分析和估算导热沉积岩的矿物成分和孔隙财产

文摘

在这项研究中,热导率128年岩石样本位于熊国安新地区和塔里木盆地使用光学扫描测量方法和瞬态平面来源。熊安新区样品的热导率的范围从1.14到6.69 W / (m·K)的平均热导率白云石和砂岩和 ,分别。在塔里木盆地砂岩样品热导率从1.21到3.56 W / (m·K)的平均值。研究结果可以为地热学的研究提供有用的参考数据和石油地质学。计算校正和被水浸透的收购进行了原位测量岩石热导率,和良好的被发现之间的一致性。压实成岩作用提高散装沉积岩的热导率,尤其是砂岩,通过减少岩石孔隙度和矿物颗粒大小。最后,提出了修正因子对矿物颗粒纠正intergrain接触热阻和晶体未受损伤的程度,和一个优化采用公式计算沉积岩的导热系数基于岩石结构和矿物成分。

1。介绍

导热系数直接描述岩石的导热能力,扮演着一个重要的角色在当前热条件包括表面热流,地热场的分布,深层热结构和热模拟,也是一个重要的参数等工程项目建设的高放射性核废料存储库,埋地源热泵换热器,隧道建设和石油、天然气和地热能源勘探(1- - - - - -8]。直到最近,它仍然缺乏完成测量方法原位热导率,所以laboratory-measured结果被用来改正。几个因素,如矿物成分、结构、孔隙度、水分、温度和压力影响岩石热导率(7,9,10]。因此,它是至关重要的理解每个因素在热导率的调查。

岩石样本用于测量热导率是熊国安的新地区和塔里木盆地。这两个采样领域有不同的地质条件。熊安新区属于裂谷盆地背景和塔里木盆地属于克拉通盆地背景。在以前的工作中,我们的研究小组做了很多研究在这两个领域11- - - - - -13),和相应的支持项目允许作者获得核心样本。通过研究样品的特性测量从两个不同的区域,它可以帮助避免区域的影响因素来自同一地区,找到共同的法律适用于大多数情况下。

位于渤海湾盆地西北华北克拉通在中东,熊古兰经的新领域,丰富的地热资源是地热能源研究的热点之一,利用在中国。它在地理上与北京和天津的城市,一个三角形,成立国家级新区于2017年由中国政府在政治和经济有着重要的意义。因为浅埋深、大存储,并完成回注率水库、地热资源的勘探和开发Xiong国安新领域已经取得了很大的进步,已建成为中国地热系统利用率的示范区。塔里木盆地位于中国西北地区是中国最大的含油气盆地。经历multiperiod构造运动,塔里木盆地存储大量的石油和天然气。丰富的天然气资源使其成为西气东输取得的主要来源区项目是中国政府设立的战略项目。在这两个领域获得的热导率可以作为重要的参考区域热流和今天的热状况的研究,而且,他们是热历史上不可忽视的参数仿真和地热、石油和天然气资源利用率。

有几个研究旨在开发导热系数估算方法基于不同的因素。伍德赛德和梅斯默14]研究了导热系数的变化合并基于岩石孔隙度、孔隙介质,和压力。他们发现两阶段几何平均数(矩阵和孔隙)同意与测量结果。Horai和Baldridge1519)估计热导率火成岩基于他们的矿物和化学成分。Pribnow和Umsonst16结晶岩石)建立了一个分层模型,研究结构和各向异性导热系数的影响。此外,Fjeldskaar et al。17)开发了一个模型来估计沉积岩的导热系数。他等。18)使用多个模型来估计土壤热导率。基于这些研究,可以得出结论,岩石的矿物成分和内部结构的主要影响因素是导热系数估计的结果。讨论之间的关系时导热系数的岩石和矿物组成,大多数以前的研究主要集中在火成岩和变质岩组成完整的晶体与简单的矿物成分比沉积岩与更复杂的成分和结构。

在这项研究中,128个样本不同的岩性,主要是在沉积岩,测量使用光学扫描(OS)方法和瞬态平面(TPS)技术来源。通过识别岩石的孔隙度和组成,结合评估方法,综合导热系数的影响因素进行了研究。

2。方法

有几种方法测量岩石热导率,如线热源、分栏、操作系统的方法,和TPS的方法(5,19- - - - - -21),后两种方法是常用的在实验室里。操作系统方法广泛应用在地质领域由于其快速测量和方便22,23]。TPS的方法用于确定各种材料的热特性,如金属、矿物和合金,广泛应用于工程和生产活动由于其精密度和准确度高(24- - - - - -26]。本研究采用操作系统和TPS方法有不同的工作程序和处理测量导热系数的方法。两种方法可以反复核对分析,确保数据的完整性,并确定如果是有区别的。通过比较两种方法的特点,有助于延长测试条件和提高热导率的测量效率和高质量。

