2024年 03期

摘要(Abstract)：

为了表征和刻画岩溶介质空隙结构的复杂性和非均质性，以济南泉域为例，基于岩心的计算机断层扫描图像、压汞实验结果和节理裂隙测量等数据，采用图像二值化处理、分形维数理论和数理统计方法，识别济南泉域岩溶含水介质结构特征，分析含水介质岩溶发育程度及其影响因素。结果表明：研究区内炒米店组、北庵庄组和三山子组a段为岩溶发育程度相对更好的含水层组；炒米店组优势节理集中，岩溶发育优于马家沟群的；炒米店组与三山子组a段的岩溶连通性更优，储水性更好；北庵庄组、三山子组a段的分形维数均明显大于其他层组的，岩溶发育程度分形指数评价均为非常发育；北庵庄组和炒米店组岩石相对溶解度较高，三山子组a段可溶性矿物含量较多，受水流侵蚀更易发育溶蚀裂隙、溶孔或溶洞。

关键词(KeyWords)： 岩溶发育;含水介质特征;计算机断层扫描;分形理论;济南泉域

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(42272288,41772257)

作者(Author): 王榕臻，邢立亭，邓兴，于苗，袁学圣

DOI: 10.13349/j.cnki.jdxbn.20240305.001

参考文献(References)：

[1] 侯新文, 邢立亭, 孙蓓蓓, 等. 济南市岩溶水系统分级及市区与东西郊的水力联系[J]. 济南大学学报( 自然科学版), 2014, 28(4): 300.

[2] 邢立亭, 李常锁, 周娟, 等. 济南泉域岩溶径流通道特征[J]. 科学技术与工程, 2017, 17(17): 57.

[3] 周娟. 济南岩溶大泉排泄区渗流场特征研究[D]. 济南: 济南大学, 2016: 42-44.

[4] 孟庆晗, 王鑫, 邢立亭, 等. 济南四大泉群补给来源差异性研究[J]. 水文地质工程地质, 2020, 47(1): 37.

[5] ZHOU Y, JI Y L, XU L M, et al. Controls on reservoir heterogeneity of tight sand oil reservoirs in Upper Triassic Yanchang Formation in Longdong Area, Southwest Ordos Basin, China: implications for reservoir quality prediction and oil accumulation [J]. Marine and Petroleum Geology, 2016, 78: 110.

[6] PURCELL W R. Capillary pressures: their measurement using mercury and the calculation of permeability therefrom[J]. Journal of Petroleum Technology, 1949, 186(2): 39.

[7] RAYNAUD S, FABRE D, MAZEROLLE F, et al. Analysis of the internal structure of rocks and characterization of mechanical deformation by a non-destructive method: X-ray tomodensitometry [J]. Tectonophysics, 1989, 159(1 / 2): 149.

[8] BÜYÜKÖZTÜRK O. Imaging of concrete structures[J]. NDT & EInternational, 1998, 31(4): 233.

[9] 杨更社, 谢定义, 张长庆, 等. 岩石损伤特性的 CT 识别[J].岩石力学与工程学报, 1996, 15(1): 48.

[10] 彭瑞东, 杨彦从, 鞠杨, 等. 基于灰度 CT 图像的岩石孔隙分形维数计算[J]. 科学通报, 2011, 56(26): 2256.

[11] 戚利荣, 王家鼎, 张登飞, 等. 冻融循环作用下花岗岩损伤的宏微观尺度研究[J]. 水文地质工程地质, 2021, 48(5): 65.

[12] 王晨晨, 姚军, 杨永飞, 等. 基于 CT 扫描法构建数字岩心的分辨率选取研究[J]. 科学技术与工程, 2013, 13(4): 1049.

[13] 郭雪晶, 何顺利, 陈胜, 等. 基于纳米 CT 及数字岩心的页岩孔隙微观结构及分布特征研究[J]. 中国煤炭地质, 2016, 28(2): 28.

[14] LIANG Z J, WANG C S, ZHOU Y. Analysis of seepage characteristics of complex pore structure rock by digital core method[J]. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2020, 55: 756.

[15] ARZILLI F, CILONA A, MANCINI L, et al. Using synchrotron X-ray microtomography to characterize the pore network of reservoir rocks: a case study on carbonates[J]. Advances in Water Resources, 2016, 95: 254.

[16] HUANG C Z, ZHANG X D, LIU S, et al. Construction of pore structure and lithology of digital rock physics based on laboratory experiments[J]. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 2021, 11(5): 2113.

[17] 李苍松. 岩溶地质分形预报方法的应用研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2006: 9-24.

[18] 向杰. 基于 CT 扫描试验的砒砂岩孔隙分布特征研究[J]. 人民黄河, 2020, 42(5): 112.

[19] 杨坤, 王付勇, 曾繁超, 等. 基于数字岩心分形特征的渗透率预测方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(4): 1003.

[20] 龙艳梅, 宋章, 王玉峰, 等. 基于物理模型试验的碎屑流流态化运动特征分析[J]. 水文地质工程地质, 2022, 49(1): 126.

[21] 张娜. 分形函数图像的 Hausdorff 维数[D]. 杭州: 浙江大学, 2018: 17-18.

[22] 陈玮胤, 姜波, 屈争辉, 等. 碎裂煤显微裂隙分形结构及其孔渗特征[J]. 煤田地质与勘探, 2012, 40(2): 31.

[23] FERANIE S, SASMITA D, LATIEF F D E. Investigation of 3D fractal dimension sensitivity on 3D fracture parameter[J]. Journal of Physics Conference Series, 2019, 1280(2): 022056.

[24] 王鲜霞, 王彩贤, 隋丽丽. 岩石介质的分形空隙模型及其维数解析[J]. 中北大学学报(自然科学版), 2012, 33(1): 79.

[25] 上官禾林. 基于压汞法的油页岩孔隙特征的研究[D]. 太原: 太原理工大学, 2014: 15-17.

[26] 杨彦从, 彭瑞东, 周宏伟. 三维空间数字图像的分形维数计算方法[J]. 中国矿业大学学报, 2009, 38(2): 251.

[27] 徐军祥, 李常锁, 邢立亭, 等. 济南泉水及其保护[M]. 北京: 地质出版社, 2020: 11-18.

[28] 徐军祥, 邢立亭, 魏鲁峰, 等. 济南岩溶水系统研究[M].北京: 冶金工业出版社, 2012: 42-43.

[29] 何宇彬, 金玉璋, 李康. 碳酸盐岩溶蚀机理研究[J]. 中国岩溶, 1984(2): 17.

[30] 武鑫, 王艺霖, 黄敬军, 等. 徐州地区碳酸盐岩溶蚀特征及影响因素分析[J]. 地质科技情报, 2019, 38(3): 120.

[31] 张人权, 梁杏, 靳孟贵, 等. 水文地质学基础[M]. 6 版. 北京: 地质出版社, 2011: 144-145.

[32] 曹倩倩. 济南四大泉群水化学动态的差异性特征研究[D]. 济南: 济南大学, 2020: 30-31.