DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 材料与方法 2.1. 区域地质概况 研究区域位于华北板块南缘的淮北凹陷带 [ 11 ] ，进一步细分可以划分为灵璧台隆，乔秀夫 [ 12 ] 等称之为古郯庐带。该地区的构造格局主要受控于燕山期太平洋板块的北西向挤压作用。在地层分区上，可以划分为华北地层大区晋冀鲁豫地层分区徐州-宿县地层小区。本研究区域位于安徽省宿州市灵璧县北部渔沟镇(图1)。研究区域内新元古代地层从下往上依次为贾园组、赵圩组、倪园组、九顶山组、张渠组、魏集组、史家组和望山组。在岩石组成上，包括砂质灰岩、灰岩、白云质灰岩及砂岩等，整体为海相沉积环境。 2.2. 样品采集与测试 研究样品采自渔沟镇灵璧石国家地质公园内张渠组下部和上部，各采集15个样品，共计30个样品。张渠组下部为薄层灰黑色微晶灰岩，上部为灰色-浅灰色微晶灰岩。全岩样品首先去除岩石表面的粉尘，然后采用切割机切割岩石样品并选取岩石样品平整的新鲜面清洗烘干后进行测试。样品测试分析采用X荧光光谱仪(天瑞EDX5500H)完成。 图1. 研究区地质图
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user: 3. 元素含量特征 样品测试结果见表1。从表1可以看出，张渠组下部灰岩中Ca含量相对较高，介于54.1%~56.5%之 Table 1 Concentration of trace elements (%)， H and BH are lower and upper ones， respectivel 样品 Al Ca Fe K Mg Mn Ni P Ti Zr H1 0.046 54.1 0.142 0.412 0.470 0.005 0.027 0.334 0.000 0.053 H2 0.110 55.1 0.197 0.534 0.459 0.012 0.031 0.349 0.012 0.075 H3 0.135 55.6 0.582 0.499 0.520 0.006 0.030 0.351 0.008 0.007 H4 0.074 55.1 0.877 0.431 0.476 0.005 0.029 0.349 0.011 0.092 H5 0.000 56.1 0.128 0.423 0.504 0.013 0.036 0.356 0.000 0.087 H6 0.232 55.3 0.358 0.542 0.514 0.009 0.030 0.352 0.023 0.090 H7 0.116 55.7 0.384 0.483 0.500 0.008 0.028 0.350 0.008 0.028 H8 0.009 56.5 0.093 0.353 0.490 0.010 0.029 0.356 0.002 0.061 H9 0.000 55.6 0.135 0.430 0.526 0.013 0.033 0.361 0.000 0.118 H10 0.151 54.9 0.383 0.462 0.560 0.009 0.029 0.348 0.005 0.104 H11 0.067 55.4 0.187 0.504 0.505 0.009 0.029 0.359 0.000 0.043 H12 0.000 55.9 0.119 0.381 0.550 0.012 0.032 0.356 0.006 0.111 H13 0.177 54.8 0.489 0.454 0.503 0.012 0.026 0.343 0.019 0.088 H14 0.290 54.4 0.467 0.600 0.547 0.014 0.033 0.339 0.014 0.098 H15 0.000 56.4 0.115 0.534 0.517 0.013 0.030 0.356 0.000 0.084 平均值 0.094 55.4 0.310 0.469 0.509 0.010 0.030 0.351 0.007 0.076 BH1 1.32 48.8 2.29 1.36 0.604 0.037 0.029 0.309 0.057 0.045 BH2 0.356 53.9 0.686 0.633 0.538 0.025 0.028 0.338 0.024 0.074 BH3 0.090 55.6 0.326 0.484 0.522 0.009 0.026 0.351 0.018 0.080 BH4 1.04 49.6 1.34 0.773 0.671 0.049 0.029 0.308 0.050 0.106 BH5 1.17 48.7 1.37 0.883 0.659 0.049 0.023 0.308 0.056 0.101 BH6 0.282 54.5 0.449 0.656 0.535 0.011 0.033 0.350 0.016 0.084 BH7 1.18 49.1 1.41 0.834 0.681 0.048 0.024 0.308 0.056 0.106 BH8 1.42 47.3 1.51 1.06 0.719 0.047 0.023 0.293 0.072 0.096 BH9 1.19 49.0 1.36 1.19 0.687 0.046 0.029 0.311 0.057 0.104 BH10 0.331 54.5 0.369 0.693 0.560 0.014 0.025 0.349 0.024 0.083 BH11 0.364 54.3 0.299 0.629 0.546 0.012 0.023 0.340 0.028 0.077 BH12 0.847 51.8 0.628 0.685 0.573 0.010 0.028 0.328 0.036 0.065 BH13 0.296 54.9 0.395 0.586 0.525 0.012 0.024 0.357 0.028 0.081 BH14 0.317 54.5 0.466 0.600 0.556 0.010 0.029 0.340 0.008 0.084 BH15 0.160 55.1 0.334 0.483 0.477 0.010 0.028 0.345 0.023 0.078 平均值 0.691 52.1 0.881 0.770 0.590 0.026 0.027 0.329 0.037 0.084 表1. 微量元素组成(%)，H和BH分别为下部和上部样品 间，平均为55.4%，其他元素的含量相对Ca而言较低，Al、Fe、K、Mg、Mn、Ni、P、Ti和Zr含量的平均值分别为0.094%、0.310%、0.469%、0.509%、0.010%、0.030%、0.351%、0.007%和0.076%。所有元素含量从高到低依次为Ca > Mg > K > P > Fe > Al > Zr > Ni > Mn > Ti。 相比较而言，张渠组上部薄层灰岩具有相对下部偏低的Ca含量，其平均值为52.1%，而Al、Fe、K、Mg、Mn、Ti和Zr则相对上部灰岩偏高，其含量分别为0.691%、0.881%、0.770%、0.590%、0.026%、0.037%和0.084%，Ni和P含量相对上部灰岩偏低，其平均值分别为0.027%和0.329%。