2.1。光学扫描方法

操作系统方法已达到成熟由于波波夫(教授的努力4,20.),这种方法已经应用在热导率扫描仪(TCS)的精度±2%热导率范围0.20 -45 W / (m·K)。岩石样品表面的平面变化不得超过±0.5毫米在测量。核心要素由三个或四个温度传感器和一个热源。样品仍然在工作台面固定在测量。测试是由移动扫描单元,与前面的温度传感器记录的温度加热之前,中间热源加热样品,和后者温度传感器记录的最大加热后温度升高,如图1。

温度传感器和热源热量和记录多个样本排队端到端只要样品保持一致的距离和在整个测量过程中以同样的速度移动。关系表达式的示例的最高温度增加( )如下(20.]: 在哪里是样品的最高温度增加,是源动力,热源和传感器之间的距离,然后呢是样品的热导率。

如果标准样品的最大温度已知,岩石热导率可以获得如下(20.]: 在哪里和标准样品的热导率和最大温度升高,分别。

操作系统的方法已被广泛用于测量热导率、热扩散率、体积热容和给了高质量的测量。成千上万的标本,包括来自不同领域的不同岩石类型和矿物被光学扫描测量技术(4,27- - - - - -31日]。此外,这种方法已被用于研究深井科学在世界的许多地方27,32- - - - - -34]。

操作系统的方法有几个优点,如快速测量,方便运动,连续操作,无损检测过程。它还允许容易测量组件和确定各向异性导热系数。然而,它仍然具有一定的局限性。例如,测量结果容易受环境条件的影响,如风力或热量,这可能会改变在某种程度上的测量值。此外,吸收足够的热量,使样品样品表面必须涂成了黑色,这可能会导致不同的杂质。原则上,操作系统方法只应该是用来干燥样品,但是如果应用于饱和试验样本,从饱和蒸发样品在加热可能引起偏差如果水不是从岩石样品表面或选择加热功率太高了。

2.2。瞬态平面方法来源

TPS的方法可以同时测量导热系数、热扩散率、比热。它使用一个热盘热常数分析仪。仪器的核心部件是一个薄盘状与温度有关的传感器组成一个薄片双螺旋结构由内部导电镍蚀刻和双层聚酰亚胺薄膜保护层外,可以同时加热样品和记录温度,如图2。

仪器使用一个电阻温度计,温度动态变化反映样品中传感器的电阻变化。样品表面上的传感器是固定在一个标本夹在测试期间,和固定电源电流应用于传感器。增加温度传感器电阻变化( ),导致两端电压变化的传感器。有不同电压的变化由于不同热损失在不同样本。通过记录电压变化在一个有限的时期,岩石热物理的属性,如图3。的电气桥传感器显示如下(35]:

温度变化和电压之间的关系表达式可以表示如下: 在哪里传感器电阻在时间吗 , 是初始传感器电阻,最初的电流传感器,电阻串联的电阻,传感器,是传感器的电阻,是传感器电阻的温度系数,平均电压变化在时间吗 ,和的平均温度增加时间吗。和扮演重要角色在保持传感器电源稳定测量。

如果传感器的热源位于无限样品表面温度的变化增加传感器结合样本可以表示如下(35,36]: 在哪里和聚酰亚胺薄膜保护层的温度升高,样品表面,分别。

从的角度传感器的几何特征,也就是说,同心环源,平均气温上升空间可以定义如下37]: 在哪里传感器的输出功率,是样品热导率,是无量纲特定时间函数代表传感器几何特征(一个依赖于时间的方程是独立的大小),变量的积分吗 , 和和变量的数量不超过总环双螺旋结构,然后呢是零级修正贝塞尔函数。是一个函数不同 ,这是定义如下(37]: 在哪里具体时间根据传感器和样本的条件下,双螺旋结构的最外层半径,热扩散率。

只有顺利平面为使用TPS测量方法是可以接受的。此外,样品表面的内切圆直径必须大于4倍传感器半径和厚度必须不低于样品的半径。TPS仪器可以配备多个传感器,每个有不同的半径。测量精度是2% -1800 0.005 W / (m·K)范围内。

偏差在TPS方法测量发生主要是因为热传导方程是基于传感器表面上无限,因此不是阻止热量控制测量时间样本的边缘。有一个热样本和传感器之间的接触电阻,导致增加额外的200点温度;然而,删除这些初始点应该消除这种热接触电阻的影响。

