一、一般数理统计分析方法的应用
统计是通过对主体研究对象的部分进行随机抽取,并针对抽取部分进行观察,获得部分所表达出的信息,再将所得数据在研究对象全体范围内进行推断,由此得到研究对象整体的特征,而矿物地质工作的研究对象呈现出明显的统计规律,例如其分布、产生条件等,但由于不同的地质事件和观测结果会受到观察条件的影响,而表现出不同的现象,所以其客观概率存在明显的差异,利用概率分析法可以对不同的地质事件发生的概率进行全面的预测,为矿产地质工作提供依据,例如在油气勘查过程中,可以利用贝叶斯公式( )等数学概率方法对勘查过程中的不确定因素和风险因素进行科学的评估,由此有效降低勘探过程中可能发生的风险,避免不必要的人员财产伤害,为油气勘查决策提供可靠的依据,使油气地质学和经济学两种研究对象和研究性质存在较大差异的学科相协调,使地质评价与经济分析相结合,并将获得的评价结果用具体的数学量值进行表达[1]。单变量统计分析和多元统计分析方法都是现阶段矿产地质工作中较为常见的数学方法,单变量统计分析法针对两个随机变量之间的关系进行表达,例如信息量计算、单因素方差分析等,而多元统计分析方法则针对多项随机变量之间的关系进行研究,更加注重从不同的角度表述变量之间的关系,例如方差分析、回归分析、对应分析等,但值得注意的是单变量统计分析方法并不是随时可以推广到多元分析,例如因子分析、各种分类分析等,现阶段矿产地质工作中应用统计学方法创新出克里金数学方法就是针对矿石品位、矿床储量及误差估算进行的变异函数统计方法,矿产地质工作中对沉积岩的分类、沉积环境辨别,构造地形的变化趋势、勘探井中油气水层的划分等工作都应用此数学方法。
二、特殊数理统计分析方法的应用
在实际矿产地质工作中经常遇到矿产分布与正态分布假设之间存在较大差异,地质化探数据离散性强的情况,以一般统计学正态分布及最小二乘法并不能够科学的反应勘探地质真实环境的情况,这种敏感的错误被称为稳健性,所以针对数据点群中心为基础,以数据点群的离散程度为自变量进行稳健性统计分析,其表述更能真实地反映出客观矿产地质环境,目前最大似然评估、有序统计量的线性组合等已经应用于矿产地质工作中,此种方法可以有效的控制实际情况与统计分析之间的偏离,避免因统计数据结果与矿产地质实际分部之间存在较大差异而致使勘察规划彻底失败等重大问题的出现。除此之外,由于矿产地质工作针对定性和定量两方面进行分析,所以数学方法中的定向数据统计具有实际意义,例如矿产地质工作中会针对古水流方向、斜层理生物化石等存在于平面或圆上的方向性数据进行研究,针对断层面及其构成元素对断层形成所受应力及机制等三维定向数据进行分析等,由此可以发现定型数据的统计分析并没有明确的数值做基础,其更加强调研究对象在性质上的差异,当将重心转移到具体数值时就产生了定量统计方法[2]。
三、数学模型的应用分析
确定型模型即在不存在随机成分的情况下研究因果关系的数学模型,例如在矿产地质工作中泥岩中孔隙率和深度之间的关系就可以利用确定性模型中的指数方程进行表述, ,利用积分方程
表述矿产地质工作中研究泥岩孔隙率变化函数在恢复底层厚度中的数值变化,假如在矿产地质工作中已经通过对矿样检测得出其含有的三氧化二铬(铬绿)和密度最大的金属锇的数据,有了解铬与砷的含量之间存在必然的联系,那么就可以利用数学模型直接对他们之间的关系进行表达,或者在矿产地质工作中对勘查到的油气藏位置所含油气质量进行判断,就可以利用油藏含油饱和度与储层毛管压力、孔喉歪度、排驱压力等因素之间的关系进行数学模型表达,以此得出科学的论断,例如三肇和古龙凹陷勘探井19口,其中17口与预测结果完全相符,负荷率将近90%,由此可见此数学方法在矿产地质工作中应用效果明显[3]。
四、质过程的数学模拟
地质系统的形成要经过漫长的地质变化过程,所以通过数学模拟可以真实的反映并再现历史过程,为矿产地质工作提供科学的依据,其不仅缓解了人工实验对实验材料和技术的依赖,而且使演化过程更加真实,例如在高温、高压的地质环境中岩石所发生的性能形状变化,不同边界层之间能量、耦合和转换机制等都可以利用计算机数学模拟进行再现,这是传统物理实验所不可能完成的任务,目前将计算机技术、数学统计方法及数学模拟和地质学理论相结合的统计分析方法以达到30种以上,例如蒙特卡洛法、趋势分析法等统计预测方法;逻辑斯特模型、油藏规律分布法等外推预测法;油田模型法、沉积速度法等类比预测方法;埃德曼法、盆地动态模型等成因预测法;特尔菲法、模糊集合综合评价法等综合预测法等。并在数学计算的基础上利用计算机技术直接为矿产地质工作绘制地质、地貌、土壤分布图及具体的柱状对比图及石油综合录井柱状图等,更加具有科学性,而且可以真实的反应地质环境,为决策分析提供科学的依据。特别是质人工智能专家系统的应用更是明显推进矿产地质工作发展,其应用神经网络模型,利用遗传算法、小波分析及其变换法、模拟退火算法等对地质工作中的相关数据进行归纳分析,由此使工作人员更加全面的掌握矿产地质工作中存在的规律,并在此基础上指导实践,例如针对四川盆地某层天然气资源潜力进行预测的过程中利用数学模拟的方法判断出其开发潜力在15.2亿立方米至91.7亿立方米之间,为具体的勘探规划制定及勘探可行性判断提供了有效的依据[4]。
