真空光镊系统及其在精密测量中的研究进展

光镊具有非接触、低损伤和适用范围广等特性,被广泛应用于生命科学、纳米科技等领域。光镊系统通过调制束缚光场操控机械振子的运动,借助光动量和角动量的检测获取振子的运动状态,以实现对振子物理参量的精密测量。与传统液体光镊系统不同,真空光镊系统中的机械振子可获得与外界环境近乎完全隔离的状态,具有超高灵敏度的探测能力,是精密测量和基础物理研究的理想平台。首先介绍了真空光镊系统相关的基础理论,然后介绍了真空光镊系统的实验配置方案及其在精密测量中的典型应用,最后总结了真空光镊系统的发展现状,并给出了未来的发展建议。     

悬浮光力传感技术研究进展(特邀)EI北大核心CSCD

悬浮光力传感技术利用真空环境的光阱实现对微纳尺度机械振子的悬浮和囚禁,将待测物理量转换为光悬浮机械振子运动参数的变化,理论上该振子与外部环境热噪声和振动完全隔绝,具有极高的测量分辨率潜力和易于小型化的独特优势。该技术在精密测量、微观热力学研究、暗物质观测、宏观量子态操控等领域具有广阔的应用前景。首先,阐述了悬浮光力系统中光力与光阱的基础概念和力学测量等基本理论;其次,介绍了其中初始起支、光力增强、位移测量、输出信号标定和等效反馈冷却等关键技术的研究进展,对比分析各子技术的特点,随后列举了悬浮光力传感技术在极弱力、加速度、微观质量、电学量、力矩等物理量测量中的典型应用;最后,总结了该技术的发展趋势,并提出相关建议。     

陆相页岩储层横观各向同性地应力测井预测——以新疆MH凹陷F组陆相页岩油储层为例

以新疆MH凹陷F组陆相页岩油储层为研究对象,开展了不同角度岩样声波波速测试以及单三轴压缩测试,分析并计算了研究区页岩油储层地层压力及构造应变系数,对比了使用均质体地应力模型（黄氏模型及组合弹簧模型）与横观各向同性地应力模型计算水平地应力效果。结果表明：0°、45°及90°方向岩样声波波速差异明显,体现出较强的各向异性特征;岩样破坏形态以脆性破坏为主,90°方向岩样抗压强度、弹性模量以及泊松比明显大于0°方向岩样力学参数值;横观各向同性地应力模型计算水平最小、最大地应力结果与实测地应力相对误差仅为1.79%、5.00%,相对于均质地层的组合弹簧模型和黄氏模型而言精度更高。因此,使用横观各向同性地应力模型计算陆相页岩油储层地应力有更好的效果,对于压裂层段优选、钻井安全钻进等均具有重要意义。     

玛湖凹陷三叠系百口泉组砂砾岩中砾石磨圆度定量表征

砾石磨圆度表征对分析砂砾岩地层的沉积相具有重要意义。通过砾石颗粒截面面积和周长2个参数计算得到的砾石的磨圆度值,进一步数值标准化后进行磨圆度定量表征,以研究玛湖凹陷三叠系百口泉组砂砾岩磨圆度特征,进而分析其沉积相。研究结果表明：①砾石磨圆度测量过程包括划分测量单元、砾石图像提取和形态参数计算等3个步骤,然后进行去扁化磨圆度定量计算,最后进行磨圆度定量分级。②玛15井第2回次取心砾石的磨圆度整体较第3回次取心好,2次取心圆球形和椭球形砾石占比分别为19.89%和38.98%。第2回次取心砾石Rdn值呈减小趋势,磨圆度整体向上变差,从次圆状变为次棱—次圆状;第3回次取心砾石Rdn值从下部向上逐渐变大,磨圆度整体向上变好,从次棱角状变为次棱—次圆状。③玛15井百二段从底到顶,沉积相从三角洲平原季节性辫状河道过渡为三角洲平原常年性辫状河道,与砾石磨圆度由次棱变为次棱—次圆的变化相对应。     

准噶尔盆地东部白家海凸起天然气轻烃地球化学特征

准噶尔盆地东部白家海凸起天然气成藏条件优越,但目前勘探程度较低。由于研究区气样少,加之天然气成分简单,可用的判别参数有限,天然气的成因来源判别难度较大,制约了该区的天然气勘探。基于轻烃色谱分析,利用与白家海凸起天然气伴生的C_5-7轻烃化合物,系统探讨了天然气的成熟度、成因来源和可能的次生改造。结果表明：研究区天然气整体进入成熟阶段,等效镜质体反射率为1.12%～1.48%,平均为1.33%。在研究区识别了2类天然气：第一类为煤成气,来自下石炭统松喀尔苏组腐殖型烃源岩,构成了该区天然气的主体;第二类为油型气,来自下二叠统平地泉组咸水湖相烃源岩。研究区天然气基本未遭受生物降解、水洗和蒸发分馏等常见次生改造作用的影响,说明白家海凸起具备较好的天然气保存条件,是准噶尔盆地今后值得持续关注的天然气勘探重要接替领域。     