有不同大小的传感器测量样本大小不同。和热磁盘有多个模块进行分析的各向异性和比热容和测量薄膜的板,粉,液体材料。TPS方法具有许多优点,如高测量精度和可重复性,简单的样品要求,无损测量能力和测量高温的能力。已经在工程领域用来测试各种材料,如金属、石头、陶瓷、粉末、薄膜,塑料,和液体(24,36,38- - - - - -40]。近年来,TPS已经进入了地质域。然而,它仍然是使用比操作系统的方法。TPS的方法被用于一些最近的研究。Di Sipio et al。41]讨论了使用热物理的必要参数建立地热模型TPS数据测量的方法。奥朗则布和Maqsood42)测量了橄榄铜矿在不同温度下的热导率研究他们的相互关系。李和梁43]分析了热导率影响因素的甲烷hydrate-bearing沉积物使用TPS的方法。

3所示。结果

,128年从熊国安新收集的样本地区和塔里木盆地位于中国北部和西北部,分别。取样位置如图4和5。熊国安的新领域,我们收集了96个样本来自34个钻孔深度700 - 6000米,包括太古代片麻岩和leptynite,中元古代白云岩的岩石,和下第三系砂岩和泥岩新第三纪。样本的塔里木盆地由32个砂岩获得来自13个钻孔在一个广阔的区域内的采样深度1120 - 6320米,覆盖主要从奥陶系白垩纪沉积层。

岩石样品的热导率测定在室温下使用操作系统和TPS方法(21°C)和正常的气氛。所有的样品都很完整。虽然导热系数是一种各向异性参数,对于许多沉积岩,测试差异引起的各向异性很小,接近测量精度(20.,44),因此这里不讨论沉积岩的各向异性。片麻岩的各向异性是明显的和不可忽视的20.),但本文旨在沉积岩的热特性,热导率的片麻岩主要用于增加热数据。

描述性的导热系数的结果如表所示1和图6。熊安新区样品的热导率的范围从1.14到6.69 W / (m·K)。白云岩岩石值的范围从1.44到6.69 W / (m·K),但主要分布在4.00 - -7.00 W / (m·K)的平均值 ( )。砂岩,导热系数结果的范围从1.00到3.00 W / (m·K)的平均值 ( )。Leptynites和片麻岩有相似的值在1.60 - -3.20 W / (m·K)的平均值 ( )和 ( ),分别。只有几个泥岩和角砾岩样本,前者和后者的最低和最高价值 ( )和 ( ),分别。塔里木盆地的砂岩范围1.00 - -4.00 W / (m·K)均匀的平均值 ( )。


区	岩石类型	样本数量	范围(W / (m·K))	[W / (m·K)]

熊国安新领域	白云石	57	1.44 - -6.69
	砂岩	16	1.14 - -2.69
	Leptynite	7	1.62 - -3.14
	片麻岩	9	1.67 - -3.05
	泥岩	4	1.23 - -2.22
	角砾岩	3	5.65 - -6.29

塔里木盆地	砂岩	32	1.21 - -3.56

数据7和8显示了不同深度的主要岩石的热导率。岩石的熊国安新领域,砂岩热导率的增加显然与深度。然而,这种趋势不是出现在白云岩的岩石,显示几乎没有任何变化与深度。没有明显的深度之间的关系和其他岩石热导率的熊国安新领域由于样本的数量较少。在塔里木盆地砂岩热导率略有增加深度。

4所示。讨论

4.1。操作系统和TPS的反复核对

OS和TPS的方法都有自己独特的特征测量导热系数(表2),已经成功地实现测量。在比较这两种方法,TPS方法能够测量材料和更小的尺寸比操作系统的方法,和TPS可以直接获得比热容通过调整特殊模块。应该进行操作系统方法在一个封闭的空间,因为它是更容易受到环境的影响,如风,和TPS的方法可以消除环境影响被覆盖着一个特定的盖子。操作系统的测试效率比TPS的更快,因为操作系统可以同时测试多个样本。当测试几次相同的样本,TPS的变化结果的方法可以限制在两个或两个三位小数,而操作系统获得的方法改变一个或两个小数点后在相同条件下。


方法	瞬态平面源	光学扫描
装置	热盘温度恒定的分析器	热导率扫描仪
样本类型	固体/粉/液体/电影/涂层	固体
测量热各向异性的能力	是的	是的
测量流体—岩石的能力	是的	是的
样品需求	平面	持平或柱面(最好是画着一件黑外套)
样本大小	取决于传感器的大小和不少于( )为块	一般不少于30毫米
精度	2%	2%
范围	-1800年0.005 W / (m·K)	-45年0.2 W / (m·K)
测量时间	一般3 - 5分钟/样品	灵活的一次(一般3 - 5个样品在3 - 5分钟)
移动	很难移动	灵活的移动
操作界面	设施	设施
测试条件	在大气和真空环境中在不同温度(-253°C ~ 1000°C)和压力	在室温和常压下