【关键词】东营凹陷;粘土矿物;储层
粘土矿物广泛分布于沉积岩中,由于其特有的物理化学性能,在碎屑岩储层中由它引起的储层伤害约占整个油气层损害的70%。在开发过程中,碎屑岩储层中的粘土矿物制约了该区油藏的有效开发。王占国[1]利用异常高压原理对现河地区物性进行了研究,但未能将粘土矿物与储层物性相结合。李海燕、彭仕宓、黄述旺等[2]研究了低渗透储层岩石学和成岩作用。温小明[3]运用室内试验和开放流动试验技术,对岩矿和孔渗特征、流体性质、敏感性和注入水等进行了储层伤害分析。高淑梅、范绍雷[4]研究了粘土矿物对储层储集条件和渗流能力的影响,并进行了储层评价和油层伤害研究,但是对于粘土矿物对储层的影响机理没有提及。伏万军[5]根据粘土矿物X射线衍射分析,结合电镜扫描等资料分析研究,得出了粘土矿物的含量、成分、产状的变化关系,但未能研究粘土矿物对储层的影响。粘土矿物在东营凹陷现河地区的粘土矿物对储层影响研究相对较少,没有得到足够重视,因此此课题将对现河地区的油气开发具有理论指导意义。
1.地质概况
现河地区位于东营凹陷中央隆起带,是一个四面临洼、东窄西宽的二级构造带,南北宽为8~14km,东西长约为50km,面积约为500km2[6]。研究区发育湖泊相,洪水浊积扇,滑塌浊积扇,三角洲和滩坝等沉积相类型,岩性油藏丰富。为了更精确的预测现河地区的油气分布及储层性能,现对现河地区粘土矿物进行研究分析。
2.粘土矿物类型
根据扫描电镜显示,该区粘土矿物主要为高岭石、伊利石、绿泥石、伊利石一蒙皂石混层。
高岭石在砂岩孔隙中常以书页状、蠕虫状等各种形态的集合体形式存在,高岭石具有颗粒大、对砂岩颗粒的附着力弱两大特征;伊利石是砂岩中最常见的粘土矿物,在地质剖面上从上至下均有分布,但存在形态有变化,它常常是低渗透―特低渗透砂岩储层粘土矿物的主要特征之一;绿泥石常见于较深的地层中,存在形态主要为板状、柳叶状、集合体状等,油层中的绿泥石富含镁、铁,具有较强的酸敏性;伊利石/蒙皂石混层以薄膜状附着在砂岩颗粒表面,具有两种矿物的性质,具有较高的膨胀性。
3.粘土矿物纵向分布规律
粘土矿物主要有伊蒙混层、伊利石、高岭石和绿泥石,它们在纵向上具有一定的分布规律。
伊利石:伊利石随深度加大,其含量降低,大约在2500~2600m时降到最低至45%,随后又逐渐增大;
高岭石:高岭石含量变化范围大,在大约2850m达到峰值。绿泥石:绿泥石含量随深度的增加而增大,在2750m处达到峰值。
伊蒙混层:其含量在2450~2900m之间变化不大。
4.粘土矿物对储层的影响
4.1成岩作用对储层的影响
4.1.1高岭石、伊利石的胶结作用
伊利石含量在2700m处有一个突变面,其上伊利石含量为40%-50%,其下伊利石含量大于50%。伊利石在粒间孔隙中主要以发丝状、片状存在,堵塞了孔隙和喉道,从而使储层孔隙度和渗透率降低。高岭石含量在2650m和2850m附近出现两个峰值,表明在潮湿气候条件下,化学淋滤作用强,有利于铝硅酸盐矿物的分解,从而形成高岭石,填充于粒间孔隙之中,致使储层的孔隙度有所降低。
4.1.2绿泥石的包壳作用
绿泥石在2750 m附近有一个突变面,在其之上,绿泥石含量为50%-70%,在其之下,其含量急剧降低,含量小于10%。成岩作用早期沉积物中的铝硅酸盐、矿屑溶解,在弱还原条件下,孔隙水介质中含有丰富的Mg、Fe、Al2O3、SiO2等组分,发育为绿泥石胶结。
4.1.3伊/蒙间层(I/S)
伊/蒙间层(I/S)含量在本区变化不明显,含量在20%-40%之间。
4.2物化作用对储层的影响
4.2.1高岭石类
高岭石是一种1:1型的粘土矿物,构造单元内电荷平衡,阳离子交换量很小,晶层间的作用力很强,致使水分子不容易进入晶层间,其为非膨胀型粘土矿物。
高岭石常以碎屑形式存在于砂岩中,由于它们颗粒较大并且在砂粒表面附着不紧,高岭石受流动液体的侵蚀很容易脱离砂粒表面。并且高岭石随流体运移到孔喉处产生堵塞,引起油层损害。所以高岭石主要以微粒运移的形式引起储层损害,即流速敏感性损害。
4.2.2伊利石类
伊利石类是一种2:1型粘土矿物,伊利石晶层间的引力很强,水分子不易进人晶层,引起晶层水化膨胀,属于非膨胀型粘土。
伊利石引起的油层损害问题主要是它们在砂岩中可以形成大量的蜂窝状微孔道,这些微孔道可以束缚大量的水分子,增加地层残余水的饱度,致使测井解释失误。另外,伊利石还可在孔隙中形成大量的毛发状结晶从而增加了孔隙的弯曲程度,显著降低了岩石的渗透率。在采油过程中,这些毛发壮结晶可以被液流冲断,破碎颗粒随液流迁移,在孔喉处产生堵塞,致使岩石渗透率降低,造成油层损害。因此,伊利石主要为微粒运移引起的速敏损害和微孔道吸水引起的水锁损害。
4.2.3绿泥石类