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user: 4. 数理统计分析 4.1. 元素的相关性分析 相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度。在地球化学研究中，通常将相关性好的元素考虑成具有共同的来源 [ 11 ] 。而对于沉积岩而言，相关性好的元素可能更好地反映元素的共生组合关系。因为不同的元素组合反映了不同的沉积地球化学特征以及影响它们形成的各种古构造、气候条件 [ 12 ] ，因此物源相近的沉积物，或者形成于相似地质条件环境的沉积物，其元素组合也相近。对于本文而言，查明元素之间的关系，可以为寻找同源元素提供信息。 本文研究中对上下部岩石进行分开研究，其相关性分析结果见表2和表3。因为各有15个样品，对应显著性因子α = 0.05的相关系数临界值为：r α = 0.514。从表2可以看出，下部灰岩Al-K-Ti-Fe、Ca-P之间具有显著的正相关，而Al和Ca之间则表现出显著的负相关。对于上部灰岩而言(表3)，所有的元素大概分为两组，且两组之间表现为明显的负相关关系，其中第一组Al-Mg-K-Ti-Mn-Fe-Zr之间具有明显的正相关，第二组Ca-P之间具有明显的正相关。综合来看，无论上部还是下部灰岩，Al-K-Ti-Fe之间都具有显著的正相关，而Ca-P之间也具有明显的正相关，且这种关系表明这些元素之间可能存在成因上的联系 [ 11 ] 。结合前人研究来看，前者可能反映了陆源碎屑物的贡献(Al是代表性陆源元素)，而后者则反映了海相的贡献(Ca为代表性海相元素)。 4.2. 聚类分析 聚类分析指基于某些变量将一组研究对象分为相对同质的群组的统计分析技术。在地球科学研究中，聚类分析应用广泛，如在污染物来源解析中，利用R型聚类分析将污染物划分为几个不同的类，每个类 Table 2 Results of correlation analysis (lower samples Al Ca Fe K Mg Mn Ni P Ti Zr Al 1.000 Ca −0.604 1.000 Fe 0.544 −0.388 1.000 K 0.693 −0.304 0.241 1.000 Mg 0.230 0.079 −0.024 0.148 1.000 Mn −0.023 0.278 −0.474 0.216 0.377 1.000 Ni −0.180 0.321 −0.286 0.090 0.317 0.581 1.000 P −0.552 0.832 −0.353 −0.213 0.180 0.295 0.411 1.000 Ti 0.800 −0.382 0.563 0.445 0.002 −0.003 −0.220 −0.366 1.000 Zr −0.028 −0.073 −0.113 −0.091 0.383 0.570 0.396 0.100 0.126 1.000 表2. 相关性分析结果(下部样品) Table 3 Results of correlation analysis (upper samples Al Ca Fe K Mg Mn Ni P Ti Zr Al 1.000 Ca −0.994 1.000 Fe 0.917 −0.911 1.000 K 0.865 −0.841 0.912 1.000 Mg 0.915 −0.934 0.770 0.725 1.000 Mn 0.887 −0.923 0.853 0.729 0.918 1.000 Ni −0.171 0.178 −0.016 0.023 −0.245 −0.204 1.000 P −0.964 0.980 −0.882 −0.781 −0.921 −0.913 0.179 1.000 Ti 0.954 −0.960 0.864 0.811 0.887 0.896 −0.335 −0.927 1.000 Zr 0.272 −0.345 0.074 −0.004 0.589 0.545 −0.239 −0.357 0.327 1.000 表3. 相关性分析结果(上部样品) 代表不同的来源 [ 13 ] ，而在矿井突水水源识别中，利用Q型聚类分析将样品划分为几个不同的类，从而用于判别未知样品的水源 [ 14 ] 。对于本文而言，聚类分析可以发现元素之间的关联(类似于相关性分析)，从而为元素对(比值)的构建提供信息。 在本次研究中，对所有元素进行了R型聚类分析(聚类方法为Ward，距离为Pearson)，结果如图2所示。从图中可以看出，无论是下部灰岩还是上部灰岩，所有的元素都分为两个大类，但上下部灰岩之间存在一定的区别。其中下部灰岩Fe-Ti-Al-K为一类，而Mg-Zr-Mn-Ni-P-Ca为一类。上部灰岩Ca-P-Ni为一类，而K-Fe-Ti-Al-Mg-Mn-Zr为一类。这一结果与相关性分析结果基本上是一致的(除了相关性分析结果中缺少Ni)。 4.3. 因子分析 因子分析是基于降维的思想，把多个具有复杂关系的变量合并为几个综合因子的统计分析方法 [ 15 ] 。与相关性和聚类分析类似，被合并为一个因子的几个变量通常都具有成因上的联系 [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] 。对于本次研究而言，开展因子分析，可以将现有的多种元素简化为少数几个具有同成因的因子，从而简化元素对的选择和比值的构建。 本次研究对上下部灰岩分别进行了因子分析，结果如表4所示。从表中可以看出，在选择特征值大于1且进行正交旋转后，下部灰岩共提取出了3个因子，其总的方差解释率仅为56.1%，而上部灰岩仅提取出了2个因子，其总的方差解释率仅为64.0%。对于下部灰岩而言，因子1的方差解释率为19.1%，在Al、K和Ti上具有较高的正载荷，而在Fe上具有中等的正载荷；因子2的方差解释率为24.5%且在Mn和Zr上具有较高的正载荷，而在Mg和Ni上具有中等的正载荷；因子3的方差解释率为12.5%且在Ca和P上具有较高的正载荷。对于上部灰岩而言，因子1的方差解释率为46.0%，在Al、Fe、K、Mg、Mn和Ti上具有较高的正载荷，而在Ca、P上具有较高的负载荷；因子2的方差解释率为18.0%且在Zr上具有较高的正载荷，而在Ni上具有中等的负载荷。