五个不同的操作系统标准的热导率测量已知的TPS。所有结果的相对偏差低于1%(表3);因此,它可用来衡量TPS的导热系数。


操作系统标准示例代码	A1	B1	C1	D1	E1
操作系统导热系数(W / (m·K))	0.708	1.35	2.38	6.41	13.00
TPS导热系数[W / (m·K)]的95%置信水平

TPS和操作系统方法测量干燥样品的热导率。和两个方法值相互一致,如图9。他们的整体偏差−11.1%和16.54%之间,和平均偏差范围从−3.5%至5.97%与2.59%的集成。这表明这两种方法的结果应该是有效的,因为它们的相对偏差小于4%,这是两种方法的测试精度的总和的2%。因此,操作系统和TPS方法可以结合不同测量条件下基于他们各种特性。

4.2。孔隙特性对热导率的影响

岩石热导率影响因素可以分为两类:内部因素,取决于岩石本身的方面,如矿物成分、结构、intergrain接触,和孔隙度;和外部因素,这是由外部条件,如温度、压力、孔隙介质和介质饱和。干燥和原位样品有相同的内部因素,但是外部条件变化显著。获得原位热导率从干燥的样品在实验室里,外部因素因此必须纠正。

导热系数随压力的增加,随着温度的增加而减小,这表明两个影响可能相互抵消在特定条件下(29日,45,46]。因此,缓解的方便,温度和压力的修正是不习惯这里,,只有毛孔对导热系数的影响进行了讨论。孔隙特征源自三个方面,即孔隙度、孔隙介质和介质饱和。

所有的样品原位下水位和毛孔装满水。测量导热系数的值是岩石的热导率矩阵的集成和空气填充毛孔。因此,有必要让水饱和度校正实现原位热导率值反映真正的热传导过程。

峰值的变化的主要岩石深度图所示10。所有疏被氦孔隙度仪测试命名CAT113核心实验室由美国公司制造的。白云岩的岩石孔隙度随深度变化不规则低量程的0% - -6%。砂岩的熊国安新地区和塔里木盆地孔隙度都明显高于白云石疏密度为2% -6%,-25%和1%。值得注意的是,孔隙度随深度的增加而减小的熊国安新领域,同意压实成岩作用。压实效果逐渐增强随着深度的增加,使岩石结构更紧凑,减少孔隙度。然而,这一趋势在塔里木盆地不存在,因为它的比例,也就是4000万公里²,明显大于Xiong国安新领域(2000公里²)。在一个小范围内,样品随深度连续变化由于类似的构造单元。相反,样品在宽范围内属于不同的构造单元和远。因此,不存在峰值之间的连续变化。

采用两种方法来执行水饱和度对导热系数修正。第一个方法是计算几何平均数如下(14]: 在哪里是岩石热导率,导热系数矩阵,的导热介质(水或空气等)的毛孔,然后呢孔隙度。根据方程(7),导热系数矩阵得到基于干样和空气的热导率和孔隙度首先;然后,被水浸透的导热系数是通过组合水热导率。

第二种方法是测量饱和样本模拟真正的地下情况使用TPS方法通过饱和水在真空下超过72 h,直到毛孔都装满了水。

这两个方法之间的相关性的结果如图11。他们之间的相对偏差是−10.53%和10.16%,平均−3.24% - -4.32%的范围。可以注意到差异不明显,所以要么方法可以选择改正。为方便分析,纠正热导率在本文的其余部分采用了几何平均数。

分析和比较之前和之后的热导率校正(数字12(一个)- - - - - -12 (c))发现的校正白云岩岩石变化小,平均为5.20%,这是密切相关的低孔隙度为1.64%。TPS的准确性方法接近校正的区别,所以水修正没有意义的白云岩岩石。均值校正差的砂岩Xiong国安新领域和塔里木盆地7.8%和7.31%的平均孔隙度为29.3%和27.2%,分别。这两个领域的调整差异和疏高于白云岩的岩石。正如我们所知,孔隙率越高,越高修正的区别是(47]。砂岩的导热系数显示了一个上升的趋势与深度校正之前,但调整后,这一趋势减弱,因为分离分布在塔里木盆地的正相关也弱于熊国安新领域。

(一)

(b)

(c)

导热系数与孔隙度的变化(数据(13日)- - - - - -13 (c))表明,白云岩岩石与孔隙度没有明显规律的变化,这是低于6%。导热系数的砂岩Xiong国安新领域和塔里木盆地减少随着孔隙率的增加没有修正,而修正后,这种趋势减弱。这表明当毛孔由媒体热导率较低,岩石体积电导率可以用孔隙度表现出负相关。然而,一旦介质电导率上升,将不显眼的变化关系。

(一)

(b)

(c)