塔里木盆地中部深层-超深层地震波组特征及其地质意义

塔里木盆地中部深层、超深层是目前油气勘探的重要领域。随着油气勘探向超深层推进,早期建立的对波组特征及其地质意义的认识已经不能满足需要,迫切需要进行系统性的重新认识。基于最新的超深井实钻资料和高精度三维地震资料,通过合成地震记录井-震标定及连井地震大剖面追踪解释,对深层、超深层地震反射波组进行了准确标定,明确其地层含义并厘定了关键标志层。同时重点对中寒武统含膏岩系盖层、中、下寒武统生-储-盖组合及顺托果勒地区"串珠"反射等关乎超深层油气勘探的重点问题展开了进一步探讨,表明:(1)盆地中部以下古生界为主的深层、超深层整体上具有"六强、七弱、三中等、一杂乱"的地震反射波组特征,与地层岩性、地层速度的纵向分层特征一致。(2)中寒武统膏盐岩增强了地层波速的垂向非均一性,膏盐岩含量越高,地震反射波组振幅越强。中寒武统膏盐岩含量存在区域分布差异:塔中膏盐岩含量最高;轮南低凸起轮探1井区不发育纯膏盐岩;顺托果勒及顺南地区,中寒武统膏岩盐主要发在育沙依里克组,以强振幅反射波组和"云雾状"反射波组的局部增厚、褶皱变形或断层错断处显著减薄等现象为识别标志。(3)中、下寒武统生-储-盖组合广泛分布于塔北南斜坡...     

陆相页岩储层横观各向同性地应力测井预测

以新疆MH凹陷F组陆相页岩油储层为研究对象,开展了不同角度岩样声波波速测试以及单三轴压缩测试,分析并计算了研究区页岩油储层地层压力及构造应变系数,对比了使用均质体地应力模型（黄氏模型及组合弹簧模型）与横观各向同性地应力模型计算水平地应力效果。结果表明：0°、45°及90°方向岩样声波波速差异明显,体现出较强的各向异性特征;岩样破坏形态以脆性破坏为主,90°方向岩样抗压强度、弹性模量以及泊松比明显大于0°方向岩样力学参数值;横观各向同性地应力模型计算水平最小、最大地应力结果与实测地应力相对误差仅为1.79%、5.00%,相对于均质地层的组合弹簧模型和黄氏模型而言精度更高。因此,使用横观各向同性地应力模型计算陆相页岩油储层地应力有更好的效果,对于压裂层段优选、钻井安全钻进等均具有重要意义。     

考虑水化损伤作用的页岩动态自吸模型

页岩自吸作用是影响其钻井、压裂等工程措施的重要基础现象。不同于砂岩、碳酸盐岩地层，页岩黏土矿物发育，水相介质侵入页岩后与黏土接触诱发水化结构损伤，促进自吸。因此，若忽略自吸过程中的水化损伤，不符合页岩实际吸水状态，从而影响钻完井工程设计。为此，基于室内试验手段，建立了水化结构损伤定量表征方法，并以水化损伤演变规律为依据，在建立动态自吸毛细管力与动态迂曲度计算公式的基础上，构建了页岩动态自吸模型。页岩动态自吸模型预测的自吸曲线与实际自吸曲线吻合程度较好，验证了所构建模型的准确性。利用所构建的页岩动态自吸模型系统分析了影响页岩动态自吸的因素，结果表明，水化作用对页岩自吸具有显著促进作用。在强水化作用下，页岩孔隙度增大、迂曲度降低，具备更强的驱动力与更小的流动阻力，导致自吸量与自吸速率明显增大，表明水化损伤是影响页岩自吸的主要因素。研究结果深化了对页岩自吸机制的认识，为页岩地层钻完井工程制定合理技术措施提供了理论依据。     

陆相页岩储集层岩石力学特性及能量演化特征

以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组陆相页岩储集层为研究对象，岩性分别为白云岩、泥质白云岩、白云质泥岩、白云质粉砂岩和粉砂岩，通过室内力学实验，研究了陆相页岩储集层岩石力学特性及能量演化规律。结果表明，陆相页岩储集层不同岩性岩石力学特性存在较明显差异，白云岩、白云质粉砂岩、粉砂岩、泥质白云岩和白云质泥岩的抗压强度分别为112.09 MPa、98.20 MPa、85.98 MPa、81.28 MPa和58.30 MPa；随着围压增大，陆相页岩储集层岩石脆性减弱，延性增强；陆相页岩储集层不同岩性岩样在峰值强度处的能量大小不同，反映不同岩性岩样间存在较强的非均质性，此外，三轴压缩条件下，相同岩性岩石弹性能、耗散能和总能量都大于单轴压缩条件。