绿泥石中阳离子较多,结构复杂,特别是水镁石层中的二价阳离子容易被氧化。因此,环境为酸性时,易被溶解释放出Fe2+,易被氧化形成沉淀。因此,绿泥石对储层的影响为强酸敏感。
4.2.4伊/蒙间层类
伊/蒙间层(I/S)的成分、形态、产状和性质均介于伊利石和蒙皂石之间,因此,伊/蒙间层(I/S)对储层的影响主要为水敏、水锁、速敏。
5.结论
(1)东营凹陷现河地区砂岩储层粘土矿物主要为高岭石、绿泥石、伊利石和伊/蒙间层(I/S)。
(2)粘土矿物成岩作用主要为高岭石、伊利石的胶结作用以及绿泥石的包壳作用等。
(3)粘土矿物对该区砂岩储层的影响几乎全是负面的,致使储层物性变差。
(4)不同粘土矿物对储层伤害的影响机理不同。高岭石主要引起流速敏感性损害;伊利石主要为微粒运移引起速敏损害和微孔道吸水引起水锁损害;绿泥石主要对储层的潜在损害为强酸敏感;伊/蒙间层类对储层的潜在损害为水敏、水锁、速敏。
【参考文献】
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5.四川盆地珍珠冲组植物群特点及侏罗系与三叠系界线的厘定刘笛笛,杨子荣,杨彦东,包莹莹,刘宝,LIUDi-di,YANGZi-rong,YANGYan-dong,BAOYing-ying,LIUBao
6.塔河三叠系下油组河流相储层夹层成因类型及其分布规律付国民,周丽梅,刘蕊,王艳伟,苗箐,李磊,FUGuo-min,ZHOULi-mei,LIURui,WANGYan-wei,MIAOJing,LILei
7.塔中上奥陶统方解石胶结物类型及其形成环境王振宇,吴丽,张云峰,韩剑发,张丽娟,WANGZhen-yu,WULi,ZHANGYun-feng,HANJian-fa,ZHANGLi-juan
8.临南洼陷岩性油藏成藏动力与含油性分析段云歌,常象春,DUANYun-ge,CHANGXiang-chun
9.膨润土与石英的粒度分析方法优选左可胜,刘建朝,孟鹏飞,ZUOKe-sheng,LIUJian-chao,MENGPeng-fei
10.渗流井合理竖井降深确定王玮,刘基,陈立,宁丽娜,薛璐,WANGWei,LIUJi,CHENLi,NINGLi-na,XUELu
11.贺兰山西麓典型干旱区绿洲地下水水化学特征与演变规律姜凌,李佩成,郭建青,JIANGLing,LIPei-cheng,GUOJian-qing
12.地铁工程地质灾害危险性综合评估定量方法——以西安地铁一号线为例邓亚虹,彭建兵,卢全中,林鸿州,DENGYa-hong,PENGJian-bing,LUQuan-zhong,LINHong-zhou
13.地震动力作用下土-地铁隧道模型分析刘妮娜,门玉明,刘洋,LIUNi-na,MENYu-ming,LIUYang
14.复杂地形地震剖面上的陷阱及物探解释方法张亚敏,张书法,王辉,ZHANGYa-min,ZHANGShu-fa,WANGHui
15.地球科学与环境学报 榆林市土地生态系统服务功能价值测评王晓峰,WANGXiao-feng
16.利用MODIS数据反演沙漠化地区地表温度的简化模式——以陕西北部地区为例霍艾迪,康相武,刘志丽,曹馨升,HUOAi-di,KANGXiang-wu,LIUZhi-li,CAOXin-sheng
关键词:低阻油层 测井 评价技术
近年来随着科学技术的进步,油气勘探与开发的逐步深入,尤其是前几年处于高油价时,非常规油气藏受到了广泛的重视,特别是低阻油藏也受到了广泛的重视,由于这类储集层主要表现为电阻率非常低,因此大大增加了勘探的难度,同时对现有的测井解释方法及其评价技术也提出了更高的要求和挑战。
一、低阻油气层成因的研究现状
国内外学者将低阻油层成因的研究主要分为两种因素:一是地质宏观因素,二为层内微观因素。宏观因素是指低阻油层形成的地质背景以及沉积成岩作用,它决定了低阻油层的成藏规律及空间分布;微观因素是指低阻油层的岩性、物性、储层孔隙结构、粘土矿物分布及类型、地层水矿化度等因素。在地质成因方面,研究认为一是成岩作用的结果,由于成岩作用,孔隙演化过程中对孔隙的保存、发育、破坏起着关键作用,起着压实、胶结溶蚀三种成岩作用对孔隙改造起主要决定性作用,都可能使孔隙微孔化,从而形成微孔隙的发育。二是沉积作用的结果,溺水动力沉积环境导致的岩性细,泥质含量高,微孔隙的发育直接导致束缚水饱和度的增高,若粘土矿物具有较强的附加导电性,储层电性会更低。三是构造作用的结果,根据油藏成形的理论和毛细管理论,油藏距自由水平面越高,毛管力越大,相应含油饱和度越高。由于构造幅度低,油气运移到圈闭的过程中动力小,造成含水饱和度的增大。不同低阻油气藏具有各自储层地质特征,其形成机理也存在差异,国内外在低阻油层成因方面的研究重点在于层内微观成因机理方面,取得了丰富的研究成果,研究认为低阻油层的影响因素众多,研究学者主要把低阻成因分为内因、外因。内因是指油气层本身岩性、物性变化,如地层水矿化度高、岩性细、泥质含量高、微孔隙发育、骨架导电、含灰质胶结等。外因是指作用在油气层的外在因素变化,如油气层和水层的地层水矿化度不一样,而且差异很大。