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user: 5. 讨论 从上述数理统计分析中可以发现两个方面的问题：1) 不同沉积环境下形成的灰岩在元素组合上存在明显的差异；2) 同一元素在不同沉积环境下形成的灰岩中其来源(或者影响因素)存在不同。因此，如果 图2. 聚类分析结果(左下部右上部样品) Table 4 Results of factor analyses (upper samples F1 F2 F3 F1* F2* Al 0.889 0.053 −0.385 0.974 0.160 Ca −0.303 0.076 0.877 −0.969 −0.220 Fe 0.598 −0.345 −0.279 0.971 −0.085 K 0.828 0.151 0.050 0.931 −0.181 Mg 0.222 0.618 0.110 0.860 0.451 Mn 0.013 0.856 0.222 0.879 0.388 Ni −0.059 0.683 0.382 −0.034 −0.687 P −0.251 0.210 0.850 −0.941 −0.244 Ti 0.764 0.024 −0.318 0.922 0.290 Zr −0.153 0.823 −0.294 0.170 0.848 特征值 1.91 2.45 1.25 4.60 1.80 方差解释率 19.1% 24.5% 12.5% 46.0% 18.0% 表4. 因子分析结果(F1-F3下部样品，F1*和F2*上部样品) 利用元素(包括其比值等)来分析灰岩的沉积环境，固定地采用一些元素及其比值可能存在不适用的问题，反而自己根据研究对象的元素组合关系来选择合适的元素并构建新的元素比值可能更为合适。例如在本次研究对象中，下部灰岩中Mg、Zr、Mn和Ni可能主要与海相沉积环境有关，因为无论是相关性、聚类还是因子分析中都可以发现，这几个元素与Ca、P具有相对密切的关系，但对于上部灰岩而言，这几个元素则明显与陆相有着更为密切的关系(图2)。 从以上分析中可以发现，对于本研究中的10种元素而言，无论是在上部灰岩还是下部灰岩中，它们大体上可以分为3类：一是以Al-K-Ti-Fe为代表的陆相相关元素，二是以Ca-P为代表的海相相关元素，三是包括Mg-Mn-Zr-Ni在内的变化元素(其来源不稳定，可能受制于海相也可能受制于陆相)。因此，Al-K-Ti-Fe之间的比值应该可以用于分析陆相的特征，反之Ca-P之间的比值则可以用于分析海相的特征，而Al-K-Ti-Fe与Ca-P之间的比值则可能更多的反映了陆相和海相之间的贡献差异。基于这种思想，并结合前人的研究成果，我们构建了如下比值，包括Al/Fe、Ca/P和Al/P，并对其地质意义进行了分析讨论。分别如下： 1) Al/Fe：因为Al和Fe均与陆源碎屑有关，因此这一比值主要反映了陆源物质的特征。计算结果表明，下部灰岩中Al/Fe为0~0.648 (平均0.303)，上部灰岩为0.276~1.35 (平均0.784)。这种情况说明，张渠组上下部灰岩中的陆相贡献部分在来源上可能发生了改变。 2) Ca/P：因为Ca和P均与海相有关，因此这一比值主要反映了海相物质的特征。计算结果表明，下部灰岩中Ca/P为154~162 (平均158)；上部灰岩为154~161 (平均158)，上下部是一致的。这种情况说明，张渠组上下部灰岩中的海相贡献部分并没有明显的不同，海水的环境(组成特征)相对是稳定的。 3) Al/P：该比值主要反映海相和陆相贡献的相对变化。下部灰岩中Al/P为0~0.855 (平均0.268)，而上部灰岩的Al/P为0.256~4.85 (平均2.10)，两者存在明显的差异，说明上部灰岩中陆相贡献比例明显增加。这与实际情况是一致的，下部薄层灰岩相对纯净，而张渠组上部中逐渐出现了大量的泥质(如泥灰岩)。 在以往的研究中，有诸多元素及其比值被应用于沉积环境分析，如Fe/Mn被用于分析水的深浅 [ 1 ] 、Ca/Sr被用于分析古海水盐度 [ 2 ] 等等。但从本研究的情况来看，Fe/Mn反映的是海相-陆相之间的相对贡献，因此可以用于间接分析沉积环境的水深水浅，但对于上部灰岩而言，Fe/Mn反映的是陆源的变化，因此不适用于水的深浅分析。
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user: 6. 结论 通过对皖北地区新元古代张渠组上下部灰岩的岩石地球化学数理统计分析，取得了如下认识： 1) 张渠组上下部灰岩中Ca含量相对较高，其他元素含量相对较低且上下部灰岩在元素组成上存在差异，可能与沉积环境及物源变化有关； 2) 相关性、聚类及因子分析将元素分为3类，Al-K-Ti-Fe、Ca-P和Mg-Mn-Zr-Ni，分别代表陆相、海相和其他； 3) 构建了Al/Fe、Ca/P和Al/P，分别用于探讨陆源、海相特征及陆海相对贡献，并发现张渠组上下部的海相环境无明显差异，但陆源贡献上变化显著。
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user: 摘 要 为揭示鄂尔多斯盆地东缘XE气田上古生界致密砂岩储层特征及主控因素，本文利用XE气田45口探井岩心观察、粒度分析、砂岩薄片鉴定、扫描电镜、毛细管压力分析、X衍射等手段，系统研究储层岩石学特征、孔喉结构及成岩演化规律，结果表明：该区储层上、下石盒子组储层以长石岩屑、岩屑长石砂岩为主，太原组储层以石英砂岩为主；主要孔隙类型包括残余原生孔、粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔；孔喉结构以中孔细喉及细孔细喉为主；认为浅水三角洲、障壁海岸潮坪等沉积环境决定了储层的物质组成及结构特征，而后期成岩作用决定了致密砂岩储层物性特征：表现为压实作用、硅质胶结作用、碳酸盐胶结作用及粘土胶结作用使储层物性变差，多期次生溶蚀作用形成各类次生溶孔，改善致密储层储集能力。 关键词 :XE气田，致密砂岩，储层特征，成岩作用 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 致密砂岩气藏通常是指孔隙度小于12%，渗透率小于或等于0.1 mD的砂岩气层，孔喉半径一般小于0.5 μm。自上世纪70年代以来，全球已勘探发现致密砂岩气盆地70多个，资源量约210 × 10 12 m 3 。2014年，美国致密气产量达到1400 × 10 8 m 3 ，占美国天然气总产量的19.2%；中国致密气产量为360 × 10 8 m 3 ，占中国天然气总产量的27.1%，致密砂岩气已成为天然气勘探开发中的重要领域。 XE气田位于鄂尔多斯盆地东缘(图1)，经过近几年的勘探进程，发现上石盒子组盒2、盒4段、下石盒子组盒6、盒7、盒8段及太原组太2段等多套致密砂岩气层，取得了重大勘探突破。但致密砂岩气藏具有横向变化快，储层非均质性强的特点，相对高孔渗的“甜点”气藏的主控因素尚不清楚 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 、同时致密砂岩气气藏由于储集砂体分布不均，储层物性差，有效厚度薄、自然能量不足，油气井基本没有自然产能，勘探开发难度愈来愈大。因此，本文在前人研究基础上，利用45口探井岩心、薄片、录井、测井等资料基础，对研究区上古生界储层岩石学特征、孔隙类型、成岩作用进行详细研究，寻找典型参数定量表征孔喉结构特征，探讨不同期次成岩作用类型及其对孔隙演化的影响，并结合上古生界储层分布规律与沉积环境变化，综合分析致密砂岩储层特征并寻找主控因素，以期为后续储层预测、精细评价提供依据。
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user: 2. 地质背景 XE气田构造上位于鄂尔多斯盆地东缘，横跨伊陕斜坡与晋西挠褶带两个构造单元，面积744.5 km 2 ，区内上古生界自下而上石炭系本溪组、二叠系太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组。 图1. 研究区地理位置及地层综合柱状图 根据岩性组合特征可将本溪组划分为本1段和本2段，太原组划分为太1段和太2段，山西组划分为山1段和山2段，下石盒子组划分为盒5段、盒6段、盒7段、盒8段，上石盒子组划分为盒1段、盒2段、盒3段及盒4段，石千峰组划分为千1段、千2段、千3段、千4及千5段(图1)。其中石千峰组、石盒子组地层呈典型的“泥包砂”特征，主要发育辨状河三角洲~浅水三角洲相，微相类型主要有水下分流河道、分流河道、河口坝、席状砂等，山西组、太原组、本溪组地层呈砂、泥、煤、灰互层特征，主要发育障壁海岸潮坪相，微相类型包括砂坪、泥坪、灰坪、潮汐水道、障壁砂坝、泻湖沼泽等。近几年的勘探开发成果显示，上石盒子组盒2段、盒4段、下石盒子组盒6段、盒7段、盒8段及太原组太2段是研究区主要储集层段。
