지질 환경의 제약을 받아 천연 암석은 종종 비균일성과 비등방성의 특징을 가지고 있으며, 암석의 물리적 성질은 그 열물리적 성질을 분석하고 판단하는 근거이다.
비중 (1): 4 C 에서 암석 고체 입자의 무게와 같은 부피수의 무게의 비율을 암석의 비중 (δ) 이라고 합니다.
베이징의 얕은 지열 에너지 자원
형식 중: w 는 절대적으로 건조한 암석의 무게입니다.
대--건조 중량이 w 일 때 암석의 고체 입자의 부피;
Rω- 4 ℃에서의 물의 부피 밀도.
(2) 볼륨 밀도:
암석 단위 부피의 무게를 용중량이라고 하며, 서로 다른 수분 상태에 따라 건용중량, 자연용중량, 포화용중량으로 나눌 수 있다.
일반적으로 건조 벌크 밀도 (rd) 를 벌크 밀도의 평가 지표 (단위: KG/M3) 로 사용합니다.
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그 중: v- 암석 부피;
G- 암석의 무게.
(3) 다공성:
총 암석 부피에 대한 암석 기공 부피의 백분율 (n):
베이징의 얕은 지열 에너지 자원
형식 중: v δ--암석의 기공 부피;
V- 암석의 총 부피.
(4) 공극비:
암석의 공극 부피와 고체 입자 부피의 비율을 공극비 (ξ) 라고 합니다. 다공성 비 ξ는 다공성에 의해 직접 계산될 수 있습니다.
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토양의 주요 물리적 특성
(1) 토양의 무게와 수분 함량: 토양의 비중 △s, 자연용중량 γ, 건용중량 rd, 자연수분 함량 ω 를 자주 테스트합니다.
(2) 토양의 입자 조성.
(3) 토양의 수력 특성: 토양과 물의 상호 작용에 의해 나타나는 일련의 성질로, 토양의 가소성, 팽창성, 수축성을 포함한다.
표 1- 1 자갈 토양 분류
표 1-2 사토 및 점토분류
참고: ① 모래의 이름을 지정할 때는 입자 크기에 따라 그룹화해야 하며, 큰 것부터 작은 것까지 첫 번째 요구 사항을 충족해야 합니다. 입자 크기가 0.005mm 미만인 입자 함량이 총 중량의 10% 를 초과할 경우 "미세 모래 클립 점성 토양" 과 같은 혼합 토양의 이름을 지정합니다.
② 모래 미사의 공학적 성질은 미사에 가깝다.
③ 점성 분토 (또는 Ip < 12 의 저소성토) 의 명명은 Ip 명명이 입자 명명과 모순될 경우 입자 명명이 우선한다.
4 가소성 지수 결정, 액체 한계는 76g 원추계의 깊이 10mm 을 기준으로 해야 합니다. 플라스틱 한계는 마찰법을 기준으로 한다.
⑤ 유기물 함량 Q > 5% 의 토양은 5% < Q ≤ 10% 일 때 유기토로 분류된다. 10% < Q ≤ 60% 일 때 토탄토라고 합니다. Q > 60% 이면 이탄토라고 합니다.
일반적으로 암석의 물리적 성질에 영향을 미치는 요인은 ① 내부 요인이다. ② 외부 요인. 내인은 암석 구멍 충전재의 광물 성분, 구조 및 물리적 성질을 가리킨다. 외부 요인은 주로 암석 환경의 온도, 압력 및 매장 깊이를 가리킨다.
암석의 주요 열 및 물리적 특성
현재 암토열물성에 대한 연구에는 체계적인 데이터가 부족하며, 보통 암석의 열물성으로 대체되는데, 암토는 보통 단일 암석보다 훨씬 복잡하다. 지각에 있는 암석의 다양한 열 물리적 특성 중 가장 중요한 것은 열전도율 또는 열전도도 (λ), 열 저항 또는 열 저항 (ξ), 비열 (c), 열용량 (Cp), 열전도도 또는 열 확산 계수 (a) 입니다.
(1) 암석의 열전도도 또는 열전도도 (λ).
암석의 열전도도를 나타냅니다. 즉, 열 흐름 전달 방향을 따라 온도 (E) 단위 길이 (L) 당 1 도 감소할 때 단위 시간 (T) 내에서 단위 면적 (S) 을 통과하는 열 (Q) 을 나타냅니다. 푸리에 법칙에 따르면 열 흐름 밀도가 변하지 않는 경우 열 전도가 흐르는 물질의 열 전도율은 온도 그라데이션에 반비례하며 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
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암석의 열전도도 [λ, W/M C] 는 단위 온도 그라데이션 아래 단위 열 영역의 열전도율과 수치적으로 같습니다. 물질의 열전도도 (열 저항의 역수) 를 나타내며 일반적으로 실험을 통해 측정됩니다.