对于低阻油层成因机理的研究,在结合地区地质特征的基础上,加强岩石物理实验的研究,对泥质附加导电、微孔隙结构、岩石润湿性及地层水矿化度等方面进行深入分析,并与常规储层进行对比分析,可以揭示低阻油层的微观成因机理。吴京龙等人研究济阳凹陷低阻油层的微观成因与宏观因素之间的匹配关系表明低阻油层微观成因机理受控于地质宏观因素,高矿化度地层成因主要受古咸水的沉积环境和断裂构造带的控制,高不动水饱和度受控于沉积和成岩作用控制,因此将微观成因机理与宏观地质控制因素结合起来可以更高地揭示低阻油层成因。近几年来低阻成因研究日臻完善,成果丰富,随着更多测井新技术的广泛应用,低阻油层的成因研究会日益深入。
二、低阻油层的分类及测井评价技术
1.低阻油气层的分类通过多年研究,结合近几年的勘探成果,测井解释经验和测井解释技术研究成果,分析总结了一些油田主要存在的低阻油气层类型包括:
(1)钻井液深度侵入轻质油气层,造成测量环境均为水层特征,从而形成的低阻率油气层;
(2)孔隙结构比较复杂,地层束缚水含量高、相对含油饱和度低造成的低阻率油气层;
(3)储集层岩性纵向变化大、薄互层发育、测井分辨率不够或测井曲线明显受低阻率围岩影响造成的低阻率油气层;
(4)储集层性质特殊、岩电参数发生明显变化造成的低阻率油气层;
(5)受储集层内导电矿物影响形成的低阻率油气层;
(6)复合成因低阻油气层,由以上2种以上成因共同影响形成的低阻油气层;
(7)极高矿化度地层水的影响形成的低阻油气层。
以目前的岩石物理研究成果和测井评价手段,复合成因的低阻率气层更难分类、识别和评价。
2.低阻油气层测井评价技术
经过长期的研究,形成了很多低阻油气层的测井评价技术,如各种图版解释技术、曲线特征定性判别技术、基于低阻油气层成因特点的各种解释模型定量计算技术、核磁共振测井评价技术等,都在各自领域见到了较好的效果。
(1)依据特点分类选择适用测井系列
低阻油气层的成因复杂,测井评价技术的广泛适用性比较差,但低阻油气层的分布往往具有层位特点、区域特点,通过开展低阻油气层的分类及分布区域,成藏地质背景的研究,较系统地总结一个油田低阻油气层的分布状况、成因、适用的测井评价技术和依托的测井资料,并形成测井系列设计依据,将对低阻油气层的评价提供非常好的前提。
(2)立足地质背景分析,细分解释评价单位
低阻油气层的识别离不开地质背景分析,其成因分类也离不开相关地质特点的研究。地质综合研究成功是测井解释的基础知识,测井资料中也蕴含着丰富的地质信息,二者相结合将形成测井地质一体化解释评价的基础。不同的沉积背景、成岩背景和成藏背景,都将引起储集层测井综合响应特征的变化。如具有不同岩石粒度储集层可能具有相似的孔隙度测井曲线响应特征,但岩性细的储集层更容易形成低阻油气层,因此不能将其作为一个评价单位考虑和使用相同的解释标准。细分解释评价单元,对测井解释人员认清低阻油气层的本质有极大的帮助。
(3)充分利用测井信息开展综合分析
低阻油气层中测井资料没有地层含油气信息,显示的非常少,大部分是地层含油气信息在测井资料中体现非常弱,无法直观的与水层有效区别开来,有时微弱的地层含油气信息还存在较难排除多解性。测井信息中蕴含着丰富的储集层信息,储集层信息纵向和横向的分布变化又蕴含着丰富的地质信息,地质信息与储集层特点有时密切联系的。低阻油气层的成因多数与地质信息相关,因此利用测井信息综合分析是测井曲线、储集层特点、沉积环境三者结合和循环换的开展分析。
三、结束语
低阻油层评价是一个较长时期以来困扰测井解释人员的难题。首先,低阻油气层的类型和影响因素非常多,在利用测井资料与常规油气层区分方面就存在许多困难和多解性;其次,低阻油气层可以说每一个层都有自己的特点,解释技术和分析方法的普遍适用性较差,发现一层并不能代表该类层今后基本能评价准确;第三,低阻油气层区域分布特点不清晰,发现一层后很难带动一片的解释,有些解释的层就是因为考虑区域上低阻油气层的存在而按照低阻油层评价技术分析的,再次对低阻油气层测井评价技术的研究,不仅丰富了对低阻油气层的测井和地质认识,深化了低阻油气层的成因和分类,总结了新遇到的低阻油气层的测井响应特征,还立足于区域地质背景开展了低阻油气层测井评价技术和方案的研究,为低阻油气层测井评价技术的进步做出了一定的贡献。
参考文献
关键词:高矿化度含油污水;MBR微滤膜;膜污染过程
长庆油田属于特低压渗透油田,目前以水驱技术方式进行开采,利用油田采出水回注是解决油田环境污染的重要途径。油田采出水是成分十分复杂的废水[1],不仅含有大量残油,还含有一定数量的矿物盐、种类繁多的微生物细菌以及大量化学药剂等[2,3]。油田采出水主要组成大多为石油、SS、各种盐类、微生物以及添加的化学药剂等[4],由于油藏储层渗透率低,开采孔喉半径小,地层中含有的的成垢盐分、细菌以及注水中污染物等因素,极易导致油层堵塞。长庆油田为采出水处理普遍推广“自然除油罐+压力滤罐”技术方法存在除油效果较差、过滤器无法实现彻底反清洗、滤料始终不能恢复到最佳状态等问题[5]。MBR(膜生物反应器)技术具有高效、泥少、出水浓度低等优点[6],本文采用一体式MBR反应器(PVDF中空纤维膜),研究微滤膜在自来水、高矿化水以及油田采出水三种不同水质条件下受到石油类、悬浮物等污染的特性。