4.3。矿物成分对热导率的影响

矿物成分和结构是影响岩石热导率的关键因素。不同岩性组成的不同矿物成分具有不同的热导率。此外,热导率相同的岩石类型主要取决于矿石类型和内容。

先前的研究已经研究了各种矿物的导电率,碎片,详细和间质材料(表4)[17,45,48- - - - - -50]。中主要矿物为石英热导率明显高于他人,即。7.69 W / (m·K)。相反,粘土矿物显然是比别人低,在一般低于1.0 W / (m·K)。占矿物各向异性,在表中所列出的值4是积分结果合成各个方向。


作文		范围	热导率
作文		[W / (m·K)]	[W / (m·K)]

矿物	石英	6.1 - -11.3	7.69
	正长石	2.3 - -4.6	2.31
	钙长石	1.68 - -2.72	2.10
	钠长石	1.63 - -2.34	2.14
	黄铁矿	19.2 - -41.4	19.2

碎片	酸性岩浆	1.25 - -4.5	3.02
	安山岩和基本的岩浆	1.12 - -5.4	2.30
	碳酸盐岩沉积物	0.6 - -6.6	2.86
	弗林特	3.67 - -4.81	3.71
	凝灰岩	1.4 - -2.1	1。8

间质材料	白云石		5。3
	方解石		3所示。3
	硅		7.7
	粘土		1。0

澄清导热系数之间的关系和矿物类型,从熊13白云岩岩石和8砂岩国安新领域制成切片,以确定他们在显微镜下矿物成分和颗粒大小(表5- - - - - -8)。表6表明,白云岩的岩石特点是白云石山脉,粘土、二氧化硅和少量的硫化铁矿和金沙。白云石含量范围45% - -97%的平均值 ,粘土含量相对减少0% - -15%的平均值 ,和硅存在于其中的一些样本,与内容不同显著从0%降至55%。白云岩的岩石的平均粒径为0.024 - -1.606毫米,这是使用算术平均计算根据粒径分布。


样本	矿物成分					晶粒尺寸
样本	白云石(%)	粘土(%)	硅(%)	黄铁矿(%)	砂(%)	0.001 - -0.01毫米(%)	0.1 - -0.05毫米(%)	0.05 - -0.1毫米(%)	0.1 - -0.5毫米(%)	0.5 - 1毫米(%)	1.0 - -2.0毫米(%)	平均直径(毫米)

N5-1	93.5	6	0.5				9			91年		0.687
N7-1	79.9	10		0.1	10			40		50	10	0.595
G10-5	97年	3				50	50					0.028
G10-6	77年	3	20.			30.	10	60				0.052
G11-1	95.8	4		0.2				30.	20.			0.248
N10-1	95年	5					One hundred.					0.050
N11-1	45		55			27.5	27.5			45		0.353
G13-1	96年	2	2			10	10				80年	1.606
G13-2	96年	4				50	50					0.028
G13-3	95年	3	2			20.	20.			60		0.461
G13-4	97年	3				50	50					0.028
G13-5	85年	15				88年	10			2		0.024
G13-6	97年	3						90年	10			0.275


矿物	范围

白云石(%)	45 - 97
粘土(%)	0-15
硅(%)	0-55
平均晶粒尺寸(毫米)	0.024 - -1.606


样本	陆源碎屑(%)						间质材料(%)
	石英	长石		碎片			方解石	白云石	粘土	平均晶粒尺寸(毫米)
	石英	碱性长石	斜长石	酸性岩浆	Andesite-basic岩浆	碳酸盐岩沉积物	方解石	白云石	粘土	平均晶粒尺寸(毫米)

G6-1	24	20.	2.4	16	2.4	6.4			20.	0.15
N13-1	34.4	18.9	2.46	12.3		5.74			13	0.25
N14-1	32	16	1.78	32.04	1.78	3.56	2	2	1	0.15
G7-2	41.2	36.8	1.84	7.36	0.92		0.5	2.5	4	0.08
N2-1	33.4	17.6	4.4	23.76		0.88	3	4	5	0.20
N12-2	25.6	28	1。6	20.		0.8			16	0.25
G15-1	34.4	32	1.64	8.2		4.92	8	2	7	0.15
G17-1	55.3	14.45	2.55	7.65	0.85	0.85	2	3	10	0.10


矿物	范围

石英(%)	24.00 - -55.25
碱性长石(%)	14.45 - -36.80
斜长石(%)	1.60 - -4.40
酸性岩浆(%)	7.26 - -32.04
碳酸盐岩沉积物(%)	0.00 - -6.40
方解石(%)	0.00 - -8.00
白云石(%)	0.00 - -4.00
粘土(%)	1.00 - -20.00
平均晶粒尺寸(毫米)	0.075 - -0.250