암석의 열전도도는 암석의 성분, 구조, 습도, 온도 및 압력에 따라 달라집니다. 즉, 열전도도는 밀도, 온도 및 압력의 함수이며 표현식은 λ = λ (ρ, t, p ...) 입니다.
일반적으로 암석의 열전도율은 압력, 밀도, 습도가 증가함에 따라 증가하며 온도가 높아지면 감소하지만, 상지각의 온도와 압력은 암석의 열전도율에 거의 영향을 주지 않는다. 광물 성분 외에도 암석의 다공성과 습도는 열전도율에 큰 영향을 미치며, 일반적으로 다공성이 증가함에 따라 줄어들고 습도가 증가함에 따라 증가합니다. 등방성 균일 재질의 경우 열전도도는 단일 값으로 표기할 수 있습니다. 비등방성 암석의 경우 열전도도는 다른 방향으로 크게 변한다. 얕은 층 지열자원의 개발 활용 과정에서 제 4 계 느슨한 퇴적물의 비등방성 특징은 충분한 중시를 불러일으켜야 한다.
치밀한 암석에서 조암 광물의 성질은 암석의 열전도율에 대한 주요 통제 작용을 한다. 암석 중 고열 전도성 광물 함량이 높을수록 암석의 열전도도가 높아진다. 최근 몇 년 동안, 지구 열유속 값을 계산하기 위해 전 세계 암석 열전도율에 대한 측정 데이터가 갈수록 많아지고 있다. 치밀하고 단단한 암석은 일반적으로 실험실에서 측정되는데, 느슨한 층 퇴적물은 주로 심해 퇴적물과 호수 바닥 퇴적물로 주로 제자리에서 측정됩니다. 토양의 열전도도 토양의 성분과 비율에 의해 결정된다. 토양 수분 열전도도는 중앙에 있고, 토양 공기 열전도도는 가장 작고, 토양 고체 열전도도는 가장 크다.
모든 고체 중에서 금속은 최고의 열전도체이다. 일반적으로 순수 금속의 열전도도는 온도의 함수로, 온도가 높아지면 감소하는 λ = λ (t) 로 표시됩니다. 금속 액체의 경우 열전도율도 온도가 높아지면 낮아진다.
비금속의 경우 열전도도는 성분, 구조, 밀도, 온도, 압력 등의 함수로 나타낼 수 있습니다. λ = λ (성분, 구조, 밀도, 온도 T, 압력 P ...) 로 표시됩니다. 일반적으로 비금속의 열전도도는 온도와 압력이 증가함에 따라 증가합니다.
대부분의 균질 고체의 경우 열전도도는 온도와 선형 관계를 이룹니다.
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그 중: λ-t℃ 값;
알파 T-온도 계수, 금속의 경우 음수, 비금속의 경우 양수;
λ 0-0℃ 값.
열 전도 과정에서 물체 내부의 위치에 따라 온도가 다르므로 열 전도율도 다르다는 점을 유의해야 합니다. 엔지니어링 계산에서 열전도도는 평균 온도에서 값을 가져와 상수로 간주할 수 있습니다.
액체의 열전도도는 일반적으로 0.1~ 0.7W/(M C) 로 온도가 높아지면 낮아진다. 기체 열전도도는 진공이 가장 작으며, 보온병 중간층의 진공 단열과 같은 단열에 도움이 되는 좋은 단열체이다. 또 비금속 보온재, 공기중간층이 있는 이중유리, 탄력면 이불, 보온 기능이 좋아 공기가 많이 함유되어 있습니다. 기체의 열전도도는 기체 밀도와 온도가 증가함에 따라 증가한다. 상당한 압력 범위 (P > 2000 at 또는 P < 20 mmHg) 에서 압력은 열전도율에 큰 영향을 주지 않습니다.
요약하면, 금속의 열전도도는 가장 크고, 비금속은 그 다음으로, 액체는 가장 작고, 가스는 가장 작다. 암석의 일반적인 열전도도 값은 매뉴얼에서 찾을 수 있습니다.
(2) 암석 열 저항 계수 또는 열 저항 비율 (ξ)
암석의 열전도율 또는 열전도율의 역수 (m℃/w) 입니다
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푸리에 열전도 방정식에서 다음과 같은 관계를 도출할 수 있다.
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열 흐름 (Q) 이 변하지 않을 때 지온 그라데이션 (T/Z) 은 열 저항 (ξ) 에 비례합니다.