1试验材料
1.1试验用水
本章试验中共采用了三种含有不同浓度和种类污染物的用水开展试验,分别为:(1)自来水。(2)高矿化水:通过在自来水中加入10g/LCaCl2,10g/LMgCl2,1g/LNaCl,矿化度为10752mg/L。(3)高矿化含油水:将长庆油田(环三联站)采出水经过处理沉降后做为高矿化/悬浮物并含油试验用水。其水质含有大量悬浮物,并含有有机质、微生物及其他腐蚀成垢因子(机杂)。高矿化含油用水水质指标如表1。
1.2污泥
反应器在活性污泥条件下运行试验,活性污泥来自咸阳石化污水处。
2试验装置及原理
2.1实验装置
试验装置为一体式MBR装置,由柱形玻璃容器组成MBR反应器,内部采用管式中空纤维聚偏氟乙烯膜组件(PVDF)。反应器有效容积为10L,膜组件(PVDF)表面积0.3m2,膜丝内径3cm,膜丝孔径0.4um,临界膜通量为20L/m2.h。试验中通过蠕动泵抽吸膜孔通道控制出水。膜组件下方设有曝气管,曝气强度由气体流量计控制。工作流程如图1。
2.2试验原理及方法
试验原理及方法:膜受到污染后,跨膜压差会随着膜污染的强度和污染速率变化而变化,试验中利用跨膜压差的大小表征膜污染的强度,利用跨膜压差增长速率表征膜污染速率,通过测定跨膜压差大小研究不同水质情况下膜污染的强度和膜污染速率。试验过程中,维持反应器中污泥浓度6mg/L、操作温度14~17℃、曝气量0.35m3/h。更换不同的水质进行试验时,要对膜进行清洗处理,以保证试验初始时膜性能和条件保持一致。清洗方法:用纯水清洗,将微滤膜表面的沉积物去除,然后再分别用0.5mol/L的NaOH溶液、0.1mol/L的HCl溶液各清洗浸泡2小时,最后空曝气纯水反冲洗15分钟。
3试验结果与讨论
3.1无活性污泥条件下自配高矿化水对膜污染影响
通过对两种水质跨膜压差的测定,研究高矿化水质对膜通量的影响以及膜两侧离子浓度的变化。试验过程中采用同一膜,反应器中不加入活性污泥,产水通量均设置为17L/m2.h、试验温度相同均为14℃,全过程不进行曝气和反冲,经过48小时的抽吸水,每隔4小时分别测定膜过滤压差。(1)跨膜压差随时间的变化研究。在相同试验条件下,测得自来水和自配高矿化水两种水质48小时内膜过滤压差都没有变化,跨膜压差分别为5.3kpa、6.0kpa,可见,自配高矿化水中无机盐离子对膜污染有一定的贡献。如图2所示。(2)膜过滤前后离子浓度变化研究。自配高矿化水通过膜过滤前后离子浓度变化情况见表2。由表2中可以看出,膜过滤前后的溶液中无机盐离子浓度基本没有发生变化,各离子进出水浓度几乎相同,可见,微滤膜对仅含有无机盐的高矿化水质主要离子基本不存在去除效果。主要原因是由于自配高矿化水质中只含有可溶性的无机盐,没有有机物和其他悬浮物,因此可以自由通过微滤膜。
3.2长庆油田高矿化含油废水对膜污染影响研究
反应器中加入活性污泥,并同时进行曝气,分别以自来水、自配高矿化水、高矿化含油水(即高矿化/悬浮物水质)考察跨膜压差及膜产水通量随时间的变化。试验过程中使用同一个膜,污泥浓度为6g/L,曝气量为0.35m3/h,水温为14℃。测定自来水、自配高矿化水和高矿化含油水初始跨膜压差、稳定跨膜压差、膜初始通量、稳定膜产水通量见表3。从表3中可以看出,在蠕动泵同样抽吸的情况下,自来水、自配高矿化水和高矿化含油水三种水质条件下,膜稳定压差依次增大,到达稳定压差时膜的产水通量依次减小,表明无机盐类离子、油类物质、机杂加入活性污泥条件下,跨膜压差、膜产水通量变化情况分别见图4、图5。由图4和图5可以看出,三种不同水质在相同操作条件下跨膜压差变化规律均经历了跨膜压急速升高、缓慢增长和稳定平衡三个阶段,而膜产水通量则正好发生了相反的变化规律,经过了产水通量急速降低、缓慢减少、逐渐达到稳定平衡的三个阶段。因此,可以将膜受污染的过程划分为三个阶段:即急速污染阶段、缓慢污染阶段、稳定平衡阶段。第一阶段:急速污染阶段。这一阶段发生在膜过滤的最初阶段,主要表现为膜通量在短时间内急剧降低,膜快速受到污染。膜过滤的开始阶段,膜面压差处于最好的条件,试验混合液中的溶质、油类物质、机杂、胶体颗粒等开始在膜表面沉积,不能被曝气和搅拌所形成的膜表面剪切力带走的溶质、油类物质、胶体颗粒等大量沉积在膜表面,在蠕动泵的抽吸作用下吸附在膜孔内壁导致膜孔通道受到影响,导致跨膜压差快速升高、发生不可逆的快速膜污染。第二阶段:缓慢污染阶段。这一阶段主要表现为跨膜压差和膜产水通量变化速度均逐渐减缓,膜受到污染的速度下降,但膜受到的污染程度进一步累集变大。