基于核磁共振的高温冷却循环花岗岩孔隙演化试验

王海涛; 孙汶玥; 丁建新; 杨志国; 王建华; 席岩

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2506324

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (21) :9215-9224 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2506324

建筑科学

基于核磁共振的高温冷却循环花岗岩孔隙演化试验

王海涛 ¹ ,
孙汶玥 ² ,
丁建新 ¹ ,
杨志国 ¹ ,
王建华 ¹ ,
席岩 ²^,³^,^*

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Experiment of Pore Evolution of Granite during Cycled Thermal-cooling Based on NMR Method

WANG Hai-tao ¹ ,
SUN Wen-yue ² ,
DING Jian-xin ¹ ,
YANG Zhi-guo ¹ ,
WANG Jian-hua ¹ ,
XI Yan ²^,³^,^*

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摘要

干热岩地热能开发过程中,井壁花岗岩需要经过多次高温-冷却循环,岩石孔渗特性发生劣化,进而导致井壁失稳和坍塌。针对此,考虑干热岩钻井工程实际以及所用钻井液流体类型,基于核磁共振方法,研究不同冷却方式和热循环次数条件下花岗岩孔隙尺寸、数量和分布的演化规律,揭示花岗岩微观结构对其物理性质的影响机制。结果表明:高温-冷却循环会进一步增加孔隙结构之间的连通性,导致花岗岩内部孔隙数量和孔隙大小增加,大孔占比增长迅速;花岗岩孔隙度随高温-冷却循环次数的增加而逐渐增大,其增长速度表现为先快速上升,后缓慢增长,最后逐渐稳定;由于热裂纹引起的热传导阻隔效应,随着高温-冷却循环次数的逐渐增加,物理参数增长或衰减率逐渐降低,导致后续高温-冷却循环对孔隙结构的修饰减弱;岩石各项物理参数随等效平均孔隙半径增大呈现不同程度的升高或降低趋势,表明高温后花岗岩孔隙结构的改变是导致其物理性质劣化的主要原因。

Abstract

During hot-dry rock geothermal exploitation, granite wellbore walls are subjected to numerous thermal-cooling cycles. This exposure results in a deterioration of pore-permeability properties and poses potential risks of instability and collapse. To address this issue, nuclear magnetic resonance (NMR) techniques were employed to investigate the evolution of granite pore size, quantity, and distribution under various cooling strategies and thermal cycling frequencies, with practical drilling engineering and fluid types taken into consideration. The results indicate that pore connectivity was significantly enhanced by thermal cycling, leading to an increase in pore numbers and sizes, with a particularly notable growth in the proportion of larger pores. The porosity of granite was observed to gradually increase with the number of cycles, characterized by an initial rapid rise, followed by a slower growth rate, until ultimately stabilizing. The influence of subsequent thermal cycles on pore structure modification was diminished, which is attributed to the hindrance of heat conduction by generated thermal cracks. A notable correlation was identified between the equivalent average pore radius and the physical properties of the rock, suggesting that the alteration of granite’s pore structure following heating is the primary cause of its physical property degradation. These insights are considered crucial for the optimization of dry-heat geothermal systems.

Graphical abstract

关键词

花岗岩 / 核磁共振 / 孔隙 / 孔径分布 / 高温-冷却循环

Key words

granite / nuclear magnetic resonance / pore / pore size distribution / thermal-cooling cycles

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王海涛, 孙汶玥, 丁建新, 杨志国, 王建华, 席岩. 基于核磁共振的高温冷却循环花岗岩孔隙演化试验[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(21): 9215-9224 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506324

WANG Hai-tao, SUN Wen-yue, DING Jian-xin, YANG Zhi-guo, WANG Jian-hua, XI Yan. Experiment of Pore Evolution of Granite during Cycled Thermal-cooling Based on NMR Method[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(21): 9215-9224 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2506324

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随着石油天然气等传统能源的不断消耗,人类逐渐将目光投向无污染、可再生且储量丰富的干热岩地热能源^[1-3]。干热岩地热能开采通过建立注入井和生产井的方式,将低温流体从注入井注入,经过高温干热岩地层加热后,再由生产井排出高温流体^[4]。随着低温流体的循环注入,该过程会不断地重复。在该过程中,储层中的花岗岩基质会受到循环高温与冷却作用影响,导致岩石的力学特性和孔渗特性发生变化^[5],同时诱发花岗岩物理与力学性能的劣化,使得井壁出现失稳和坍塌^[6-7]。研究高温-冷却循环条件下花岗岩的孔渗特性变化规律,对于干热岩资源的安全开发具有重要意义。

