 裂隙网络溶蚀扩展特征及规律的试验研究
•   4.1 裂隙网络溶蚀扩展模型
•   4.2 裂隙网络溶蚀室内试验设计
•     4.2.1 裂隙网络溶蚀试验装置
•     4.2.2 裂隙网络溶蚀试验步骤
•   4.3 裂隙网络溶蚀试验结果
•     4.3.1 水头差ΔH变化的影响
•     4.3.2 裂隙网络中水流pH变化的影响
• 2+浓度c_in变化的影响'>    4.3.3 入口处Ca²⁺浓度c_in变化的影响
•   4.4 裂隙网络溶蚀特征及规律
•     4.4.1 裂隙网络溶蚀试验的可行性分析
•     4.4.2 裂隙网络溶蚀试验的参数影响
•   4.5 单裂隙和裂隙网络溶蚀试验结果综合分析
•   4.6 本章小结
• 5 结论
•   5.1 主要结论
•   5.2 存在的不足
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王子杰

导师: 武亚遵

关键词: 碳酸盐岩,溶蚀扩展,实体模型,裂隙网络

来源: 河南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 河南理工大学

分类号: P642.25

DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000038

总页数: 70

文件大小: 1544K

下载量: 52