在第一阶段,油类物质、机杂、胶体颗粒在膜表面形成了沉积面层,在第二阶段中,污染物继续在膜表面以及沉积面层沉积,导致膜通过阻力进一步加大。在这一阶段内,膜表面截留积聚的溶质浓度升到高于反应池内的溶质浓度,从而导致溶质发生反向扩散运动,在这一阶段溶质的反向扩散和沉降逐渐形成新的平衡状态。这一阶段形成的膜污染多为可逆污染,在工程应用过程中,利用膜污染可逆性,研究合理的清洗的方法可以解决膜污染后通量下降或者无法继续使用的问题。第三阶段:稳定平衡阶段。这一阶段表现为跨膜压和膜产水通量下降速度大幅下降,甚至逐渐以某一稳定值状态出现。这一阶段中,沉积的主要是大颗粒的絮体,受到蠕动泵抽吸力的影响较小;并且膜表面经过前两个阶段的沉积、压密作用过程,致使膜表面沉积的污泥与反应器溶液污泥颗粒的扩散和沉降的速度达到平衡,跨膜压差和膜产水通量膜均达到稳定值,膜受到污染程度达到最大状态。
3.3高矿化度/悬浮物水质中含油与无油情况下膜过滤压差的变化
的膜过滤压差,并且压差增长数值逐渐增大,最大达到稳定。说明含油时水质对膜污染影响较大。图7说明油含量低于10mg/L时,对微滤膜影响较小;在油含量15mg/L时,膜压差变化较快。分析原因是油与悬浮物粘裹在一起形成粘度很大的含油污泥,在膜组件运行过程中,随着运行时间的延长,越来越多的污染物质就会沉积在膜表面,形成一个致密的“滤饼”,这个“滤饼”一方面会增加膜的渗透压力,使渗透液难以通过膜材料,造成膜操作压力逐渐升高,膜通量逐渐下降,另外,致密的沉积层常迫使水通过疏水膜成为渗透液,含油污泥留在膜表面,就会产生“浓度极化”,膜被严重污染,加上油分子还容易在疏水膜孔内聚结阻塞水通过,致使水通量急剧迅速降低,膜过滤压差增大,所以减小水质中的含油量是至关重要的一个因素。
4结论
(1)自配高矿化水中无机盐离子对膜污染有一定的贡献,微滤膜对仅含有无机盐的高矿化水质主要离子基本不存在去除效果。(2)长庆油田采出水处理后的高矿化含油水中含有的无机盐类离子、油类物质、机杂等均造成膜的孔径堵塞,对膜污染较大。膜污染过程分三个阶段:急速污染阶段、缓慢污染阶段、稳定平衡阶段。第二阶段形成的膜污染多为可逆污染,在工程应用过程中,利用膜污染的可逆特性,研究合理的化学清洗方法可以解决膜污染后通量下降问题。(3)含油含量对微滤膜污染有影响,含油污泥沉积层是造成膜堵塞的主要原因;含油量大于15mg/L时,高矿化度/悬浮物含油污水对膜污染影响明显。
参考文献
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[3]张翼,于婷,毕永慧,张玉洁.含油废水处理方法研究进展[J].2008,27(8),1155-1161.
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【关键词】地球化学;勘查新技术;应用
地球化学勘查诞生于二十世纪三十年代初,通过研究地球化学分散模式,根据分散模式所形成的地球化学异常去追踪和发现矿床。勘查地球化学继承了人类凭着经验用肉眼去观察矿化露头或矿化引起的蚀变标志进行直接找矿的传统,又凭借着分析技术,将辨认矿化直接信息的能力从人类肉眼的万分之几提高到百万分之几或亿分之几,使得对矿化信息的分辨能力大大提高。地球化学勘查采用科学的方法技术和地球化学异常的线索来找寻矿床,不断扩大其应用范围,它不仅可用于找矿,还可为解决环境污染、农业、畜牧业、地方病以及各种地质问题提供有价值的资料。以下本文将介绍地球化学勘查技术的的原理和发展现状及在不同地貌景观下的应用来探讨地球化学勘查新技术的应用情况和发展趋势。
1 地球化学勘查技术基本原理及发展现状
地球化学勘查称为地球化学找矿,简称为化探,顾名思义,就是利用化学方法进行找矿。具体地讲,地球化学勘查是研究元素在集中分散过程中于矿体周围各类物质中形成的地球化学异常与矿床的时间、空间的成因联系,研究各类介质中地球化学异常形成机制、影响因素、发现异常和解释评价异常的方法技术。以找矿为目的地球化学勘探必须查明与矿床有关元素在矿体及其形成原因。在查明与矿床有关的元素在矿体及其原生晕破坏之后,在各种景观条件下的活动规律,制定相应的工作方法,包括取样介质、加工方案、分析提取剂的选择等,以便发现矿床次生分散晕,追索矿体。
地球化学勘查现与地质勘查、地球物理勘查等并行,成为地质大学科中的一个重要分支。通过系统采集与测量地球及自然界天然物质,分析测试元素及其含量和地球化学性质,圈定与发现地球化学异常,进行综合评价与查证,进一步发现矿床。解释地球形成与演化过程中,元素的地球化学分布及其变化规律,揭示地球形成与演化过程元素的地球化学分布及其变化规律。研究地球的地球化学分布规律的发生、发展与人类生存的生态环境及其生态关系,进行生态环境评价,为改善人类的生态环境提供依据。