表现为石英砂岩,长石(碱性长石和斜长石),和碎片(酸性岩浆,岩浆andesite-basic和碳酸盐沉积物)在陆源碎屑,方解石、白云石、粘土在间质材料(表中7)。其中,石英最高比例在24% - -55.24%的平均值。碱性长石是第二个最常见的在14.45% -36.80%的平均值22.96%。的碎片,酸性岩浆占最高比例在7.26% - -32.04%的平均值为15.91%。最高的内容填隙材料粘土范围1% - -20%平均为9.50%。剩下的成分是不到3%。砂岩主要很好,媒介,淤泥砂岩粒度的0.075 - -0.250毫米和平均值。

相关分析来讨论岩石热导率和矿物组成之间的关系。保持白云岩的岩石孔隙度低,干燥的热导率测量是直接应用于与矿物成分(表9)。热导率负相关与粘土矿物含量的校正系数−0.702,达到显著水平( ),表明白云岩岩石的导热系数随粘粒含量的增加而显著减小(图14)。白云石的导热系数修正系数和两者之间没有相关性。二氧化硅的系数是0.402,但显然超过了统计显著性水平。没有明显的相关性白云岩岩石导电率和晶粒尺寸−0.210的相关系数。


		热导率	白云石	粘土	硅	晶粒尺寸

热导率	皮尔森相关	1	-0.120	-0.702	0.402	-0.210
热导率	Sig (2-tailed)。		0.697	0.007	0.174	0.492

白云石	皮尔森相关	-0.120	1	0.097	-0.933	0.042
白云石	Sig (2-tailed)。	0.697		0.753	0.000	0.891

粘土	皮尔森相关	-0.702	0.097	1	-0.411	0.160
粘土	Sig (2-tailed)。	0.007	0.753		0.163	0.602

硅	皮尔森相关	0.402	-0.933	-0.411	1	-0.194
硅	Sig (2-tailed)。	0.174	0.000	0.163		0.526

晶粒尺寸	皮尔森相关	-0.210	0.042	0.160	-0.194	1
晶粒尺寸	Sig (2-tailed)。	0.492	0.891	0.602	0.526

相关在0.01级(2-tailed)具有重要意义。皮尔逊相关系数的计算过程和理论是继乔治和Mallery [51]。

由于高孔隙度的影响砂岩的岩石体积导热,导热系数矩阵计算使用几何平均被用来分析导热系数和矿物组成之间的关系(表10)。结果表明,砂岩热导率,积极与石英含量的相关系数0.759和统计学意义的水平 (图15)。酸性沉积物和导热系数是−0.632,但统计显著性水平。其他成分不明显与导热系数的绝对值因为他们相关系数小于0.4,超过0.3显著水平。还有一个消极的热导率和粒度之间的关系(图0.764−系数15)。


		热导率	石英	碱性长石	斜长石	酸性岩浆	碳酸盐岩沉积物	白云石	方解石	粘土	晶粒尺寸

热导率	皮尔森相关	1	0.759	0.094	-0.384	-0.632	-0.169	0.127	-0.095	-0.061	-0.764
热导率	Sig (2-tailed)。		0.029	0.824	0.348	0.092	0.690	0.765	0.823	0.885	0.027

石英	皮尔森相关	0.759	1	-0.133	0.099	-0.515	-0.455	0.593	0.150	-0.381	-0.584
石英	Sig (2-tailed)。	0.029		0.753	0.816	0.191	0.257	0.121	0.724	0.352	0.128

碱性长石	皮尔森相关	0.094	-0.133	1	-0.503	-0.463	-0.209	-0.094	0.206	-0.087	-0.214
碱性长石	Sig (2-tailed)。	0.824	0.753		0.204	0.249	0.619	0.826	0.625	0.838	0.611

斜长石	皮尔森相关	-0.384	0.099	-0.503	1	0.203	-0.171	0.526	-0.016	-0.088	0.167
斜长石	Sig (2-tailed)。	0.348	0.816	0.204		0.629	0.685	0.181	0.971	0.836	0.692

酸性岩浆	皮尔森相关	-0.632	-0.515	-0.463	0.203	1	0.015	0.021	-0.159	-0.237	0.375
酸性岩浆	Sig (2-tailed)。	0.092	0.191	0.249	0.629		0.972	0.960	0.707	0.573	0.359

碳酸盐岩沉积物	皮尔森相关	-0.169	-0.455	-0.209	-0.171	0.015	1	-0.583	0.123	0.399	0.256
碳酸盐岩沉积物	Sig (2-tailed)。	0.690	0.257	0.619	0.685	0.972		0.129	0.772	0.327	0.541

白云石	皮尔森相关	0.127	0.593	-0.094	0.526	0.021	-0.583	1	0.451	-0.751	-0.507
白云石	Sig (2-tailed)。	0.765	0.121	0.826	0.181	0.960	0.129		0.262	0.032	0.200

