武漢巖土所珊瑚礁灰巖孔隙網絡結構量化表征研究獲進展

　　珊瑚礁是造礁石珊瑚群體死亡后，其殘骸經過漫長的地質作用形成的巖土體，具有明顯的二元沉積結構，上部為松散的珊瑚礁砂，下部為礁灰巖。作為珊瑚礁主體的礁灰巖，具有明顯區別于常規陸源巖體的成巖作用類型。該成巖作用以生物化學膠結、重力壓密及后期的冷變質作用為主，而陸源巖石是以高溫、高壓成巖作用為主，因此珊瑚礁巖體以多孔、低強度、脆性為特征，具有明顯的地貌差異性和沉積分帶性。

　　礁灰巖作為多孔介質，其賦水及滲透特性不同于常規陸源巖石。對于基質堅硬且致密的陸源巖石，其巖塊中雖含有細小的孔隙，但與裂隙的導水能力相比，孔隙網絡的滲透性微弱，因而對于該種類型的巖石，裂隙網絡是其主要滲流通道。而對于礁灰巖類的多孔介質巖石，孔隙網絡是不可忽視的流體賦存及流動空間。

　　中國科學院武漢巖土力學研究所海洋與環境巖土工程中心基于X射線顯微CT掃描技術，對礁海相生物成因的礁灰巖的孔隙結構進行微觀表征研究，并與陸源河流相沉積砂巖對比。借助最大球算法，研究建立三維重構模型表征單元體的空間孔隙網絡模型，對孔喉結構進行定量分析。結果表明，礁灰巖相比于砂巖，孔隙結構具有較強的不均勻性，逐層面孔隙大、逐層面孔隙率波動幅值高；礁灰巖中的孔隙以中孔（0.0625mm-4mm）為主，中孔占比均大于85%；礁灰巖的孔隙及喉道均為偏三角形的不規則形態，巖芯的結構類型和孔隙率對孔隙及喉道形狀的影響較小；表征單元體中孔隙體積平均值高于喉道體積平均值一個數量級；不同類型礁灰巖的孔喉尺寸的頻率分布差異較大。礁灰巖孔隙平均配位數為1。研究獲得的礁灰巖微觀孔隙結構可為分析礁灰巖的滲透性和組構的沉積演化奠定理論基礎。

　　研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金及湖北省自然科學基金的支持。

　　論文鏈接 

圖1.珊瑚礁灰巖及砂巖測試樣品

圖2.表征單元體三維重構（REV）

圖3.表征單元體及其孔隙網絡結構模型

圖4.表征單元體孔隙及喉道相關參數頻率分布