地球化学勘查是从组成地球的微观个体,即从元素出发,从地球化学角度研究地球,包括地质资源和生态环境两大领域相关的勘查活动,目的是了解地球的发生发展过程,利用地球生态与矿产资源,为人类的生存与发展服务。地球化学勘查的主要目的任务有四项,涵盖了地球化学勘查的区域、普查和详查等各个阶段:(1)发现与圈定各类地球化学异常,寻找和发现矿床。(2)研究和发现地球形成和演化过程中元素的分布自然规律与变化特点。(3)研究与发现元素的分布和丰度、却等变化规律与人类生存及发展的关系。(4)研究与发现地球在形成、演化过程中的元素富集与贫化、迁移与分散的规律性,进一步发现与成矿作用密切相关的区域成矿地球化学环境及其分布的规律。自从上世纪三十年代产生了地球化学勘查以来,找矿一直是其主要任务目标。随着时间推移、科技进步和人类需求扩大,地球化学勘查的目标主要为资源和环境两大领域,从以找矿为主,逐渐向地质及生态环境等多目标扩展。
2 森林沼泽区地球化学勘查新技术的应用
我国森林沼泽景观区主要分布在大兴安岭、小兴安岭、张广才岭和长白山区,面积约七十万平方千米,气候温和湿润,冻土冻结时间长,从而造成土层冷湿、通气状况不佳、生物化学作用受到很大抑制;有机物分解能力较弱,地表疏松层中保留了较多职务残体。同时,由于植被发育,水土保持良好,地表排水能力较差,地下水位较高,沼泽和湿地十分发育。长期影响化探效果的干扰物质为有机质,选择排除有机质干扰的办法,是在森林沼泽景观区进行化探工作的攻关点和难点。森林沼泽区异常查证最关键的是采样介质的选择。所选择的介质既要能够最直接地反映成矿信息,又应当是普遍存在并易于大规模开展的。注意土壤的分层结构、不同层位的物质组成、含量变化和存在形式。重视有机质对元素含量的干扰问题。采样粒级,应采用水系沉积物相同的粒级,在没有完全确定采样粒级的情况下,应依据土壤与下伏基岩的关系,采样粒级宜粗不宜细,样品以基岩风化碎屑为主。采样的难易程度与组合样点的关系就是样品的可靠性与代表性的关系。
3 半干旱、干旱地区地球化学勘查新技术的应用
半干旱、干旱荒漠区主要包括两种景观,即干旱荒漠戈壁残山景观和半干旱山地景观,主要分布在我国西北部。干旱半干旱地区的特点是受风沙干扰十分强烈,而化探技术必须要有效解决排除风积物和钙积层的干扰。通过筛选粒级来排除风尘沙子,了解由于次级景观条件和地区差异导致的采样粒级的差异性。加强元素在盐基层中迁移及聚集等方面的研究,为该景观地区的化探方法提供更合理的理论依据。该地区蒸发作用较强,盐类沉积物分布较多,以风蚀作用为主,物理风化和机械搬运作用强烈,化学风化起较弱作用,水系较短,水系沉积物颗粒较粗。采用地球化学勘探技术可以有效圈出地球化学异常,并与地质特征吻合,反映已知矿床的位置,对风尘沙子干扰有了足够的认识,采取了相应技术措施,并发现多处新矿床。
4 高寒干旱荒漠及湖沼丘陵区地球化学勘查新技术的应用
高寒干旱半干旱荒漠山地景观、高寒半湿润山地景观、高寒湖沼丘陵景观是高寒山区的三种特有景观。此地区地球化学勘查技术的重点是排除风积物干扰,采样时要注意样品代表性,土壤测量样必须是残坡积物,不能采集基岩中原始地球花谢信息遭到破坏的粘土化的物质。运用地球勘查技术可以采用矿物分离的方法研究各类物质与元素之间的关系,对细粒级元素富集的原因进行升入分析,对分离出的矿物样品进行鉴定,精确分析矿物含量和元素含量。通过地质体中元素分布和元素共生组合规律的研究,解决诸如区域构造分区与成矿作用的关系等基础地质问题。了解该区域地球化学环境的分布特征、分布规律与地质单元的关系,对成矿矿种和潜在资源量进行合理评价与确认。
5 石油天然气地球化学勘探技术
油气化探是石油天然气地球化学勘探的简称。石油天然气化学勘查技术利用石油天然气在形成和运移过程中,在岩体、水体、土壤、气体和生物体中留下的痕迹进行化学勘查,找出化学异常。将地球化学与地质学相结合,采用多种分析手段,利用有机质来源、有机质的显微组分组成、有机质元素组成、热解特征等指标来划分有机质类型,进而对烃源岩进行定性评价。利用地球化学勘查方法可以查找出油气源,确定生油层和储油层的特点,研究油气在形成、运移、集中、分散及破坏过程中在天然介质中留下的痕迹,成功寻找到可靠油气藏,对我国油气产生补充作用。
6 总结
地球化学勘查作为地学界的新兴学科,在认识与探索自然界和自然资源的过程中发挥着不可替代的作用,经过几十年的发展已经展现出它所拥有的强大生命力,并且还将以强进势头向前发展,在准确认识和把握自然规律、探测自然资源、区域分布规律、成矿环境、区域异常分布规律及各局部异常的资源潜力评价方面发挥更大作用。
[关键词]地质找矿 突破 创新 对策
[中图分类号] F416.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-8-19-1
1创新地质找矿思路
纵观地质找矿史,有很多找矿突破大多首先在认识上、思路上的突破,从而促成在实践活动中的突破。正所谓思路决定出路,以我国大庆油田为例,当时众多国内外地质学者认为中国贫油,贫油论风行一时。直至上世纪50年代初期,时任地质部长李四光先生一反常规,创新性的提出了找矿新思路,经过艰苦努力与奋斗,终在新中国建国十周年前夕突破了一个大型油气田,即大庆油田。
