风化花岗岩孔隙分形特性及孔隙结构的跨尺度研究

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风化花岗岩 /MetaGeo

APA 格式引文：

Zhao, K., Chen, J., Wu, J., Yan, Y., Huang, Q., Nie, Q., & Xiao, W. (2023). Cross-scale study of pore fractal characteristics and the pore structure of weathered granite. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 57(1). https://doi.org/10.1144/qjegh2023-075

研究亮点

●多尺度孔隙特性分析：研究了风化花岗岩中孔隙的分形特性和孔结构，通过核磁共振（NMR）技术测试风化花岗岩的孔结构，并结合T2谱弛豫时间和分形理论探究了风化花岗岩的孔分布特性。

●微观结构监测：利用扫描电子显微镜（SEM）监测了易受风化影响的花岗岩的微观结构，发现风化花岗岩的微结构主要为片状和壳状，具有良好的连通性，导致风化花岗岩整体结构较差。

●孔隙分类及特点：结果表明，根据孔径分布特性，可以将孔隙分为小、中、大三类。与未风化花岗岩相比，风化花岗岩中小孔喉的数量显著增多，而中大孔喉的数量减少。

●孔隙分形特征：研究发现，风化花岗岩在中孔和大孔中具有分形特征。风化条件下，孔隙扩展成微裂缝和微孔。

摘要：花岗岩风化会导致其破碎和力学性能的弱化，以及矿物组成的变化。为了研究花岗岩风化效应与其微观及细观尺度孔结构特征的相关性，采用核磁共振（NMR）技术测试了风化花岗岩的孔结构。结合T2谱弛豫时间和分形理论探究了风化花岗岩的孔分布特性。使用扫描电子显微镜（SEM）监测了易受风化影响的花岗岩微观结构。

结果显示，基于孔径分布特征，孔隙可分为小、中、大三类。与未风化花岗岩相比，风化花岗岩中小孔喉数量显著增多，而中大孔喉数量减少，这些孔喉在风化条件下扩展成微裂缝和微孔。风化花岗岩的微观结构主要表现为片状和壳状，具有良好的连通性，导致其整体结构较差。

背景：花岗岩风化对其微观和细观孔隙结构特征构成影响。风化过程导致花岗岩的矿物组成、结构和力学性质发生变化，尤其是孔隙特性，对岩石的力学行为有重要影响。

方法：本研究通过核磁共振（NMR）技术和扫描电子显微镜（SEM）对风化花岗岩的孔隙结构进行了测试。利用NMR技术分析了T2谱弛豫时间和孔隙分布，同时应用分形理论探讨了孔隙的分布特性。

结果：研究结果表明，风化花岗岩的孔隙可以根据孔径分布特性分为小、中、大三类。与未风化花岗岩相比，风化花岗岩中小孔喉数量显著增加，中大孔喉数量减少。风化花岗岩的微观结构主要呈片状和壳状，具有良好的连通性，但整体结构较差。

结论：风化花岗岩的微观孔隙结构以小孔为主，孔隙特征对其力学性质产生显著影响。风化过程中，孔隙的数量增加，孔隙的分布和连通性变化，从而影响花岗岩的力学性能。本研究对理解风化花岗岩的孔隙演化机制及其对岩石力学性能的影响具有重要意义。

图文赏析：

图. 试验装置和样品示意图。

图. 未风化和风化花岗岩的SEM图像：（a-1）和（b-1）×500图像； (a-2)和(b-2)×2000图像； (a-3) 和 (b-3) ×5000 图像。 (a-1)~(a-3)为风化花岗岩； (b-1)–(b-3)为未风化花岗岩。

要点问答
Questions & Answers

█ 花岗岩风化对其微观和细观孔隙结构特征产生了哪些影响？

花岗岩风化导致其微观和细观孔隙结构发生显著变化。具体而言，风化花岗岩中小孔喉数量显著增加，而中大孔喉数量减少，这些孔喉在风化条件下扩展成微裂缝和微孔。风化花岗岩的微结构主要表现为片状和壳状，具有良好的连通性，但整体结构较差。

█ 使用核磁共振（NMR）技术和扫描电子显微镜（SEM）对风化花岗岩孔隙的分析结果有何重要性？

通过NMR技术和SEM对风化花岗岩孔隙进行分析，能够详细揭示其孔隙分布和孔隙大小的变化。这些分析结果有助于理解风化过程中花岗岩孔隙结构的演变，以及这些变化如何影响花岗岩的力学性能。特别是，NMR技术能够揭示孔隙分布的分形特征，为理解孔隙结构的复杂性提供了重要信息。

█ 风化花岗岩的孔隙特征对其力学性能有何影响？

风化花岗岩中孔隙特征的变化对其力学性能产生了显著影响。孔隙数量的增加和孔隙分布的变化导致花岗岩的整体结构变得松散，从而降低了其承载能力和变形能力。这些孔隙特征的变化是由于风化作用引起的，其中小孔隙的增多尤其关键，因为它们在花岗岩的微观结构中占主导地位。

来源：现代石油人

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首次发布时间：2024-05-07