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user: 3. 储层特征 3.1. 岩石学特征 晚古生代早期，受海西构造运动影响鄂尔多斯盆地东北部逐步抬高。上古生界自下而上发育障壁海岸潮坪、辫状河三角洲、浅水三角洲等多种沉积环境，决定了本区致密储层岩石学特征复杂多样 [ 4 ] [ 5 ] 。研究区在上、下石盒子组及太原组已获得大量钻井取心，岩石薄片鉴定结果显示不同层位岩性差别较大： 1)上石盒子组：岩性主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩，少量长石石英砂岩(图2-a)。以含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩为主。成分成熟度中等偏低，岩石组分中石英含量40%~77%，平均57.9%；长石含量12%~43%，平均28.6%，以斜长石居多；岩屑含量3%~24%，平均13.5%，主要成分为岩浆岩岩屑及变质岩岩屑，含极少量沉积岩岩屑及云母(表1)。点~线接触为主，分选中等~较好，磨圆次棱角~次圆状。 2)下石盒子组：岩性主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩及岩屑石英砂岩(图2-b)，发育少量长石石英砂岩，以含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩为主。成分成熟度中等，石英含量44%~91%，平均64.7%；长石含量9%~31%，平均16.6%，以斜长石居多；岩屑含量6%~28%，平均18.7%，以变质岩岩屑为主，含少量岩浆岩岩屑、沉积岩岩屑等(表1)。线接触为主，分选中等~较差，磨圆次棱角~棱角状。 3)太原组：岩性主要为石英砂岩、岩屑石英砂岩(图2-c)，以含砾粗砂岩、中砂岩为主。成分成熟度高，石英含量72%~100%，平均88.0%；长石含量0%~10%，平均3.6%；岩屑含量2%~18%，平均8.6%，以变质岩岩屑为主，含少量岩浆岩岩屑、沉积岩岩屑等(表1)。线~缝合接触为主，分选较好，次棱角~次圆状磨圆。 3.2. 储集空间类型 结合研究区26口井太原组~石千峰组储集层共612个样品铸体薄片、阴极发光、扫描电镜资料，根据成因不同，研究区储层储集空间可分为残余原生孔、次生溶孔、晶间孔等3种类型，微裂缝不发育。 3.2.1. 残余原生孔 镜下可见石英、长石等刚性颗粒呈点~线接触，发育明显绿泥石矿物衬边，有利于抑制胶结作用，保留原生孔隙。残余原生孔最大孔径可达150 μm，平均30~50 μm，具有很好的连通性(图3-a~图3-b)。研 图2. XE气田上古生界砂岩成分分类三角图 Table 1 Characteristics of minerals of reservoir in Upper Paleozoic in XE gas fiel 层位 石英含量(%) 长石含量(%) 岩屑含量(%) 钾长石 斜长石 总量 岩浆岩 变质岩 沉积岩及云母等 总量 上石盒子组 57.9 2.9 25.7 28.6 6.2 6.6 0.7 13.5 下石盒子组 64.7 3.6 13.0 16.6 7.2 10.1 1.4 18.7 太原组 88.0 0.9 2.7 3.6 2.2 6.1 0.3 8.6 表1. XE气田上古生界储层岩矿特征统计 图3. XE气田上古生界储层孔隙类型镜下特征 究区残余原生孔在上石盒子组(平均埋深1300~1500 m)十分发育，下石盒子组(平均埋深1500~1700 m)至太原组(平均埋深1700~1900 m)残余原生孔逐渐减少至完全消失。 3.2.2. 次生溶孔 次生溶孔为本区上古生界储层最主要的孔隙类型，可进一步划分为粒内溶孔、粒间溶孔。 1) 粒间溶孔：镜下表现为骨架颗粒边缘干净，胶结物及杂基部分或全部被溶蚀，溶蚀作用强烈时可见矿物颗粒呈悬浮状分布。被溶蚀矿物主要以早期碳酸盐胶结物、不稳定粘土矿物(水云母等)为主。粒间溶孔常作为喉道沟通孤立孔隙，改善孔隙连通性(图3-c~图3-d)。 2) 粒内溶孔：镜下表现为长石沿节理缝溶蚀、不稳定岩屑溶蚀形成铸模孔以及少量石英颗粒边缘被溶蚀呈港湾状、锯齿状。主要发育在上石盒子组、下石盒子组长石岩屑砂岩、岩屑砂岩储层中，研究区下石盒子组储层粒内溶孔最为发育，常呈孤立状产出，孔隙连通性差；太原组储层发育部分石英溶孔，后期常被高岭石等粘土矿物充填(图3-e~图3-g)。 3.2.3. 晶间孔 镜下表现为早期形成的各类孔隙(残余原生孔、粒间粒内溶孔等)，被自生沉淀的高岭石、石英等微晶充填，形成微小细孔，一般为微~纳米级。扫描电镜可见高岭石书页状集合体与自形产出的石英微晶一同产出并充填孔隙，研究区晶间孔主要在下石盒子组及太原组储层中发育(图3-h~图3-i)。 统计研究区612个铸体薄片的镜下孔隙类型，结果显示上石盒子组以残余原生孔为主，占总孔隙的43.6%，其次为粒间溶孔与粒内溶孔，分别占27.9%与22.7%；下石盒子组以粒内溶孔为主，占总孔隙50.8%，其次为粒间溶孔，占27.3%；太原组以粒间溶孔为主，占总孔隙43.8%，其次为晶间孔，占26.8% (图4)。 3.3. 孔喉结构特征 统计XE气田17口探井374个样品的压汞法毛管压力测试数据，研究区上古生界储层排驱压力在0.03~6.08 Mpa之间，平均1.03 Mpa，喉道中值半径在0.001~1.33 μm之间，平均0.15 μm；最大喉道半径在0.01~21.37 μm之间，平均1.61 μm，XE地区储层孔喉结构以中孔细喉及细孔细喉型为主。 利用毛管压力曲线可以表征储层不同喉道的分布规律，从而可以定量评价储层的孔喉结构 [ 6 ] [ 7 ] 。通过统计分析，研究区太原组，上、下石盒子组储层排驱压力、中值半径具有明显差异：1、上石盒子组盒2、盒4段储层孔喉结构以粗孔大喉为主，喉道分选性好，储层渗透性好，排驱压力低于0.5 Mpa，中值半径大于0.2 μm，毛管压力曲线呈陡斜下凹形态；2、太原组、下石盒子组盒6、盒7段储层孔喉结构以中孔细喉为主，储层渗透性中等；排驱压力介于0.5~1.2 Mpa之间，中值半径介于0.05~0.2 μm，毛管压力曲线呈一平缓斜线状；3、下石盒子组盒8段储层孔喉结构以细孔微喉为主，细歪度，储层渗透性较差，排驱压力一般大于1.2 Mpa，中值半径小于0.05 μm，毛管压力曲线呈上凸形态(图5)。