针对花岗岩在不同冷却方式和热循环次数下的损伤与破坏机制,前人已经开展了一系列的研究^[8-10]。詹金武等^[11]对自然冷却和水冷却花岗岩的力学性质进行研究,指出随着热循环次数的提高,花岗岩内部微裂隙开始扩展、贯通形成宏观裂纹,岩样质量和纵波波速开始衰减。以往的研究主要集中在高温-冷却循环后岩石力学特性变化规律,越来越多的学者开始采用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)方法研究孔隙变化对高温-冷却循环花岗岩物理与力学特性劣化的影响。Du等^[12]采用分层核磁共振技术分析了局部水冷冲击对材料物理性能的影响与孔隙结构的演化,并研究了周期性热处理过程中的热损伤,表明高温水冷却砂岩表现出多孔结构和物理性能的退化以及渗透性的提高,且在热处理前后,水冷样品浸入部分的微孔、中孔和大孔的增加比例比空气暴露部分更显著。Cao等^[13]使用核磁共振对高温-水冷却循环的花岗岩进行实验,指出花岗岩孔隙率随热循环次数的增加而增加,弛豫峰个数从2个增加到3个,试样的孔隙结构变得越来越复杂,渗透率增加。Wu等^[14]利用核磁共振技术测试了高温花岗岩在不同冷却模式下的孔隙结构特征,指出水冷却过程会在岩石微观结构中产生瞬时较大的拉应力,促进岩石热裂现象的发生和孔隙的发育。基于此可以看出,前人对于高温-冷却对岩石孔隙尺寸及分布的变化规律开展了一定的研究,但是在定量分析以及对高温-冷却循环岩石损伤机理的分析方面依然不够充分。

高温-冷却循环会显著改变岩石的物理和力学特性,然而其内部的孔隙发育与损伤破坏过程极为复杂,相关研究仍需深入。近期,王继祥等^[15]的工作明确了自然冷却下花岗岩的宏观力学响应,但针对干热岩钻井中不同冷却介质(如水、液氮)如何差异化驱动岩石微观结构劣化,仍是悬而未决的关键问题。因此,现以干热岩储层花岗岩作为研究对象,考虑自然冷却、液氮(LN₂)冷却和水冷却不同的冷却方式,通过光学显微镜实验观察不同冷却方式和热处理次数条件下表面微裂纹的产生与发展;开展不同循环次数(1、2、4、6、8、12次)热处理条件下花岗岩核磁共振试验,获取高温循环后花岗岩内部不同类型孔隙的演化规律和裂缝发育规律,揭示花岗岩微观结构对其物理性质的影响机制;同时基于等效孔隙半径计算,分析岩石物理性质劣化原因。研究结果可为干热岩开采钻井井壁稳定的控制提供有效参考。

1 试验方案

1.1 试样准备

实验所用的花岗岩试样取自湖南省岳阳市,为了避免岩石非均质性对实验结果的影响,所有试样均取自同一花岗岩。将花岗岩加工为直径50 mm、高25 mm的标准试样,并将试样两端研磨平整,以符合ISRM标准,如图1所示。通过X射线衍射(XRD)分析了试样的矿物成分,结果如图2所示。此花岗岩试样主要由石英(28.2%)、钾长石(27.4%)、云母(22.2%)、斜长石(17.3%)和黏土矿物(4.9%)组成。

1.2 试验方案

将加工好的试样放置于加热炉中,为了避免热冲击对花岗岩试样造成影响^[16],以5 ℃/min的加热速率加热至500 ℃,并保持此温度150 min,以确保岩石受热均匀。之后分别对岩石进行自然冷却(样品放置于空气中)、水冷却(样品浸泡于水中)、液氮冷却(样品浸泡于液氮中)。液氮是一种沸点为-196 ℃的极低温冷却介质,考虑到其挥发性,冷却期间持续向容器内注入液氮,保证其时刻浸没样品,冷却时间为120 min。按照此流程,试样分别进行1、2、4、6、8、12次高温-冷却循环,并在目标循环次数后对试样进行物理性质试验(P波波速试验与核磁共振试验)。同时预留一个对照组试样,即不进行任何高温-冷却操作,测试其在常温下的物理性质。试验流程如图3所示。为降低试验误差,确保试验结果的准确性,每组试验分别准备5块试样,最终结果取5块试样的平均值。