일반적으로 암석의 열 저항은 다음과 같은 법칙을 나타낸다. 암석 밀도가 증가함에 따라 (깊이가 증가함에 따라, 동종 퇴적물의 밀도가 증가한다), 암석과 일부 석탄층의 열 저항이 감소한다. 암석의 열 저항은 총 습도가 증가함에 따라 감소한다. 물의 열 저항 (2.00) 은 공기의 열 저항 (46.00) 보다 훨씬 작기 때문이다. 건조한 암석의 틈에 공기가 가득 차 있어 열 저항이 크다. 굳지 않은 느슨한 암석의 경우 습도가 20% ~ 40% 로 증가하면 열 저항이 6 ~ 7 배 감소합니다. 암석의 투수성이 증가함에 따라 암석의 열 저항이 현저히 낮아졌다. 왜냐하면 수층의 열 전달 방식은 전도뿐만 아니라 대류도 있기 때문이다. 층상 구조를 가진 암석에서 비등방성, 즉 층리 방향의 열 저항이 수직 층리 방향보다 낮은 열 저항을 관찰할 수 있습니다. 온도가 높아짐에 따라 암석의 열 저항이 약간 증가했다.
(3) 암석의 비열 (c): 1 킬로그램의 물질을 섭씨 1 도까지 가열하는 데 필요한 열
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형식 중: c--암석의 비열, j/g℃;
δ q-p 그램이 가열 된 물질의 온도가 δt 를 상승시킬 때 필요한 열 (j/g℃) 과 부피 밀도 (kg/m3) 의 곱
Cp=C ρ
Cp 의 단위는 J/M3 C 입니다. 대부분의 암석과 유용한 광물의 비열 변화는 크지 않다. 보통 0.59-2.1J/G C 사이이다. 물의 비열이 크기 때문에 (15 C 에서 4.2J/g℃), 그 비열도 암석 습도가 증가함에 따라 증가한다. 점토, 셰일, 사암, 석회암과 같은 퇴적암은 자연 매장 조건에서 습도가 일반적으로 높고 비열이 결정암보다 약간 높다. 전자는 0.8 ~ 1.0J/g℃, 후자는 0.63 ~ 0.84j/g ℃이다
토양 열용량은 중량 열용량과 부피 열용량으로 나뉜다. 기상은 일반적으로 부피 열 용량을 사용한다. 1g 물질이1℃온도가 상승 (또는 감소) 할 때 흡수 (방출) 되는 열을 중량 열용량 (J/G℃) 이라고 합니다. 1cm3 온도가1℃에서 상승 (또는 감소) 할 때 흡수 (방출) 되는 열을 체적 열용량 (J/CM3 C) 이라고 합니다.
토양의 열용량은 토양의 성분과 비율에 의해 결정된다. 토양수분열용량이 가장 크며, 온도가 상승하거나 내려가기 쉽지 않다. 예를 들면 습토와 같다. 토양의 공기 열용량은 가장 적고 온도는 쉽게 오르는데, 예를 들면 건조한 토양이다. 토양 고체 열용량은 중간에 있다.
(4) 암석 전도 온도 계수 또는 열전도도 (A): 열 확산 계수라고도 하며, 불안정한 열 상태에서 단위 시간당 단위 볼륨의 온도 변화, 즉 암석층에서 온도가 전파되는 속도를 나타냅니다. 관계는 다음과 같습니다.
베이징의 얕은 지열 에너지 자원
형식 중: a 는 암석의 열전도도, m2/h 입니다.
λ--암석의 열전도도, j/m℃;
ξ--암석의 열 저항률, m ℃/ w；;
C--암석의 비열, j/g℃;
ρ--암석 벌크 밀도, g/m3;
Cp-암석의 단위 열용량, j/m3 ℃입니다.
암석의 열전도도 또는 열전도도는 주로 암석의 열 관성 특성을 반영하는 종합 매개변수이며, 드릴링 내 온도 균형의 형성 조건 분석 및 인공공실법 연구에 중요한 의미가 있습니다. 암석의 열전도도는 주로 열 저항과 용중과 관련이 있으며, 양자에 반비례한다. 동시에 암석의 열전도도는 암석 습도가 증가함에 따라 증가하고 온도가 높아지면 약간 감소합니다. 층상 암석의 경우 비등방성 특성이 있으며, 암석의 열전도도는 암석 층을 따라 수직 방향보다 높습니다.
요약하면, 지구의 온도 필드의 양과 관련된 매개 변수를 얻기 위해, 온건 열전도를 현장에서 측정하는 것 외에도 열전도율, 비열, 열전도율 등과 같은 암석의 열물성 측정도 필요하다.