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user: 4. 储层发育主控因素 4.1. 沉积环境 鄂尔多斯盆地东缘上古生界沉积环境经历了本溪组、太原组滨浅海相障壁－潮坪－泻湖沉积，山西组海陆过渡相三角洲沉积，下石盒子组、上石盒子组浅水三角洲及石千峰组辨状河三角洲发育的内陆湖盆陆源碎屑沉积的发展演化阶段，不同类型的沉积作用对储层的影响包括： 1、宏观上控制了储层砂体形态与展布范围。研究区太原组主要发育潮坪、潮汐水道、泄湖等沉积亚相，其中障壁砂坝、潮汐水道、砂坪等沉积微相大面积连续发育，潮汐水道砂体厚度大 [ 8 ] 。上、下石盒子组主要发育三角洲平原、三角洲前缘亚相 [ 9 ] ，分流河道、水下分流河道的频繁摆动、改道使砂体横向 图4. XE气田上古生界储层孔隙类型分布 图5. XE气田上古生界储层毛管压力曲线分类图 上复合叠置，连片性较好，区内储集层主要分布在分流河道、水下分流河道、河口坝和前缘席状砂等沉积微相中。同时大面积网状分布的分流河道在三维空间上形成了网状岩性疏导体系，也为后期成岩流体的进入并改善储层奠定了基础 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 。 2、微观上控制了沉积物结构、成分成熟度等特征。研究区太原组太2段潮汐水道沉积物形成于强水动力条件下，储集层分选好，磨圆度高，长石、岩屑、杂基等含量极低，石英含量高；下石盒子组辨状河三角洲分流河道沉积物经过较短距离快速搬运并迅速沉降，储集层分选差，磨圆度差，长石、不稳定岩屑含量较高；上石盒子组三角洲前缘水下分流河道、席状砂等沉积物经较长距离搬运并淘洗，储集层分选较好，磨圆度较高，不稳定岩屑含量较低。 4.2. 成岩作用 研究区储集层经历的成岩作用主要包括压实压溶、胶结、溶蚀以及交代作用。压实和胶结作用破坏储层原始孔隙，储层逐步变为致密；后期又经历了不同成因、不同类型的溶蚀作用，改善了原本致密储层的物性。 4.2.1. 压实作用 压实作用是本区储层致密主控因素，压实作用造成岩屑、云母等塑性颗粒挤压变形或假杂基化，同时也使得石英、长石等刚性颗粒相互挤压变形，呈线接触甚至缝合接触(图6-a、图6-b)。研究区上石盒子组埋深较浅，压实程度不高，残余原生孔隙较为发育；随埋深增加，下石盒子组、太原组压实程度不断增强，残余原生孔逐渐减少至基本消失(图4)。 4.2.2. 胶结作用 研究区储层主要发育碳酸盐胶结、硅质胶结及自生粘土矿物胶结，其中碳酸盐胶结、硅质胶结降低 图6. 压实作用与胶结作用典型镜下特征 了储层孔隙度，而粘土矿物胶结降低了储层渗透性，对孔隙度影响不大。储层胶结类型主要受到沉积环境及成岩演化阶段的控制： 1) 上石盒子组储层主要发育早期碳酸盐胶结，碳酸盐胶结物一般不含铁或含铁量很低(图6-c)，呈基底式胶结，原生孔基本被破坏殆尽。早期碳酸盐胶结可提高储层抗压实强度，并为后期次生溶蚀提供了基础； 2) 下石盒子组储层以晚期碳酸盐胶结为主(图6-d)，胶结物主要为铁方解石、高镁方解石或者白云石、铁白云石，形成于碱性成岩环境中，表现为孔隙式胶结，充填原生孔以及各类次生溶孔 [ 14 ] 。 3) 太原组储层以大量发育硅质胶结为特征，镜下可见II~III型石英加大边，形成于酸性成岩环境中，同时也可见微晶石英充填孔隙(图6-e、图6-f)，硅质胶结的SiO 2 来源包括石英压溶作用及粘土矿物的成岩转化。 同时自生粘土矿物胶结在不同层位均有发育，极大的破坏了储层的渗透性。粘土矿物包括高岭石、绿泥石、伊利石以及少量黄铁矿、硬石膏等。绿泥石在扫描电镜下一般呈叶片状附着于颗粒边缘(图6-h)；高岭石扫描电镜下表现为假六边晶，集合体一般呈蠕虫状、畴状，形成于酸性成岩环境中(图6-g)；伊利石胶结物呈发丝状、丝缕状，一般沿颗粒表面生长，极大的降低储层的渗透性(图6-f)；黄铁矿主要在太原组储层中发育(图6-i)，扫描电镜下呈正八面体产出，指示太原组储层已进入晚成岩阶段，其成因往往与有机质或烃类分布有关。 4.2.3. 溶蚀作用 溶蚀作用是本区最主要的建设性成岩作用，是改善储层致密性的关键，按照溶蚀对象的不同可分为矿物颗粒溶蚀和填隙物溶蚀2类： 1、矿物颗粒溶蚀 矿物颗粒的溶蚀主要包括长石、岩屑等易溶物质，也包括部分石英颗粒。其中研究区上石盒子组储集层富含长石、岩屑，易被溶蚀形成粒内溶孔，至太原组储集层以石英砂岩为主，可见石英颗粒的溶蚀现象，且溶蚀作用常沿石英颗粒边缘进行，最终形成粒间溶孔(图7-a~图7-c)。颗粒溶蚀作用增加了储集层孔隙体积，明显改善致密储层孔隙度。本区上、下石盒子组砂岩成分成熟度低，长石、岩屑含量高，粒内溶孔十分发育，属于中成岩A 1 ~A 2 期；太原组砂岩成分成熟度高，受碱性成岩环境影响 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] 发育少量石英粒内溶孔，属于中成岩B期至晚成岩阶段。 图7. 溶蚀作用与交代作用典型镜下特征 2、填隙物溶蚀 填隙物溶蚀包括碳酸盐、硅质等胶结物的溶蚀，以及粘土杂基的溶蚀。溶蚀强烈时镜下可见矿物颗粒边缘清晰，粒间杂基或胶结物基本不发育(图7-d~图7-f)。填隙物的溶蚀在本区太原组最为常见，中成岩B期至晚成岩阶段，有机质高成熟~过成熟，同时也是有机酸产生的高峰期 [ 18 ] ，这部分酸性流体进入储层后溶解铁方解石、铁白云石等碳酸盐胶结物以及绿泥石等粘土矿物，沟通了残余原生孔隙及孤立粒内溶孔，对储集性能和疏导能力的改善起到了关键性作用。 4.2.4. 交代作用 研究区交代作用主要发育在下石盒子组与太原组，主要类型包括粘土矿物交代长石、碳酸盐交代碎屑颗粒等。其中粘土矿物主要为高岭石、伊利石、绢云母等。镜下可见粘土或碳酸盐矿物与被交代颗粒相互穿插，难以分辨(图7-g~图7-i)。交代作用往往与胶结作用相伴生出现，对孔渗保存不利，但单一的交代作用一般对储集性能影响不大。 4.3. 致密砂岩储层形成的主控因素 研究区上古生界致密砂岩储层受多种因素共同控制：1、沉积体系为大面积砂岩储层发育奠定基础。沉积体系宏观上控制了砂体大面积发育，纵向上相互叠置，同时微观上沉积作用控制了砂岩粒度、分选、磨圆、矿物含量等结构成熟度与成分成熟度，也为后期成岩作用改造奠定了基础；2、压实作用和胶结作用导致储层致密化，研究区最大古埋深介于3500~4200 m之间(早白垩世末期)，强烈压实作用破坏了大部分原始孔隙，同时后期多种胶结物类型堵塞了粒间孔甚至次生孔，值得注意的是，也存在部分胶结作用比如早期绿泥石胶结、碳酸盐胶结等对孔隙的保存起到一定保护作用；3、溶蚀作用是优质储层形成的关键。通过研究发现，次生孔隙是研究区致密砂岩储层最重要的孔隙类型之一，通过薄片、X衍射等岩石学特征分析，研究区砂岩含有较丰富的长石颗粒及多种岩浆岩岩屑、变质岩岩屑以及凝灰质岩屑等易溶组分，而太原组、本溪组海陆过度相煤系地层有机质以腐殖型为主，具有产生大量有机酸的条件，为上述不稳定矿物溶解提供了充分的酸性介质来源。因此，以成岩后期形成的各类次生溶孔(粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔)为主导，与残余原生孔共同组成研究区致密砂岩储层的储集空间。