1.3 试验原理

核磁共振技术以其快速、无损、准确等优点被广泛应用于测量岩石孔隙的大小和分布^[17-18]。岩石孔隙中流体的横向弛豫时间可以用式(1)表示为

(1)$\frac{1}{{T}_{2}}$=$\frac{1}{{T}_{2\mathrm{S}}}$+$\frac{1}{{T}_{2\mathrm{D}}}$+$\frac{1}{{T}_{2\mathrm{B}}}$

式(1)中:T₂为横向弛豫时间,ms;T_2S、T_2D和T_2B分别为横向面弛豫时间、扩散弛豫时间和体弛豫时间,ms。T_2B由流体的物理特性和环境因素决定,如流体黏度、温度和压力等,与孔隙本身无关。T_2D受孔隙内液体本身扩散影响。在孔隙内的流体为水,且磁场梯度近似为零的条件下,多孔介质的横向弛豫时间只与孔隙结构有关系,主要受表面弛豫机制影响,而近似与其他两类弛豫机制无关。表面弛豫表达式为

(2)$\frac{1}{{T}_{2}}$≈$\frac{1}{{T}_{2\mathrm{S}}}$=ρ₂$\frac{S}{V}$=ρ₂

$\frac{{F}_{\mathrm{S}}}{r}$

式(2)中:ρ₂为岩石表面横向弛豫强度,与岩石的物理性质有关,μm/ms;S/V为孔隙表面积与流体体积之比;S为孔表面积,μm²;V为孔隙体积,μm³;F_S为形状因子;r为孔隙半径,μm。

由此可以看出,流体在孔隙介质中的横向弛豫时间T₂与孔隙大小成正比。孔径越大,孔隙率越大。因此,横向弛豫时间T₂与孔隙率呈正相关。T₂谱的不同位置反映了岩石中不同孔径流体的不同弛豫时间。T₂谱曲线可以直接反映岩石中孔隙的数量和大小。T₂与孔隙大小呈正相关,T₂越大,孔隙大小越大。T₂谱面积与孔隙数呈正相关,谱面积越大,孔隙数越多。

试验所选用的核磁共振实验仪器为Niumai Micro MR12-025V LF NMR分析仪。设置实验参数谐振频率为12 MHz,探头线圈直径60 mm,实验温度(25.00±0.02) ℃。实验中采用CPMG序列,回波间隔(TE) = 0.1 ms,重采样间隔(TW) = 3 000 ms,回波数(NECH) = 8 000,累计采样次数(NS) = 128。

2 花岗岩热损伤微观结构演化规律

2.1 不同热循环次数下花岗岩T₂谱变化规律

高温-冷却处理会导致花岗岩产生新的孔隙,而不同的孔隙尺寸会导致岩石产生不同的弛豫时间T₂。核磁共振谱图可以反映孔隙与裂隙间流体H原子的弛豫衰减过程,因此可以通过饱水后试样的T₂谱以反映岩石内部孔隙尺寸分布特征^[19]。

不同冷却方式下热处理花岗岩试样的T₂谱曲线如图4所示。花岗岩T₂谱大致呈双峰态分布,T₂谱分布范围大致为0.1~3 000 ms,且不同热循环次数对花岗岩T₂谱有重要影响。根据文献[13]的描述,称T₂谱中第一个峰为低谱峰,第二个峰为高谱峰。

热循环次数对花岗岩的T₂谱有显著影响。在热循环次数从0次升高到12次的过程中,低谱峰峰值整体较为平稳,高谱峰峰值随着处理热循环次数的增加而逐渐增大并趋于稳定:在前2次热循环后,高谱峰峰值增长较为明显;热循环次数2 < n ≤ 6次时,T₂谱变化越来越小,高谱峰峰值呈现缓慢增长状态,并在6次热循环时达到最大值;热循环次数6 < n ≤ 12次时,高谱峰峰值开始出现小范围的下降,并最终趋于稳定。