方解石	皮尔森相关	-0.095	0.150	0.206	-0.016	-0.159	0.123	0.451	1	-0.426	-0.190
方解石	Sig (2-tailed)。	0.823	0.724	0.625	0.971	0.707	0.772	0.262		0.293	0.653

粘土	皮尔森相关	-0.061	-0.381	-0.087	-0.088	-0.237	0.399	-0.751	-0.426	1	0.400
粘土	Sig (2-tailed)。	0.885	0.352	0.838	0.836	0.573	0.327	0.032	0.293		0.326

晶粒尺寸	皮尔森相关	-0.764	-0.584	-0.214	0.167	0.375	0.256	-0.507	-0.190	0.400	1
晶粒尺寸	Sig (2-tailed)。	0.027	0.128	0.611	0.692	0.359	0.541	0.200	0.653	0.326

相关在0.05级(2-tailed)具有重要意义。

皮尔森相关分析研究两个变量之间的关系;然而,有时相关系数不能反映真正的关系由于第三个变量的影响。因此,有必要进行偏相关分析。以前,发现有一个强烈的负面关系白云石山脉和二氧化硅−0.933系数(表9),但这两个无关白云岩的岩石的导热系数。考虑到白云石和二氧化硅作为共同控制变量,它们之间的相关性和热导率再次分析了采用偏相关分析(表11)。导热系数和白云石之间的偏相关系数是0.755显著性水平为0.003时二氧化硅作为控制变量,表示它们之间的一个明显的正相关关系。白云石是控制变量时,导热系数随硅内容部分系数为0.812,这是一个相同的趋势随着白云石。


控制变量			热导率	白云石	硅

没有一个^一个	热导率	相关	1	-0.12	0.402
	热导率	意义(2-tailed)		0.697	0.174
	白云石	相关	-0.12	1	-0.933
	白云石	意义(2-tailed)	0.697		0
	硅	相关	0.402	-0.933	1
	硅	意义(2-tailed)	0.174	0

硅	热导率	相关	1	0.775
	热导率	意义(2-tailed)		0.003
	白云石	相关	0.775	1
	白云石	意义(2-tailed)	0.003

白云石	热导率	相关	1	0.812
	热导率	意义(2-tailed)		0.001
	硅	相关	0.812	1
	硅	意义(2-tailed)	0.001

偏相关分析的计算过程和理论是继乔治和Mallery [51]。

最重要的是,白云岩的岩石与更高的白云石和硅含量,增加方差减少方差与粘土含量高,导热系数和方差与晶粒尺寸没有联系。砂岩,导热系数增加而增加石英含量和随晶粒尺寸的增加而减小。根据矿物导热系数表所示4,白云灰岩和砂岩热导率明显与白云石(5.51 W / (m·K)),硅(4.53 W / (m·K)),和石英(7.69 W / (m·K)),具有热导率明显高于其他常见矿物,包括2 - 4 W / (m·K) [45]。为什么没有直接关系导热系数方差和白云石和二氧化硅内容是他们有密切的导热系数值,因此在热传导扮演相同的角色,可以被认为是相同的单位。下降趋势的原因在白云岩岩石与粘土可能流入两种方式。一方面,页岩的粘土热导率较低(一般< 1 W / (m·K)) (17]在白云岩的岩石热导率的某种关联。另一方面,白云岩的岩石主要由白云石、石英、粘土,白云石和硅含量下降,自然粘土含量上升,使它很难找到矿产是主要因素。

因为石英热导率显著高于其他矿物质,所有类型的矿物砂岩可以分为两组,即石英等。石英的平均比例是35%,白云石和二氧化硅白云岩的岩石为95%。矿物的比例高的导热系数较低的砂岩比白云岩的岩石,这可能是原因之一砂岩的平均热导率一般低于白云石。

有一个下降的趋势与粒度砂岩热导率。这可能是由于颗粒大小与压实成岩作用。岩石收益率更高的压力更大程度的压实,因此一个更小的晶粒尺寸(52]。随着岩石内部结构更加紧凑,导热系数增加。白云岩的岩石几乎没有粒度差异,因为它是由二次更换相同的白云石颗粒相互接触在岩石上,而不是不同的接触关系出现在不同的粒子在砂岩。

4.4。导热系数估计

与热导率相比常见的矿物质,矿物质更高或更低的热导率对岩石体积热导率可能有更大的影响。然而,估计岩石体积热导率不应忽视其他矿物质的贡献。

基于每个矿物的贡献,几何平均数(估计方法1)(方程(8)是最常用的方法来估计矩阵根据他们的热导率和热导率的比例(14]: 在哪里导热系数矩阵,是每个矿物的热导率,是每个矿物的体积分数。理论是相同的两个估计方法1和水校正公式,矩阵和孔隙中被认为是单独和与众多矿物成分。

