[发明专利]研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法及装置

说明书

本公开提供的研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法及装置，包括：将若干碳酸盐岩试块分层堆叠形成堆叠体，在其中设置管道；向堆叠体表面渗入酸液，测定反应后酸液中Ca²⁺和Mg²⁺的浓度；在反应后的管道入口端通入标定液，测定管道出口端流量，计算管道流量损失；将酸蚀反应后的堆叠体按照堆叠顺序拆分，称重并获取各试块的表面结构特征；利用三维建模方法重构堆叠体；重复上述步骤，分析得到碳酸盐岩溶蚀特征的时空演化规律。本公开通过“整体酸蚀+拆分测试”的思路，探究孔隙、裂隙、溶洞等在岩溶过程中的作用，解决了大尺寸岩样内部结构溶蚀演化规律难以获取的问题。

技术领域

本公开涉及地质分析技术领域，特别涉及一种研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法及装置。

背景技术

岩溶，是受控于岩性、岩体构造特征、水文地质条件等多种因素的复杂化学过程，其中，可溶岩是岩溶发育的物质基础，水文地质条件是岩溶发育的必要条件，而孔隙、裂隙、节理、管道等天然存在的岩体构造不仅对水文地质条件起到决定性作用，更主导了岩溶非均质性发育的方向。岩溶演化的特异性导致不同岩溶区的构造薄弱位置千差万别，进而形成了多样化的破坏特征，对岩溶区地质灾害的防治技术提出了较高要求。

为获取构造特征对岩溶发育特征及演化规律的相关关系，目前主要存在两类研究思路，其一，对出露于地表的节理等构造进行数理统计分析进而探究其对溶蚀过程的影响，其二，在小尺度碳酸盐岩试样(最大尺寸小于100mm)表面预制裂隙等构造，通过试样质量损失率等参数的变化规律反映不同构造变量控制下的溶蚀效果，进而探究其对溶蚀过程的影响。上述思路的共同缺点在于仅能研究表面构造，岩体内部构造特征的影响难以确定，且以质量损失率等常规参数确定溶蚀效果的评价体系也较为单一。

随着CT技术的不断普及，岩体内部构造特征获取的技术问题得到了一定程度的解决，但是CT技术伴随着造价较高、对试样尺寸存在限制、扫描精度随试样尺寸上升而下降、扫描噪声难以消除等缺陷。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供的研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法，包括：

S1：将多个碳酸盐岩试块分层堆叠形成碳酸盐岩堆叠体，获取每个碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置，在碳酸盐岩堆叠体中设有由贯穿碳酸盐岩堆叠体的通孔所形成的管道，且管道具有入口端和出口端；

S2：对碳酸盐岩堆叠体表面的裂缝流量进行标定，以确定碳酸盐岩堆叠体表面的酸液入渗流量；

S3：按照酸液入渗流量使酸液通过碳酸盐岩堆叠体表面向内入渗，以发生酸蚀反应，待碳酸盐岩堆叠体与酸液接触的各表面均无气泡产生后，测定反应后酸液中的Ca²⁺和Mg²⁺的浓度；

S4：在酸蚀反应后的管道入口端通入标定液，测定管道出口端的流量，计算管道流量损失；

S5：确定酸蚀反应后各碳酸盐岩试块在碳酸盐岩堆叠体中的位置；

S6：将酸蚀反应后的碳酸盐岩堆叠体按照堆叠顺序拆分成各碳酸盐岩试块，清洗各碳酸盐岩试块表面的反应残留物，阴干后称取各碳酸盐岩试块的重量并获取各碳酸盐岩试块的表面结构特征；

S7：利用三维建模方法重构碳酸盐岩堆叠体；

S8：不断重复步骤S2～步骤S7，得到碳酸盐岩试块的质量损失、表面结构特征，碳酸盐岩堆叠体经酸蚀反应后溶出的Ca²⁺、Mg²⁺浓度，以及管道流量损失随溶蚀发展的变化规律，分析后得到盐酸岩盐溶蚀特征的时空演化规律。

本公开第一方面实施例提供的研究碳酸盐岩溶蚀特征时空演化规律的试验方法，具有以下特点及有益效果：