在自然冷却、液氮冷却、水冷却3种不同冷却方式下,花岗岩的T₂谱峰值分别由115.86、113.06、120.41 ms增长到第6次热循环的187.33、189.57、258.46 ms,分别上升61.69%、67.67%和114.65%,而峰值对应弛豫时间则均由126.04 ms上升至204.91、219.64、252.35 ms,分别增长62.58%、74.26%、100.21%,对应的孔径由2.5 μm 左右上升至4.5 μm 左右。因此,热循环对花岗岩内部孔隙的发育与破坏体现在T₂谱分布曲线上,不仅产生较大程度的上移,而且导致曲线发生显著的右移,说明热循环不仅显著增加孔隙大小,而且显著增加了孔隙数量。

随着热循环次数的不断增加,T₂谱曲线与横轴的交点(T_2max)在不断向右移动,即岩石内部最大直径的孔隙尺寸在不断增长,如图5所示。而当热处理次数大于6次时,花岗岩T₂谱峰值出现小范围下降,T_2max仍在持续增长。说明当热处理次数小于6次时,花岗岩孔隙的数量和孔径大小均在持续增加,而当热处理次数大于6次时,花岗岩内部孔隙发育主要表现为部分中小孔隙聚合和贯通,导致较大尺寸的孔隙出现,从而出现峰值处于平稳,而T_2max仍在持续增长的情况。

2.2 不同热循环次数下花岗岩孔隙度变化规律

根据核磁共振结果,计算了不同热循环次数以及不同冷却方式下的花岗岩孔隙度变化规律,如图6所示。

基于上述试验数据,对花岗岩孔隙度进行数值拟合,拟合方程如式(3)所示,试验结果与拟合结果吻合较好(R²≥ 0.96)。

(3)P_n=a+be^cn

式(3)中:P_n为高温-冷却处理后花岗岩试样的孔隙度,%;n为热循环次数;a、b、c为系数。根据式(3),不同冷却方法下的孔隙度系数如表1所示。

在相同的冷却方式下,花岗岩的孔隙度随着热循环次数的增加而逐渐增大。升温速率大致分为3个阶段:前期急速上升(n ≤ 2):在热循环次数小于等于2次时,3种冷却方式下的花岗岩孔隙度均呈现较快速增长,3种冷却方式的平均增长幅度达到178.74%;中期增长速度较慢(2 < n ≤ 6):在热循环次数在2~6次时,岩石内部孔隙已经发育充分。相比于第2次热循环,经过6次热循环后的3种不同冷却方式的花岗岩孔隙度平均增长幅度仅为9.47%;后期基本平稳(6 < n):在热循环次数达到6次以后,孔隙变化发育完全,孔隙度已经基本平稳不再发生变化。

热循环次数相同时,水冷却条件下花岗岩孔隙率最大,液氮冷却次之,自然冷却最小。随着循环次数的增加,三种冷却方式的差异逐渐增大。当热循环次数在2次以内时,花岗岩孔隙度升高速度极快。在自然冷却、液氮冷却和水冷却三种不同的冷却方式下,室温下孔隙度分别从0.65%、0.64%、0.68%增加到1.68%、1.74%、2.08%,分别增加了158.46%、171.86%和205.88%。在2~6次热循环时,增长了5.36%、5.75%、17.31%;6~12次循环时,增长了2.82%、6.52%、10.25%。

在相同热循环次数下,水冷却对花岗岩孔隙率的影响最为显著,其次为液氮冷却和自然冷却。导致该现象的原因是:液氮在接触到高温岩石表面后会发生汽化,形成一层蒸汽垫,覆盖于液氮和高温岩石之间,蒸汽垫会隔绝液氮与高温岩石的直接接触,降低两者之间的对流换热系数,从而导致液氮冷却损伤小于水冷却,这与前人的研究结果一致^[20]。

2.3 不同热循环次数下花岗岩孔隙结构演化规律

根据前人对于岩石孔径的分类结果,将热处理花岗岩孔隙分为小孔隙(0 μm< r ≤ 0.1 μm), 中孔隙(0.1 μm<r≤1 μm)和大孔隙(r>1 μm)^[21]。按照孔径大小分类区间,将岩石孔径分布进行量化处理,得到孔径分布随不同热循环次数以及不同冷却方式的孔隙含量变化图,并以原始状态下花岗岩小、中、大孔隙含量为基准,对不同热处理情况下的小、中、大孔隙含量进行归一化处理,结果如图7所示。

