摘要
我国钙芒硝资源储量巨大，是硫酸钠的主要来源之一，具有巨大的经济价值，目前钙芒硝开采的方法主要为水溶开采，已有的水溶开采方法与理论无法对钙芒硝矿进行有效的溶解与渗透，导致开采效率低下。钙芒硝盐岩溶浸过程中，细观结构的演化会引起渗透性的变化，进而影响溶浸效率；并且随着矿体溶浸的进行，其力学特性的不断弱化，逐渐失去支撑作用，有极大事故风险。此外，钙芒硝盐岩分布广泛，是层状盐岩中的常见的一种夹层，在盐穴储气库水溶造腔过程中，钙芒硝夹层经长时间溶浸后内部细观结构发生演化，最终形成渗流路径引起气体泄漏；其溶腔腔体中钙芒硝夹层的力学特性不断弱化，最终会导致失稳。 为了研究钙芒硝盐岩在不同溶浸条件下的力学特性变化以及细观结构演化，本文通过实时溶浸CT扫描、单轴压缩等物理试验，以及基于岩石孔隙细观尺度的数值模拟等手段，对溶浸后钙芒硝盐岩的力学特性变化以及细观结构演化的规律进行了分析与总结，揭示了细观结构对于渗透性的影响。本次研究的主要结论如下： （1）溶浸温度越高，钙芒硝盐岩溶解速度就越快，盐溶液浓度的升高会降低溶解速度；不同温度淡水溶浸时，钙芒硝盐岩溶蚀厚度δt（μm）随时间t（h）的变化关系可以用幂函数表示为：20℃：δt=162.8t0.6183，35℃:δt=228.75t0.5867，65℃：δt=347.08t0.51574，95℃：δt=308.22t0.67572；不同温度半饱和盐溶液溶浸时：20℃：δt=111.34t0.378，35℃:δt=115.83t0.40132，65℃：δt=48.25t0.62284，95℃δt=114.43t0.50008；在饱和盐溶液溶浸后，钙芒硝盐岩不会产生已溶蚀区。 （2）钙芒硝盐岩受不同溶液溶浸后，变形能力均会增加，弹性模量与抗压强度均会发生不同程度的下降，表现出明显的塑性特征，溶浸液的温度越高，其力学特性弱化程度愈深，塑性特征愈加明显；溶浸液中氯化钠的浓度越高，就越不利于力学特性的弱化。钙芒硝经不同温度淡水溶浸后，已溶蚀区成为软弱区，未溶蚀区为脆硬区；未溶蚀区截面积S的大小与单轴压缩抗压强度P之间存在定量关系，对于直径20mm的试件，可以表示为（MPa）：P=1.76+0.024S。在半饱和盐溶液与饱和盐溶液的溶浸96h后，钙芒硝盐岩的单轴抗压强度P与溶浸温度T线性相关，其中半饱和盐溶液溶浸条件下的关系式（MPa）：P=13.521?0.10793T；饱和盐溶液溶浸下关系式（MPa）：P=11.431?0.06531T。 （3）不同溶液溶浸后，钙芒硝未溶蚀区的孔隙变化较小，且未连通，已溶蚀区连通孔隙率较高。提高溶浸温度会使钙芒硝未溶蚀区的结构损伤增加；并且溶浸温度越高，已溶蚀区孔隙的内表面更加粗糙，孔隙个体形状呈现出球度越高的趋势；溶浸温度越高，孔隙的密度就越高，单个孔隙体积就越小，孔隙网络就越复杂。溶浸温度的升高会使钙芒硝已溶蚀区的孔隙空间总体积有少量增加，但更趋于离散化。 （4）由于钙芒硝已溶蚀区孔隙网络的分布特性导致钙芒硝已溶蚀区孔隙网络在各个方向上的流场特征与渗透特性各不相同，在圆柱形试件受侧溶后，其不同方向的绝对渗透率：沿径向最大、环向次之、轴向最小。
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