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user: 5. 优质储集层形成与分布 近年来的勘探开发实践表明，XE气田致密砂岩储集层纵向上层位分布多，平面上多层系叠合连片。不同层位储集层特征差异明显：例如研究区上石盒子组盒2段主要发育三角洲前缘分流河道、河口坝砂体，埋深较浅，是研究区最典型的优质储层之一：XE-259井盒2段钻遇8.4 m浅灰色长石岩屑中砂岩，孔隙度14.1%，渗透率3.4 mD，镜下薄片显示残余原生孔十分发育，面孔率在12%以上，该层经测试获得16.8 × 10 4 m 3 /d工业气流；研究区另一典型优质储层位于太原组太2段，主要发育潮汐水道、障壁砂坝砂体，埋深较深，溶蚀作用强烈，次生溶孔十分发育。如XE-272井太2段发育10.4 m浅灰色石英粗砂岩，孔隙度10.3%，渗透率0.34 mD，薄片观察显示石英溶蚀作用强烈(图7-c)，发育大量粒间溶孔，该层测试获得13.27 × 10 4 m 3 /d工业气流。
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user: 6. 结论 1) XE气田上古生界上石盒子组、下石盒子组发育浅水三角洲沉积，砂岩岩性以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩、长石砂岩为主，太原组发育障壁海岸潮坪沉积，砂岩长石、岩屑含量较低，以石英砂岩、岩屑石英砂岩为主。 2) 孔隙类型以残余原生孔、粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔为主，受岩性及成岩阶段控制，不同层位储层的主要孔隙类型存在一定差异：上石盒子组以残余原生孔为主，下石盒子组以粒内溶孔为主，太原组以粒间溶孔为主。微观孔隙结构决定了储集层的渗流能力，通过多参数统计分析定量表征储集层孔喉结构，研究区储集层表现为渗透率与排驱压力呈负相关、与中值半径、最大孔隙半径呈正相关。 3) XE气田致密砂岩储层的主控因素分析表明：浅水三角洲、障壁海岸潮坪等沉积环境为大面积储层发育奠定了基础，压实、胶结作用使得大部分储层致密化，同时后期溶蚀作用是改善致密储集层的关键，储层中长石、岩屑等不稳定矿物以及碳酸盐胶结物溶蚀，形成了各类次生溶孔，大幅改善了致密储层的储集性能。
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user: 摘 要 采用不完全混凝工艺对装备制造在线使用乳化液进行修复，筛选出最佳的工艺反应条件。结果表明，最佳效果为以PAC为混凝剂，PAM为助凝剂，每50 mL乳化液添加0.15 mL PAC和0.05 mL PAM，为最佳混凝修复条件。经该工艺修复后的乳化液消泡性、防锈性、防腐性、稳定性、过滤性能等指标满足GB6144-2010要求以及乳化液使用标准。 关键词 :乳化液，不完全混凝，净化修复 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 乳化液在金属加工过程中使用广泛，主要通过冷却、润滑、清洗和防锈等作用改善工件表面质量，提高加工精度，延长刀具寿命，提高工件表面的防蚀能力 [ 1 ] 。乳化液的冷却、润滑、清洗和防锈等功能的失效由不同的原因造成 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。其失效后的废液一旦不经处理排放将会严重污染环境。乳化液处理难度大，针对它的研究从未停止。美国马斯达化学公司在70年代首创了水基乳化液净化再生概念，现已反复提炼为冷却液管理的“量体裁衣程序”。俄罗斯研制出一种以破碎悬浮物个体粒径大小为净化方法的乳化液净化处理装置。他们以转子–定子系统为基础，根据流动乳化液在通过变截面的孔时具有较大压力降和速度梯度声空现象的原理，在装置运行一段时间后能将乳化液中微粒粒径破碎到0.8~1.2 μm [ 5 ] 。德国HKS (海克斯)技术有限公司研制出用离心力液体中的颗粒的沉降速度加速到两千五百倍的新型离心分离设备。在如此高速离心作用下，即使微米级颗粒也能有效分离出来，在不同的液体和不同的流速下，1~3 μm级的颗粒也能被分离 [ 6 ] ，从而获得高纯净度的液体。 武钢研制出一套磁滤乳化液装置，用该装置去除轧钢过程所使用乳化液中含铁悬浮物，原水铁份含量达400 mg/L，经过该装置的磁滤作用后乳化液铁份含量低于70 mg/L。从颜色上看，净化前的乳化液的“泥浆水”变成了净化后的乳白色 [ 7 ] 。 本文对乳化液再生工艺流程装置的加药量和循环时间等方面进行研究，实验结果将为乳化液净化修复循环工艺的研究提供参考。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验用乳化液指标 实验用乳化液：大连某汽车零部件企业乳化液，其指标如表1所示下： 2.2. 实验指标及检测分析方法 本次实验的实验指标及检测分析方法如表2所示： 2.3. 仪器与试剂 主要仪器：100 mL烧杯、玻璃棒、胶头滴管、1 L烧杯、1 L容量瓶、50 mL比色管、移液管、消解罐、锥形瓶、铁架台、酸式滴定管、漏斗、电子天平、定性滤纸、PHS-3C型pH仪、DDS-11A数显电导率仪、DHG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱、KDB-ⅢCOD微波消解仪。 Table 1 The experimental emulsion inde pH值 电导率 (mS/cm) COD (mg/L) 细菌总数 (个/mL) 含油量 (mg/L) SS (mg/L) 过滤性能 (min) 9.15 3.46 54，900 7.4 × 10 6 528 890 —— 表1. 实验用乳化液指标 Table 2 The experimental indexes and methods of detection and analysi 分析指标 Analysis index 测定方法 Determination method pH 电导率(μS∙cm −1 ) COD (mg∙L −1 ) 细菌总数(个∙mL −1 ) 含油量(mg∙L −1 ) SS (mg∙L −1 ) 过滤性能(mL∙min −1 ) 乳化液性能指标 PHS-3C型pH仪 DDS-11A数显电导率仪 重铬酸钾法 平皿计数法 紫外分光光度法 重量法 —— GB6144-2010 表2. 实验指标及检测分析方法 试剂：重铬酸钾、硫酸-硫酸银、试亚铁灵指示剂(均为分析纯)；阴离子PAM聚丙烯酰胺(浓度：0.1%、1 mg∙mL −1 )、PAC聚合氯化铝(浓度：1%、10 mg∙mL −1 )，工业品。
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user: 4. 结论 1) 确定了不完全混凝过程中混凝剂的最佳投药量：以PAC为混凝剂、PAM为助凝剂，每50 mL乳化液分别添加0.15 mL PAC和0.05 mL PAM。不完全混凝修复乳化液是一种可行办法，对悬浮物SS去除率可达80%以上，COD去除率维持在10%以内，主要去除为细小颗粒物与杂油贡献的COD，乳化液有效成分得以保持。 2) 修复后的乳化液的防锈性、腐蚀性、消泡性均符合乳化液使用要求，可以继续循环使用，性能满足GB6144-85标准。 3) 净化装置运行参数：溶气压力维持在净化乳化液流量为300 L∙h −1 ，气液混合泵内循环乳化液流量为500 L∙h −1 ，循环周期2小时可达到净化目的。
