Влияние структуры и состава осадочных горных пород на их теплофизические свойства

• Автор: Сосков, Антон Валерьевич
• Шифр специальности: 04.00.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 179 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
II. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОФАЗНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СРЕД
§1. Теплофизика двухфазной системы §2. Теплофизика трехфазной системы
§3. Влияние структуры и состава на температурное поведение тепловых свойств дисперсной среды
III. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД
§1. Классификация, состав и механические характеристики осадочных пород. Геотермическое деление §2. Карбонатные породы §3. Неконсолидированные обломочные породы §4. Консолидированные обломочные породы §5. Пирокластические породы §6. Кремнистые породы §7. Аппроксимационные параметры пород
IV. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ К ИССЛЕДОВАНИЮ ГЕОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА
§1. Общие закономерности изменения тепловых параметров в осадочном чехле
§2. Геотермический режим осадочной толщи Колпаковского прогиба Западной Камчатки
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Физико-механические параметры многокомпонентной дисперсной среды Приложение 2. Описания и теплофизические характеристики исследованных образцов

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время в геотермии все большее внимание уделяется изучению теплофизических свойств осадочных горных пород [106, 108, 200], знадие которых оказывается необходимым при проведении большинства геотермических работ как на суше, так и на акватории, а также при численном моделировании различных протекающих в коре геофизических процессов. Значительная изменчивость механических параметров и минералогического состава осадочных пород нередко делает невозможным сопоставление экспериментальных данных разных авторов, приводимых без подробного описания изученных образцов. Некоторые вопросы поведения тепловых свойств осадочных пород вообще' остаются незатронутыми. Все это приводит к необходимости проведения широкомасштабных экспериментальных исследований для создания четкой и внутренне законченной картины теплофизики материала осадочной толщи литосферы.
Проводимая нами в данном направлении работа охватывает целый ряд методических и фундаментальных задач. Принципиально важным нам представляется экспериментальное исследование поведения теплофизических характеристик сложных многофазных и многокомпонентных сред при изменении соотношения между фазами, петрофизических и структурных особенностей пород, качества теплового контакта между зернами и т.д.

Несмотря на значительный накопленный экспериментальный материал и многочисленность теоретических построений, изучение теплофизических свойств сложных пористых многофазных сред, которыми является большинство реальных горных пород, на данный момент весьма далеко от завершения. Особенно это очевидно в отношении осадочных пород, характеризуемых высокими значениями пористости и вариациями в широких пределах как механических (петрофизических) параметров, так и минералогического состава. В определенной степени недостаточная изученность тепловых свойств таких сред объясняется сложностью глубокого физического анализа процесса теплопередачи в них. Тем не менее, такая работа необходима, а ее результаты могут находить и находят применение в геотермических исследованиях. Постановке необходимых в данном аспекте экспериментов и теплофизическому анализу их результатов посвящена первая часть диссертационной работы.
Следует отметить, что в современной научной литературе, посвященной тепловым свойствам горных пород, совершенно недостаточноевнимание уделяется такой важной теплофизической характеристике среды, как ее температуропроводность. В отличие от теплопроводности X, определяющей интенсивность теплопередачи при заданном температурном градиенте и являющейся величиной интегральной (X = а Ср р), величина температуропроводности а, будучи коэффициентом диффузии внутренней энергии, характеризует скорость распространения возмущений поля температур (температурного фронта) и целиком определяет кинетику процесса. Анализ процессов теплопереноса, особенно в сложных многокомпонентных зернисто-пористых

<с1>, мм
Рис. 15. Изменение параметра Лихтенеккера с изменением среднего диаметра частиц для кварцевого песка.
Следует также указать, что значительную роль в формировании величины тепло- и температуропроводности обломочных пород играет не только средний размер частиц, но и соотношение между мелко- и крупно дисперсными фракциями. Как показывают эксперименты, даже при неизменном (или меняющемся незначительно) среднем размере частиц, изменение соотношения между фракциями может привести к значительному изменению тепловых свойств. Более того, в ряде случаев изменение соотношения между гранулометрическими фракциями может приводить к более значительным вариациям тепло- и температуропроводности, чем при изменении среднего размера частиц. Это имеет место, когда в среде, в целом гранулометрически однородной, появляется некоторое количество частиц, имеющих значительно больший характерный диаметр. В таких случаях эти крупные частицы начинают играть роль