[发明专利]一种泥质沉积物埋藏演化过程的模拟方法

摘要

本发明提供了一种泥质沉积物埋藏演化过程的模拟方法，以淤泥为实验起点，在制定合理增温增压方案的基础上，运用现代先进的原位监测技术，并配合自动化技术，动态监测实验过程中水、矿、气、有机质和微生物指标的变化规律，不仅可以在实验室有限时间内重溯泥质沉积物埋藏演化这一漫长的地质过程，更重要的是可通过模拟过程中各指标的变化规律来揭示演化过程中的水‑矿‑气‑微生物相互作用机理，建立相应的作用模型，从而定量评价淤泥释水固结为粘土隔水层(或粘土透镜体)过程对含水层水量和水质的贡献。

主权项

一种泥质沉积物埋藏演化过程的模拟方法，其特征在于包括以下步骤：(1)实验装置装配：装配2个以上实验装置，每个实验装置包括伺服加压装置、压力室和气液收集装置，所述伺服加压装置包括安装有减速器的伺服电机，所述减速器通过丝杠与压力传感器连接，所述伺服电机与PC机或单片机连接；所述压力室上端设有与伺服电机连接的密封施压部件，压力室的下端设有密封部件，压力室的内部置有用于填充样品的样品室，样品室内从上到下依次放置有滤膜和聚四氟乙烯滤网，样品室的下端设有倒圆台形排水槽，排水头连接有螺纹接头，螺纹接头穿过压力室下端的密封部件与气液收集装置通过毛细管连通，压力室的侧壁内设有用于填充液体介质的通过热电偶加热的加热室，所述热电偶的接线穿过压力室的外壁接出并与温控加热装置连接，压力室的侧壁设有连通压力室外和样品室的一组探测孔口，各探测孔口设有电子探针，压力室的外壁设有保温层，压力室内设有无线温度传感器；所述气液收集装置包括与螺纹接头连接的毛细管，所述毛细管上安装有压力表、流体流量控制器以及重力式气液分离器，所述重力式气液分离器的入口与毛细管连通，重力式气液分离器的出气孔和出液孔与气体‑液体收集装置连通；气体‑液体收集装置连接有气体监测装置和液体监测装置，压力室外设置有CT；(2)样品采集：选定自然水体底部作为淤泥采样点，分别实施钻探，采集表面淤泥，并在深部粘土层的不同深度采集沉积物样品，将表面淤泥分为2组以上，作为2组以上对比实验样品，将深部粘土层的各深度采集的沉积物样品，作为2组以上天然地质样品，每组天然地质样品对应一个深度采集的沉积物样品；所述自然水体底部为海底、湖底和河底中的一种；(3)样品初测：对每组对比实验样品和天然地质样品进行孔隙结构、孔隙水、矿物、有机物和微生物指标定量表征；(4)样品制备：将每组对比实验样品冷冻密封保存，并使每组天然地质样品均与样品室的尺寸匹配；(5)样品装填：将每组对比实验样品的外层刮去，分别放置于一个实验装置的样品室中，在各实验装置的样品室中分别加入酸性溶液、碱性溶液和有机碳中的一种或多种的混合物，以模拟不同地质背景条件下泥质沉积物埋藏过程中地球化学演化的差异；(6)增温增压：对于每一个实验装置，利用其温控加热装置对样品室升温，利用伺服加压装置对样品室加压；(7)液体、气体收集：对于每个实验装置，将样品室中产生的气体和液体通过毛细管导入重力式气液分离器，分离后的气体和液体进入气体‑液体收集装置；(8)在线监测图像和数据：对于每个实验装置，利用电子探针实时监测对比实验样品的矿物化学成分、矿物表面形貌和部分微生物类型，利用无线温度传感器实时监测对比实验样品的温度，利用压力表实时监测对比实验样品的压力，利用气体监测装置实时监测对比实验样品的气体元素组成、气体成分和气体含量，利用液体监测装置实时监测对比实验样品的液体流量、电导率和pH，并根据液体流量计算含水率，利用CT实时监测对比实验样品的孔隙结构，将上述图像和数据采集和存储；(9)检测固体样品数据：对于每组对比实验样品，取样品室中留存的固体淤泥，利用TOC分析仪对对比实验样品的总有机碳含量进行测定，通过宏基因组测序，获得对比实验样品的微生物群落结构；(10)将步骤(8)和步骤(9)获得的图像、数据及固体样品数据与5组天然地质样品对比，以重现淤泥的地质演化过程。