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user: 摘 要 贝尔凹陷属于海拉尔盆地的重要组成部分。其中伊敏组为区内主要找矿目的层，以湖沼相沉积为主，自下而上分为三段。其中伊敏组一、二段为泥、砂互层，不属于典型的“泥–砂–泥”结构的沉积建造，基本不具备铀矿成矿条件；而伊敏组三段顶板为新近系呼查山组泥岩，底板为伊敏组二段的泥岩，具备了稳定的“泥–砂–泥”结构，为铀成矿提供了良好的顶底板泥岩隔水层。通过对伊敏组三段取样并化验分析，表明沉积物分选一般，这与区内短物源，粗碎屑的特点关系较为密切。通过大量岩心编录，结合测井及分析化验资料，研究表明，贝尔凹陷下白垩统发育的沉积体系类型有冲积扇体系、扇三角洲体系、辫状河三角洲体系、曲流三角洲体系、湖泊体系和湖底扇体系。 关键词 :贝尔凹陷，伊敏组，砂体，沉积特征 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 海拉尔盆地是我国北方重要的中新生代盆地，是松辽外围盆地中最大的一个含油气盆地，同时也属于外乌拉尔–蒙古地浸砂岩型铀成矿域的组成部分 [ 1 ] 。随着油气勘探开发工作的不断深入，海拉尔盆地目前已经积累了丰富的二维、三维地震反射资料和钻井岩心、测井资料，在地层、构造–沉积演化等方面取得了许多重要的进展 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。近几年在该凹陷带的铀矿勘查取得了新成绩 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。本文利用该区已施工钻孔数据，浅析贝尔凹陷伊敏组地层、砂体及沉积相特征，以期对贝尔凹陷铀矿预测及勘查提供指导作用。
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user: 2. 区域地质概况 海拉尔盆地位于内蒙古自治区呼伦贝尔盟西南部，其南段深入到蒙古人民共和国境内，盆地总面积约70，480平方公里，在我国境内面具约40，550平方公里，海拉尔盆地属于中亚–蒙古古生代地槽褶皱系的一部分(I级构造单元)，其大地构造位置处于兴蒙华力西地槽褶皱系(II级构造单元)与额尔古纳–乔巴山前寒武纪地块(II级构造单元)的接壤部位(图1)，是在燕山运动形成引张裂陷、得尔布干断裂走向滑动基础上形成的多旋回、叠合式、断陷–坳陷的中新生代内陆型盆地(III级构造单元) [ 8 ] [ 9 ] 。 盆地可划分五个IV级构造单元，即扎赉诺尔坳陷、嵯岗隆起、贝尔湖坳陷、巴彦山隆起及呼和湖坳陷等两个隆起、三个坳陷，包括18个断(凹)陷、7个凸起(图2)。其中，贝尔凹陷属于贝尔湖坳陷内的二级构造单元。贝尔凹陷受北东向和北东东向断层控制而呈北东向展布。 图1. 海拉尔盆地大地构造位置图 图2. 海拉尔盆地构造单元划分示意图 图3. 海拉尔盆地地层结构图
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user: 3. 地层特征 贝尔凹陷基底由前古生界深变质岩系、古生届浅变质岩系、未变质岩系及岩浆岩组成，属富铀基底 [ 10 ] 。沉积盖层由下白垩统铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组、伊敏组和上白垩统青元岗组、新近系呼查山组及第四系组成(图3)。其中伊敏组为区内主要找矿目的层。 伊敏组以湖沼相沉积为主，层厚340~1450 m，自下而上分三段： 伊敏组一段以河流—湖相沉积为主，岩性以灰色、深灰色、黑灰色泥岩，灰白色中细砂岩，粉砂岩不等厚互层，夹煤层，厚度130~550 m。 伊敏组二段以冲积扇，湖相为主，岩性为灰，深灰色泥岩为主夹薄层砂岩，煤层发育，厚度210~440 m。 伊敏组三段为盆地萎缩阶段的湖沼相沉积分布于海拉尔盆地乌尔逊断陷南部，其它地区往往顶部不全。岩性为灰绿色泥岩，厚层粉砂、细砂岩夹可采煤层及砂砾岩，厚0~478 m。
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user: 4. 砂体特征 砂体初步定义为：由在空间上连续的各种砂岩(细砂岩、中砂岩、粗砂岩)、含砾砂岩及细砾岩相互叠置而成，具有一定的内部结构和外部形态，横向上延伸稳定，厚度 > 5 m的碎屑岩集合体 [ 1 ] 。 砂体的存在是砂岩型铀矿成矿的先决条件 [ 11 ] ，且砂岩型铀矿的形成主要取决于砂体的特征，不同的砂体对于铀成矿的作用有不同的差异。对于板状或卷状铀矿体，赋矿砂体必须具备上、下隔挡层；即砂体要有较好的泛连通性、渗透性和成层性，以及具有能产生氧化—还原作用的地球化学障 [ 11 ] 。而伊敏一、二段为泥、砂互层，不属于典型的“泥–砂–泥”结构的沉积建造。基本不具备铀矿成矿条件。 通常因环境的不同，砂体表现的地球化学特征有所差异。后生改造的氧化砂体是铀成矿的载体，提供成矿所必须的铀源，而灰色还原性砂体为铀成矿体会有利的赋存环境。 图4. 贝尔凹陷伊敏组三段砂体厚度等值线图 贝尔凹陷的目的层为下白垩统伊敏组三段的辫状河相砂体。岩性为细砂岩、中砂岩、砂质砾岩，砾石主要为石英砾、长石砾、火山岩砾，砾径较小，一般为2~5 mm。砂体厚度20~120 m，砂体分布范围广泛，整体呈北东向展布。且具有凹陷中心较厚，向两侧逐渐递减的趋势(图4)。贝尔凹陷下白垩统伊敏 Table 1 Formation structure table of Beier lake depressio 统 组 段 厚度(m) 沉积相 岩性 第四系 松散砂砾 新近系上新统 呼查山组 灰色、灰绿色泥岩 上白垩统 青元岗组 55~350 洪泛平原 紫红色泥岩 下白垩统 伊敏组 三段 0~180 辫状河 灰色砂岩夹灰绿色泥岩 二段 50~150 扇三角洲相 灰、灰绿色泥岩、泥质细砂岩、细砂岩 一段 90~120 滨浅湖 灰、灰绿色泥岩 表1. 贝尔湖坳陷地层结构表 图5. 伊敏组三段辫状河相粒度分析统计及参数 组三段砂体为近源沉积砂体，因此砂体具有粒度为中等–粗，分选性中等–差，磨圆度中等–差，砂体中有机质含量较低的特征。另一方面，下白垩统伊敏组三段顶板为新近系呼查山组发育的紫红色泥岩，底板为伊敏组二段的灰色、灰绿色泥岩(表1)，具备了稳定的“泥–砂–泥”结构，为铀成矿提供了良好的顶底板泥岩隔水层。 因此，贝尔凹陷对铀矿的勘查方向应重点集中在伊敏组三段。 与此同时，贝尔凹陷伊敏组三段砂体粒度中等–粗，分选及磨圆度中等–差，砂体纯净，有机质含 图6. 贝尔湖坳陷南部早白垩世伊敏晚期岩性－岩相图 量较低，在含铀含氧水迁移过程中对铀元素的吸附能力较低，影响了铀矿化的品位。 通过取样并化验分析，伊敏组三段辫状河相概率累积曲线呈二段式，由滚动总体及跳跃总体组成。其中，滚动总体为主要组成部分，岩性以中、粗砂岩、砂质砾岩为主，占60%~87%；跳跃总体占10%~40%，岩性为中细砂岩、粉砂岩；多数标准偏差σ > 1.0；多数偏度SKI < 0.25；多数峰度KG > 1.0 (图5)。上述特征说明沉积物分选一般，这与区内短物源，粗碎屑的特点关系较为密切。