就地质找矿而言,它本身就属于一个反复认识、反复实践的过程,只有不断总结、创新思想与理论,才能够为地质找矿工作提供正确的指导意见。当前我国地质找矿形势较为严峻,如果没有形成新的思路,将很难在西部、海域等地质空白处开展找矿工作,所以我们要不断对前人经验反复总结、对找矿过程中出现的问题各个击破,不断探求新的地质找矿思路。
2创新找矿方法技术
在地质找矿工作中,我们应对地质地理、物理、化学、生物等理论与实验测试技术加以综合运用,实现科学与技术、室内与野外工作、调查与研究、宏观思维与微观认识的一体化,不断突破技术瓶颈,创新找矿技术方法。
2.1重视勘查模型
优秀的找矿模型能够为找矿技术路线提供有力支持,在地质找矿工作当中是重要的找矿基础。正因如此,我们必须要对勘查模型予以重视并不断创新,充分的了解和掌握地质结构、成矿作用等资料,切实加强理论与模型的研究与探索。
2.2重视物化探工作
众所周知,在地质找矿工作当中物化探工作起到了非常重要的作用。预查阶段通过物化探能够定位找矿靶区;普查阶段可以发现矿体、进行判断评价;勘探阶段应用物化探能够缩短勘探周期,节约勘探成本。正由于物化探工作贯穿在整个地质找矿工作当中,因此我们必须要对物化探工作进行深入的研究。
3创新找矿的整体部署
现阶段,我国地质工作处于机制转换、队伍调整的重要阶段,急于求成,没有对地质理论及找矿规律进行研究,不重视找矿前期的地质调查及相关普查工作,大量的矿产勘查工作没有在进行科学部署的前提下开展工作,从而导致一些成矿带上期安排项目结束之后后续勘查跟不上节奏的现象。因此,只有加强地质找矿工作的找矿部署,对找矿布局结构加以创新才能够确保地质找矿工作顺利、有序的开展。
3.1调整找矿结构布局
对全国的地质工作进行统一规划,避免出现重复、分散的现象,对找矿结构、布局进行正确引导语调整。
3.2遴选重点项目
将有突破前景的重点勘查项目遴选,重点突出成矿区及主要矿种,进一步完善矿产勘查布局。
3.3完善市场准入制度、加强监督
勘查市场准入需不断完善地质勘查标准规范,相关部门要加强业务指导与监督工作;同事对于在地质找矿工作中的调查、普查、相差、勘查、勘探等具体环节要进行科学、合理的部署。
4创新找矿运行机制
4.1加大财政投入
对于商业性地质找矿而言当前仍处于起步阶段,因此资本投资矿产勘查不足、供需矛盾突出成为了现阶段的主要矛盾。对此,政府应采取有效措施加强基础地质调查、前期勘查的资金投入支持,为商业性地质找矿提供靶区、明确方向,合理引导其他资本投资进行找矿。
4.2维护探矿者权益
完善法律法规、政策体系,形成风险低、利润高、有保障的探矿环境能够更加明确、有效的维护探矿者权益。例如在解决两权分割的问题上,首先应确保探矿权向采矿权的平稳过渡,落实采矿优先权,从而让矿产勘查吸引到更多资本的投资。其次,对新出资形成的矿产地权益出让、收益分配制度也应该予以完善,例如保护探矿者权益、支持矿产勘查,从而充分调动探矿者的积极性。
4.3拓宽找矿资金渠道
法律法规允许、国家产业政策支持的基础上对于国家继续的矿产项目,相关政策性银行应该对从事地质勘查单位的贷款持积极态度,并且执行优惠政策与利率。同时,鉴于矿业的特殊性,政府有关部门应该加大研究力度,制定出一套集矿产勘查、开发为一体的境外矿业公司境内上市法律条款,并积极探索和发展出一条通矿业权市场相适应的资本市场,拓宽找矿资金渠道,实现我国地质找矿的新突破。
以安徽省地质矿产局为例,该局全局地质勘查技术人员中有468人,物化探专业345人,探矿工程专业131人。现阶段在地质找矿工作中仍然运用较为传统的地质勘查方法、成矿理论进开展地质找矿工作,截止到2010年,该局探矿权约300处,其中优质矿区权少,好矿、大矿更少。
但是通过改革创新,安徽省地质矿产局首先提请政府进行立法,对矿权进行了合理配置并积极协调和改善找矿勘查工作的外部环境,对地质勘探单位实现找矿突破提供了良好的外部环境。其次,安徽省地质矿产局通过采取激烈措施,大力开展地质找矿专业队伍建设,并对原有仪器升级改造、更新换代,提高了深部找矿的需求,在一定程度上极大的提高了找矿工作的水平与效率。另外,该局通过整体规划部署,对地质勘查工作进行了科学合理的部署,同时加大了境外地质勘查工作力度,充分利用国内外两种资源、两个市场,为地质找矿工作提供了有力保障,进而也取得了良好效果。
5结语
地质找矿从某种程度上来说是一个非常复杂而又艰难的工作,在这项工作当中将会遇到很多的问题与麻烦。因此我们必须要具有足够的决心、耐心、信心打持久战、攻坚战,不断发现问题、总结经验、创新思路,迎难而上。总而言之,实现地质找矿的新突破,必须要从整体出发,多角度、多层次进行深入的探索,对找矿过程中所遇到的各类问题加以深入的研究与探索,从而为我国社会经济的可持续发展提供有力的矿产资源保障。
参考文献
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