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《南京大学》 2015年
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断裂裂隙中的水岩化学作用及其水文地质意义

程梦林  
【摘要】:核废料深地质处置、CO2地质封存、干热岩开发等重大项目中,水岩相互作用(WRI)对地质环境的演化都具有显著的影响,也是温度-渗流-应力-化学(THMC)多场耦合的重要方面。水岩化学作用是前述领域相关研究的热点也是难点。本文以核废料处置项目为背景,对断裂带这一特殊地质构造单元中的水岩化学作用及裂隙充填物等相关产物进行研究,具有重要的研究价值和工程意义。基于化学动力学理论,设计并开展了水岩反应模拟试验,并分析了各主要因素的影响。研究表明,反应速率与温度明显正相关,pH值和流速条件对反应的影响非简单线性关系。通过显微观察和XRD矿物鉴定,研究了水岩化学作用相关产物—裂隙充填物的地球化学特征及充填裂隙的微观形态。充填裂隙可划分成5种充填类型,概化出了充填裂隙的孔隙裂隙复合介质特征模型及其微观渗透特征。结合XRF技术,研究了断层核部岩样的化学风化指标变化率和显微综合风化指标Ip值的变化规律,提出一种较为直观简单的化学指标参数元素淋溶率Cm,表征不同深度样品的化学风化程度,Cm值随取样深度呈显著的线性关系。通过原位压水试验得出了单裂隙结构面的渗透系数,对比试验结果表明,充填裂隙结构面渗透系数(10-10~10-8m/s)和无充填裂隙结构面渗透系数(10-8~10-5m/s),充填物的存在可使裂隙渗透性降低最多达5个数量级。断裂各构造单元渗透系数从核部向围岩大致呈现指数下降规律,渗透系数值在5.3×10-9~2.2×10-6m/s 之间。断裂带各构造单元渗透性与次生矿物比和利用三维形貌扫描并计算得到的对应构造单元新鲜和经水岩反应的裂隙面JRC差值(0.27~14.29)有一定相关性。通过上述研究,探讨了断裂裂隙中的水岩化学作用机制、影响因素、宏观效应,也是现期相关地球化学信息在断裂带水文地质特征研究方面的应用。同时,该研究也可为断裂带地质环境演化趋势的预测提供参考。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P641

【参考文献】
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