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user: 5. 沉积相特征 贝尔凹陷早白垩世的沉积充填演化经历了从初始裂陷冲积–火山岩盆地充填、早期裂陷冲积河流–浅湖盆、中期裂陷浅湖–半深湖和深湖盆地充填到断坳期开阔浅湖–半深湖、坳陷期开阔浅湖盆地的沉积演化 [ 12 ] 。通过大量岩心编录，结合测井及分析化验资料，综合分析表明，贝尔凹陷下白垩统发育的沉积体系类型有冲积扇体系、扇三角洲体系、辫状河三角洲体系、曲流三角洲体系、湖泊体系和湖底扇体系 [ 12 ] 。 贝尔湖坳陷在目的层伊敏组三段沉积时期处于“断–坳”转换阶段，湖盆萎缩，湖水后退。因此，沿各次级凹陷的长轴方向发育冲积扇–辫状河相沉积，并逐渐过渡为辫状河三角洲–滨浅湖相沉积。 贝尔凹陷以辫状河相沉积为主，发育于凹陷中心，而冲积扇相则沿凹陷两侧的蚀源区发育，规模较小，且多被剥蚀殆尽(图6)。
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user: 6. 结论 1) 贝尔凹陷下白垩统发育的沉积体系类型有冲积扇体系、扇三角洲体系、辫状河三角洲体系、曲流三角洲体系、湖泊体系和湖底扇体系。 2) 伊敏组一段，伊敏组二段为滨浅湖相及扇三角洲相的泥岩，泥质细砂岩不利于铀矿体形成。 3) 贝尔凹陷伊敏组铀成矿有利部位为伊敏组三段辫状河性砂体，具备了稳定的“泥–砂–泥”结构，为铀成矿提供了良好的顶底板泥岩隔水层，为贝尔凹陷铀矿成矿有利层位。
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user: 摘 要 本文采用分子动力学模拟方法研究了在拉伸载荷下，孪晶界和温度对纳米多晶铁力学性能的影响。研究结果表明：杨氏模量随着孪晶厚度的增大而增大；在温度为10 K或300 K下，当孪晶厚度小于临界尺寸时，峰值应力都随着孪晶厚度的增大而增大，表现出反常的Hall-Petch的现象，当孪晶厚度大于临界尺寸时，峰值应力随着孪晶厚度的增大而减小，表现出Hall-Petch的现象；温度为10 K时的临界值明显低于温度为300 K的临界值，这说明温度的变化影响着临界值；模型中的孪晶界上由于应力的集中，使得孪晶界成为萌生变形孪晶的源，促进了塑性变形，这是孪晶界对于纳米多晶铁弱化的主要原因。此外，也观察到裂纹的成核、孪晶界迁移和退孪晶的现象。 关键词 :分子动力学模拟，孪晶厚度，温度，力学性能 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 纳米金属由于其独特的机械性能而被广泛研究，大量的实验和分子动力学(MD)模拟研究表明纳米金属材料是一种具有高强度和高延展性的超塑性材料 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。由于晶界对于纳米材料的性能有显著的影响，而孪晶界作为一种共格晶界被引入在材料中，可以使材料表现出良好的力学稳定性和热稳定性。基于此，学者们已经对其展开了广泛的研究 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] ，旨在揭示孪晶界对纳米金属材料变形机制的影响。 然而，用实验的方法分析原子间的相互作用存在着极大的挑战，而分子动力学模拟能够轻易追踪原子详细的运动轨迹，它能够分析位错滑移、晶界滑移等变形机制来解释实验结果。所以人们通过分子动力学开展了大量的相关研究的工作 [ 11 ] 。孙等人 [ 12 ] 利用MD模拟研究了孪晶厚度(TBS)对孪晶银纳米线的力学性能影响，结果表明：当TBS的倒数小于0.2 nm − 1 时，位错在孪晶界上成核，此时孪晶界对材料起到弱化作用；当TBS的倒数大于0.2 nm −1 时，孪晶界阻碍位错的运动，此时孪晶界起到强化作用。Sun等人 [ 13 ] 研究了孪晶厚度对铜纳米线拉伸失效行为的影响，其研究表明：当孪晶界间距变化时，孪晶铜纳米线经历了三种不同的失效模式，其中包括韧性断裂、脆性断裂和韧脆转变。这取决于纳米线的长度，短的孪晶纳米线表现为韧性断裂，中间长度的表现为韧脆转变过程，长的表现为脆性断裂。Guo等人 [ 14 ] 基于分子动力学的方法研究孪晶界对金纳米线的影响时发现：随着孪晶间距的降低，发生了软化到强化的转变。虽然人们对于纳米孪晶材料做了大量的研究，但是纳米孪晶金属材料的微观变形机制仍不清晰。此外，当前关于纳米孪晶金属材料力学性能的研究主要针对于面心立方(fcc)结构，比如Cu、Ag、Ni等，关于体心立方(bcc)结构纳米孪晶金属力学性能的研究仍旧困乏 [ 15 ] ，对于纳米孪晶bcc结构金属材料变形机制的认识尚不完善，许多现象还缺少详细的解释。 为了进一步研究纳米孪晶bcc结构金属材料的变形机制，本文采用分子动力学方法研究带有孪晶结构的纳米多晶铁在拉伸载荷下的力学性能，主要讨论了孪晶界和温度对纳米多晶铁变形机理的影响，旨在揭示其微观的变形机制。
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user: 2. 建模与模拟 本文通过Voronoi方法构建了6个纳米多晶铁模型，其中包括1个不含孪晶界的模型和5个包含不同TBS孪晶界的模型。TBS分别为0.903 nm、1.66 nm、2.58 nm、3.54 nm和4.31 nm。每个纳米多晶铁模型都包含4个晶粒取向随机选取的二维柱状六边形晶粒，其晶粒尺寸为9.7 nm。坐标系采用x-[ 110 ]，y-[ 10]，z-[ 001 ]，模型的尺寸在X、Y和Z方向上分别为2.0 nm、15.6 nm和21.7 nm，原子总数大约为57，000个。图1 给出了纳米多晶铁的原子结构图，图中蓝色原子代表bcc结构，绿色原子代表fcc结构，白色原子则表示位错或者晶界等其他类型原子。本文选取的晶格常数为0.28553 nm [ 16 ] 。 在分子动力学模拟中，势函数的选取是至关重要的，因为其直接决定了模拟的结果的真实性和准确性。本文采用Ackland等人 [ 17 ] 发展的EAM势函数，这个势函数已经被证明能正确描述原子间的相互作用。系统的势能表示为： U = ∑ i F i [ ∑ j ϕ ( r i j ) ] + ∑ i j V ( r i j ) 式中U表示材料的总能量， F i 为局部电子密度能量， ∑ j ϕ ( r i j ) 为其它原子的核外电子在原子 处产生的电子云密度之和， V ( r i j ) 为两原子之间的对势函数， r i j 为两原子之间的距离。 本文的模拟算法采用Verlet蛙跳法，它运用体系在 时刻的位置和加速度以及 t − δ t 时刻的位置，计算出 t + δ t 时刻的位置。该算法使用简单且占内存少，是分子动力学中最简单的算法。为了便于分析施加拉伸载荷后模型的结构变化，本文采用公共近邻分析方法(CNA) [ 18 ] 对原子进行着色，这些都是在可视化 图1. 纳米多晶铁初始模型原子结构图 工具OVITO [ 19 ] 软件进行观测的。 本文研究了在300 K和10 K温度下，不同TBS的孪晶界对于纳米多晶铁的变形机制的影响。采用自主编制的C语言程序，在NPT系综下，先对初始模型进行15，000步的弛豫，使之能量最小化并且达到平衡状态；接着在X和Y方向保持零压的情况下，在Z方向上施加0.001的拉伸应变，然后系统弛豫300步以释放多余的应力使之回到平衡态。重复对模型施加位移载荷、弛豫，使之处于准静态受力状态。在这一过程中，模型的三个方向都采用周期性边界条件，时间步长为1 fs。