有效应力下的多孔介质分形特性及其影响

本文主要探讨了有效应力下多孔介质微观结构的分形特性，以分形几何理论为理论基础，构建了一个有效的应力分形计算模型。研究的核心内容是分析和揭示有效应力如何影响多孔介质的孔隙结构，特别是在微观尺度上的动态变化规律。 作者们首先介绍了多孔介质的普遍性，这些介质常见于地壳的各个层次，包括地表土壤和深层岩石，它们由固态颗粒和孔隙构成，具有复杂的非均匀性和统计自相似性。早期的研究，如Pfeifer等人通过分子吸附法，以及Katz等人通过扫描电镜(SEM)对砂岩的观察，都证实了多孔介质的孔隙结构具有分形性质。 论文的重点在于构建有效应力分形计算模型，该模型能够准确描绘有效应力与多孔介质微观结构之间的关系。研究发现，随着有效应力的增加，多孔介质的分形维数呈现出指数增长的趋势，这意味着孔隙结构的复杂程度随着应力的增大而显著提升。同时，孔隙度（即体积中空隙所占比例）则呈现出指数下降，这表明孔隙的空间占据减小，可能是由于应力导致的孔隙闭合或变形。此外，多孔介质中的孔隙数量也呈现指数递减，意味着在高应力环境下，孔隙的连通性和完整性可能受到影响。孔隙平均半径的减小进一步证实了这一点，因为孔隙尺寸的变化会影响流体在其中的运动和渗透性。 这项研究对于理解多孔介质在地质过程中的响应，如地下水的流动、石油和天然气的储存和开采，以及岩石力学问题如地震波传播等方面具有重要意义。通过量化有效应力与分形特征的关系，科研人员能更精确地预测和控制此类系统的行为，为地球科学和工程应用提供理论支持。