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武漢巖土所珊瑚礁灰?guī)r孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)量化表征研究取得進(jìn)展
珊瑚礁是造礁石珊瑚群體死亡后，其殘骸經(jīng)過漫長的地質(zhì)作用形成的巖土體，具有明顯的二元沉積結(jié)構(gòu)，上部為松散的珊瑚礁砂，下部為礁灰?guī)r。作為珊瑚礁主體的礁灰?guī)r，具有明顯區(qū)別于常規(guī)陸源巖體的成巖作用類型。該成巖作用以生物化學(xué)膠結(jié)、重力壓密及后期的冷變質(zhì)作用為主，而陸源巖石是以高溫、高壓成巖作用為主，因此珊瑚礁巖體以多孔、低強(qiáng)度、脆性為特征，具有明顯的地貌差異性和沉積分帶性。
礁灰?guī)r作為多孔介質(zhì)，其賦水及滲透特性也不同于常規(guī)陸源巖石。對于基質(zhì)堅硬且致密的陸源巖石，其巖塊中雖含有細(xì)小的孔隙，但與裂隙的導(dǎo)水能力相比，孔隙網(wǎng)絡(luò)的滲透性微弱，因此對于該種類型的巖石，裂隙網(wǎng)絡(luò)是其主要滲流通道。而對于礁灰?guī)r類的多孔介質(zhì)巖石，孔隙網(wǎng)絡(luò)是不可忽視的流體賦存及流動空間。
項目基于X射線顯微CT掃描技術(shù)，對某島礁海相生物成因的礁灰?guī)r的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行微觀表征研究，并與陸源河流相沉積砂巖對比。借助最大球算法，建立三維重構(gòu)模型表征單元體的空間孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，對孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明礁灰?guī)r相比于砂巖，孔隙結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的不均勻性，逐層面孔隙大、逐層面孔隙率波動幅值高。礁灰?guī)r中的孔隙以中孔（0.0625mm-4mm）為主，中孔占比均大于85%。礁灰?guī)r的孔隙及喉道均為偏三角形的不規(guī)則形態(tài)，巖芯的結(jié)構(gòu)類型和孔隙率對孔隙及喉道形狀的影響較小。表征單元體中孔隙體積平均值高于喉道體積平均值一個數(shù)量級。不同類型礁灰?guī)r的孔喉尺寸的頻率分布差異較大。礁灰?guī)r孔隙平均配位數(shù)為1。項目定量研究獲得的礁灰?guī)r微觀孔隙結(jié)構(gòu)可為分析礁灰?guī)r的滲透性和組構(gòu)的沉積演化提供理論基礎(chǔ)。
研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃（2021YFC3100604）、國家自然科學(xué)基金（41877271、42107202）以及湖北省自然科學(xué)基金（2020CFB243）共同資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.3390/app12052611
圖1 珊瑚礁灰?guī)r及砂巖測試樣品
圖2 表征單元體三維重構(gòu)（REV）
圖3 表征單元體及其孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型
圖4 表征單元體孔隙及喉道相關(guān)參數(shù)頻率分布
（文/圖 海洋與環(huán)境巖土工程研究中心）