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孔隙流體對(duì)變形的影響 | |
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巖石孔隙中的流體對(duì)其變形的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面:
一方面,當(dāng)巖石中富含流體時(shí),可使巖石強(qiáng)度降低。另外,孔隙流體的存在可以促過礦物在應(yīng)力作用下的溶解遷移和重結(jié)晶,從而促進(jìn)了巖石的塑性變形. 表中列舉了幾種巖石在潮濕條件下抗壓強(qiáng)度的降低。
另一方面是孔隙流體壓力的效應(yīng)。巖石孔隙內(nèi)流體的壓力稱為孔隙壓力。在正常情況下,地殼內(nèi)任一深度上孔隙水中的流體靜壓力相當(dāng)于這一深度到地表的水柱的壓力,約為靜巖壓力(或圍壓)的40%。由于某些原因,如快速沉積或構(gòu)造變動(dòng)使沉積物快速壓實(shí)而孔隙水不能及時(shí)排出等,可使孔隙壓力異常增大。在油田中曾測得,孔隙壓力與圍壓之比達(dá)80%,甚至也存在接近于1的可能性?紫秹毫Γ≒p)的作用在于它抵消了圍壓(PC)的作用。這時(shí)對(duì)變形起作用的是有效圍壓Pe:Pe=Pc-Pp
因此,當(dāng)巖石中存在有異常的孔隙壓力時(shí),就產(chǎn)生了類似降低圍壓的效果,使巖石易于脆性破壞及降低強(qiáng)度。如前述赫德的實(shí)驗(yàn),當(dāng)孔隙壓力為圍壓的95%時(shí),壓縮條件下的脆-韌性過渡將加深到5.5km。
莫爾圖解可以很好地說明孔隙壓力對(duì)巖石破壞的促進(jìn)作用。下圖中橫坐標(biāo)表示有效正應(yīng)力(總正應(yīng)力與孔隙壓力之差)。圓I代表孔隙壓力為零時(shí)的壓力狀態(tài),這時(shí)巖石是穩(wěn)定的。隨著孔隙壓力的逐漸增大,雖然外加的總正應(yīng)力不變,但有效正應(yīng)力逐漸減小,使應(yīng)力圓向左移動(dòng)。一旦應(yīng)力圓移到圓Ⅱ處,與莫爾包絡(luò)線相切,巖石就要破壞。因此,異?紫秹毫Φ淖饔每纱偈箮r石發(fā)生斷裂。 |
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