此外,Horai和Baldridge [15)使用另一个公式估计19火成岩的导热系数,发现其结果比几何平均数。公式(2)估计方法(方程(9- - - - - -15)如下: 在哪里和最大和最小的热导率在所有矿物质,分别和和上限和下限的导热系数矩阵,分别。

这两种方法主要集中在评估在火成岩岩石热导率,和他们使用沉积岩是罕见的在以前的作品。因此,在此,这两种方法被用来估计矩阵砂岩的导热系数。这个评估过程中使用的参数值如表所示4。

我们的研究结果表明,估算值比测量值(图异常高16)和显著差异存在。先前的研究获得好结果的原因是,他们专注于火成岩和变质岩(5,15]。在表中所列出的值4测定单晶或单矿物的骨料,火成岩,病情基本上完整晶体的不同于砂岩破碎的晶体。岩石热导率与完整晶体集成必须从支离破碎的水晶不同意,即使有相同的成分。此外,火成岩有相对简单的比砂岩成分和更少的杂质。因此,它更容易获得好的结果在火成岩估计。然而,砂岩非常复杂的成分与不同的矿物质相互接触,提高热接触电阻,在某种程度上影响导热系数(53]。基于这些问题,本研究提出了一种匹配简单的校正因子修正未受损伤的程度和接触粒子之间的关系。校正系数乘以每个成分的热导率,减少原始值表4在砂岩,使他们更接近实际情况。

根据不同成分的能力抵抗变形和损伤,损伤可以越多,越高可以修正因素。同时,考虑到热接触电阻可以减少大部分岩石的导热系数在一定程度上,这种感情被认为是通过降低适当修正因素。因此,不断修正因素调整估算值的方法测量值。基于实验结果从多个参数的调整,以下经验修正因素确定:0.85石英由于其强烈的风化、耐候性0.8长石由于其相应地弱阻力,0.7,碎片和间质材料因为碎片是一个破碎的产品容易被影响的母亲岩石风化蚀变和间质材料,粘土与非常低的热导率。结果采用这些因素后如图17。评估方法1和2的平均相对偏差范围−−6.81% - -14.73%和8.22% - -16.45%一个集成的平均值的1.03%和6.65%,分别。

估算方法1结果低于方法2,但它是不明智的确认哪一个是更好,因为只有少数样本收集。目前,这两种方法可以获得良好的效果,和它们之间的优点和缺点可能是讨论未来在收集更多的数据。此外,矿物形成于不同的环境,所以其热导率不会完全按照表中所列出的值4。

采用这两种评估方法几乎可以获得矩阵导热系数,验证每个矿物有一个批量热导率的重要贡献。火成岩与变质岩,砂岩成分复杂,破碎的水晶,和复杂的接触关系,导致不同的导热。

5。结论

(1)反复核对显示TPS和操作系统方法的结果相互通信和有很高的精度和效率。白云石山脉的平均热导率和砂岩Xiong国安新地区和塔里木盆地的砂岩 , ,和 ,分别;这些测量值可以为basin-related研究作出贡献。后两种方法都有各自的独特的特点,结合他们将适合在各种条件下测量(2)水饱和度校正证明几乎没有几何平均数之间的差异和实际饱和测量结果。不需要执行一个水饱和度低孔隙度校正白云岩岩石。但修正必须用于高孔隙度砂岩。砂岩热导率的增加随着深度的增加或孔隙度减少,和修正后的趋势减弱,而这些关系不存在白云岩(3)相关分析表明,白云岩的岩石的导热性与页岩的粘土负相关和正相关与白云石和二氧化硅,和砂岩石英含量呈正相关。当的矿物成分符合要求远远高于(白云石、石英等)或低于(如粘土)导热系数的一般范围2 - 4 W / (m·K)和包含的一定会有显著的相关性矩阵导热系数和选民。压实成岩作用可以使砂岩的粒度和孔隙度小,并进一步使其热导率大(4)基于矿物成分的贡献大部分导热系数,考虑晶体未受损伤的程度和颗粒接触的复杂关系,经验修正因素为石英,长石,碎片和排名从高到低间隙材料估计砂岩的导热系数实验参数调整的结果

数据可用性

数据用于支持本研究的发现可以从要求第一作者(第一作者:去骨汤;电子邮件:tangboning@foxmail.com)。

信息披露

作者透露收到金融支持的研究,本文的作者,和/或出版。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家科技重大项目(批准号2017 zx05008004),中国国家自然科学基金(批准号41772248),和中国国家重点研发项目(批准号2018 yfc0604302)。

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