从图7中可以看出,高温-冷却循环处理花岗岩的小、中、大孔隙均随热循环次数的升高而持续增长,与T₂谱变化趋势一致,仍然呈现双峰态。热循环次数≤ 2次时,小、中、大孔隙含量呈快速增长趋势,2~8次热循环时缓慢增长,8~12次时趋于稳定。值得一提的是,热循环次数不断增加的过程中,大孔隙含量增长速度较为迅速,中、小孔隙含量增长较为缓慢。且在自然冷却、液氮冷却和水冷却作用下,大孔隙占比均超过50%,占孔隙总含量一半。

当热循环次数为12次时,3种冷却方式下的小孔隙含量分别增长29.56%、29.59%与36.54%,中孔隙含量分别增长25.07%、26.45%与34.78%,大孔隙含量分别增长129.48%、140.28%与196.56%,且3种冷却方式下的大孔隙占比均超过50%。由此可以看出,大孔隙发育对于花岗岩孔隙发育占主要贡献,水冷却对热处理花岗岩孔隙的增加影响更为显著,液氮冷却其次,自然冷却最小。

3 花岗岩热损伤机理分析

3.1 孔隙特征演化对纵波波速的影响

超声波速检测是一种常用的无损检测岩石内部孔隙发育与裂纹扩展的方法。图8为花岗岩在不同热处理条件下波速以及波速衰减率的变化图。从图8中可以看出,花岗岩P波速度随热循环次数的升高而逐渐降低,且下降速率逐渐变小。用字母n代表热循环次数,根据下降速率可以将波速下降分为3个阶段:阶段Ⅰ (0<n≤ 2):样品的波速下降幅度较大;阶段Ⅱ (2<n≤ 6):样品波速的下降幅度开始逐渐减小,大致呈线性变化;阶段Ⅲ (6<n≤ 12):3种冷却方式下试样的纵波速度基本保持平稳。当热循环次数为12次时,自然冷却、液氮冷却和水冷却的波速分别下降60.06%、64.24%和71.92%。

当热循环次数为2次时,波速下降较大,3种冷却方式的衰减率分别为41.19%、41.79%和47.27%;当热循环次数2<n≤ 6时,波速大致呈线性变化下降,不同冷却方式之间差异变化较小,水冷却对波速的影响最为显著;随着热循环次数的持续增加,3种冷却方式下的波速基本保持平稳,自然冷却、液氮冷却、水冷却处理后的衰减率分别为60.06%、64.24%和71.92%。由此可以看出,在相同热循环次数下,水冷却导致的波速下降最为明显,其次是液氮冷却和自然冷却,3种冷却方式对波速的影响均呈现先增大后减小的趋势,此结果与前人的研究结果一致^[22]。

基于前人的研究可知,岩石样品中波速的降低主要由于加热和冷却处理导致岩石试样中孔隙与裂纹的产生。P波属于纵波,在空气中的传播速度远低于在固体中的传播速度。因此岩石试样中产生的孔隙与裂隙越多,越容易阻挡P波的传递,从而导致波速的降低。且随着热循环次数的增大,花岗岩中孔隙发育已经逐渐完全,孔隙增长越来越少,从而导致波速最终趋于平稳。

3.2 热循环条件下孔隙发育分析

在高温-冷却循环过程中,循环热应力会导致岩石中产生孔隙与裂隙。值得一提的是,孔隙度增长率和纵波波速衰减率随热循环次数的增加而逐渐减小。这一现象也可以在其他物理力学参数中发现,包括单轴抗压强度^[23]和动态力学性能^[24]等。

孔隙与裂隙的导热主要以接触部位的热传导和孔内以空气为介质的热对流、热辐射的形式进行^[16],如图9所示。孔隙限制了热对流的传递。一方面,空气通过热对流和热辐射的换热效率很低;另一方面,孔隙的产生使有效传播路径变窄,孔隙与裂隙中的接触点产生巨大的接触热阻。热阻与传热系数成反比,裂隙的热阻越大,传热的阻力越大,裂纹处的热损失也越大。对于图10所示的热阻示意图,等效热阻R_E可由式(4)计算。

(4)R_E=R_M+$\frac{1}{\stackrel{{N}_{\mathrm{c}}}{\sum _{i=1}}\frac{1}{{R}_{\mathrm{P}i}}}$

式(4)中:R_M为岩石基体的热阻;R_P_i为接触点的接触热阻;N_c为孔隙与裂隙中接触点的个数。

接触热阻与许多因素有关,其中接触面积被认为是决定性因素。一般情况下,接触面积越小,接触热阻越大。因此,裂纹越宽,裂纹中的接触点越少,接触面积越小,因此等效热阻越大。由图10可以看出,随着热循环次数的增加,最外层预形成的裂隙会逐渐扩展为更大的裂隙。这些裂隙像保温层一样防止热量的快速损失,导致内部区域的传热效率低。因此,由式(4)可知,试样内部区域温差较小,新形成的热冲击裂纹较少。正是由于外部形成的裂纹的阻隔作用,使得热损伤的增长速度随着循环次数的增加而逐渐减小。

根据前人的研究可知^[16],热损伤花岗岩孔隙的主要发育位置集中在花岗岩试样的外部,且随着热循环次数的增加,热损伤逐渐由试样的边缘向内部发展。由图10可以看出,随着热循环次数的增加,外区热裂纹的尺寸不断扩大,如l_a、l_b和l_c路径所示。结合孔隙度的演变,热损伤的影响范围逐渐减小。这可归因于孔隙与裂隙对热传导的阻隔作用。

3.3 热循环背景下孔隙等效半径分析

为了进一步探究热处理花岗岩不同孔径孔隙与物理性质之间的关系,根据前人的研究^[25],引入等效平均孔隙半径概念,将岩石不同孔径孔隙进一步处理,计算式为

(5)r_E=$\frac{\sum {r}_{i}{\xi }_{i}}{\sum {\xi }_{i}}$×100%, 0 μm< r_i<0.053 5 μm

式(5)中:r_E为等效平均孔隙半径;r_i为孔隙半径;ξ_i为孔隙半径为r_i的孔隙体积占总孔隙体积之比。

等效平均孔隙半径计算结果如图11所示。由图11可知,热循环处理花岗岩的等效平均孔隙半径随热循环次数的增大而逐渐增加。具体而言,3种冷却方法的初始状态试样的等效半径分别为2.34、2.35、2.37 μm。随着热循环次数的增加,等效半径在前两次热循环后增长迅速,分别达到3.34、4.17、4.62 μm,分别增长42.95%、77.58%、95.24%,表明此时岩石内部损伤加剧;当循环次数超过4次后,等效平均孔隙半径增长趋于稳定,其增长速率随着热循环次数的增加逐渐减小。

对等效平均孔隙半径与物理参数进行拟合,结果如图12所示。等效平均孔隙半径与孔隙度和P波波速呈线性相关,拟合效果良好,岩石各项物理参数随孔隙孔径增大呈现不同程度的升高或降低趋势,表明高温后岩石内部孔隙结构的改变与岩石物理性质劣化密切相关,花岗岩孔隙结构的改变是导致其物理性质劣化的主要原因。

4 结论

(1)经过高温-冷却循环处理的花岗岩受到热冲击的影响,岩石内部孔隙明显发育。随着热循环次数的增加,T₂谱峰值从115.86、113.06、120.41 ms增长到187.33、189.57、258.46 ms。T_2max从880.49、943.79、880.49 ms增加到1 762.91、2 327.20、3 072.11 ms,表明岩石内部孔隙数量和孔隙大小的增加,这主要是由于热循环了中小孔隙的积累和大孔隙的形成。

(2)花岗岩孔隙度随着高温-冷却循环次数的增加而逐渐增大。在热循环处理下,花岗岩孔隙度与热循环次数呈正相关,其增长速度表现为先快速上升(0~2次),中间部分缓慢增长(2~6次),最后逐渐稳定(6~12次)。随着热循环次数的增加,小、中孔隙含量仅增长20%~30%,大孔隙含量增长129.48%、140.28%与196.56%。大孔隙发育对于花岗岩孔隙发育占主要贡献,水冷却影响最为显著,液氮冷却其次,自然冷却最小。

(3)高温-冷却循环下花岗岩物理性质劣化与其内部孔隙结构的变化密切相关。花岗岩各项物理参数随等效平均孔隙半径增大呈现不同程度的升高或降低趋势,表明花岗岩孔隙结构的改变是导致其物理性质劣化的主要原因。岩石物理参数随着高温-冷却循环次数的增加,增长率或衰减率逐渐降低,是由于热裂纹热传导阻隔效应导致后续高温-冷却循环对孔隙结构的修饰减弱。

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