فهرست مطالب

زمین شناسی مهندسی ایران - سال چهاردهم شماره 3 (پاییز 1400)

نشریه زمین شناسی مهندسی ایران
سال چهاردهم شماره 3 (پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مرتضی حسن زاده، محمد آبدیده* صفحات 1-22

    با گذشت زمان و تولید از مخزن، فشار منفذی لایه تولیدی در صورت نبود منبع تامین فشار کاهش می یابد. این کاهش فشار بطور مستقیم باعث تغییر در مقدار و جهت تنش های برجا می شود. تغییر در مقدار تنش های برجا می تواند باعث تغییرات ژیومکانیکی در مخزن و لایه های تولیدی گردد. درصورتیکه لایه های مخزن گسل خورده باشد، کاهش فشار مخزن می تواند منجر به فعال شدن این گسل ها و همچنین تغییر مقاومت کششی دیواره چاه جهت حفاری جدید در لایه تخلیه شده گردد. این تحقیق در یکی از مخازن جنوب غرب ایران انجام شده است. در این مخزن سه لایه تولیدی با ضخامت های متفاوت مورد بررسی قرار گرفتند و احتمال فعالیت مجدد گسل ها و مقاومت کششی در حالت اولیه و پس از افت فشار 1800 پوند بر اینچ مربع مورد ارزیابی قرار گرفت. در لایه شماره 1 مقدار مسیر تنش 67/0 بدست آمد که با توجه به اینکه مماس بر مقدار تنش بحرانی می باشد، با تولید از مخزن و کاهش فشار مخزن در این لایه گسل ها مجددا فعال خواهند شد. همچنین در این لایه حداکثر وزن گل مجاز برای عدم شکست کششی سنگ در حالت اولیه 81/17 -13/25 پوند بر گالن و پس از کاهش 1800 پوند بر اینچ مربع فشار لایه، در محدوده ی 07/15-42/23 پوند بر گالن قرار دارد. همچنین مقاوم ترین حالت دیواره چاه، حفاری با زاویه 60 درجه و در جهت تنش افقی حداقل می باشد.

    کلیدواژگان: تنش های برجا، تخلیه مخزن، مقاومت کششی، اثر افت فشار، فعالیت مجدد گسل ها
  • رضا میکائیل، اکبر اسمعیل زاده*، محمد عطایی صفحات 23-32

    افزایش بیش از حد مجاز ارتعاش در فرآیند برش سنگ، علاوه بر افزایش پرت سنگ، باعث ایجاد کمانش، انحراف و در نهایت شکست ابزار می‏شود. بنابراین بررسی و پیش بینی میزان ارتعاش طی فرایند برش، امری لازم و ضروری می‏باشد. در این تحقیق سعی شد با انجام مطالعات آزمایشگاهی و آماری، به بررسی و پیش‏بینی ارتعاش طی فرایند برش پرداخته شود. بدین منظور یک دستگاه برش در مقیاس آزمایشگاهی به همراه تجهیزات اندازه گیری ارتعاش تهیه گردید. مطالعات تحت شرایط مختلف عملیاتی در عمق-های مختلف برش (15، 22، 30 و 35 میلی‏متر)، نرخ های مختلف پیشروی (100، 200، 300، 350 و 400 سانتی‏متر در دقیقه) و سرعت-های مختلف چرخش دیسک (2550، 1770 و 1540 دور در دقیقه) بر روی یک نمونه سنگ کربناته انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار عمق برش و نرخ پیشروی، میزان شدت ارتعاشات افزایش می‏یابد. به طوری‏که نسبت این تغییرات در نرخ‏های پیشروی 400 به 100، بیش از 6 برابر بود. پس از بررسی نتایج آزمایشات و انجام مطالعات آماری، مدل های آماری برای پیش بینی سیگنال‏های ارتعاشی با کمک نرم افزار SPSS ارایه شدند. نتایج حاصل از آزمون‏های آماری نشان داد که بهترین مدل های برازشی قادر به پیش بینی میزان ارتعاشات طی فرایند برش با ضریب تبیین 92/0 و 87/ با سطح معنی داری بالای 90 درصد و خطای کمتر از 10 درصد می‏باشند.

    کلیدواژگان: برش سنگ، سیگنال های ارتعاشی، پارامترهای عملیاتی، مدل آماری
  • حجت حسین زاده قره قشلاق*، سجاد چهره قانی، عارف علیپور، سینا سلطانعلی نژاد صفحات 33-45

    در این تحقیق اثر چهار نوع کمک خردایش (TIPA، TEA، HA و NC) در سه سطح مختلف بر روی ویژگی های بسیار مهم سیمان یعنی مساحت سطحی ویژه (عدد بلین)، مقاومت فشاری بتن و راندمان خردایش (صرفه جویی انرژی) در فرآیند خردایش کلینکر کارخانه سیمان ارومیه مورد بررسی قرار گرفته است. در مرحله اول، با انجام آزمایش خردایش سنتیکی، زمان آسیای مورد نیاز برای رسیدن به عدد بلین مورد نظر کارخانه (3636 سانتی مترمربع بر گرم) برابر 24/78 دقیقه بدست آمد. سپس، 13 تست خردایش در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از ترکیب سیمان کارخانه ارومیه و چهار نوع کمک خردایش در 3 سطح مختلف 02/0، 05/0 و 08/0 درصد انجام گرفت. نتایج نشان می دهند که ترکیب تری ایزوپروپانول با سطح 08/0 درصد (TIPA-0.08) با عدد بلین 4032 سانتی مترمربع بر گرم و راندمان خردایش 89/10 درصد دارای بیشترین تاثیر در ریزی و راندمان خردایش است. همچنین، برروی نمونه های بتن تهیه شده از تمامی ترکیب ها آزمایش های مقاومت فشاری 2، 7 و 28 روزه انجام گرفت. نتایج نشان می دهند که بیشترین افزایش مقاومت برای تمامی سنین متعلق به ترکیب TIPA-0.08 بوده است که مقدار افزایش برای مقاومت های فشاری 2، 7 و 28 روزه به ترتیب 92/36، 23/31 و 85/21 درصد نسبت به حالت مرجع (بدون کمک خردایش) شده است. از طرفی، نتایج حاصل از آزمایش های خردایش و مقاومت فشاری بتن، نشان دهنده یک توافق نسبی بین راندمان خردایش - مقاومت فشاری بتن هستند.

    کلیدواژگان: سیمان بتن، عدد بلین، مقاومت فشاری، کمک خردایش، انرژی خردایش
  • لیلا کرمی، علی محمد رجبی* صفحات 47-64

    لس ها از جمله خاک های فروریزشی هستند که در صورت اشباع شدن، کاهش حجم ناگهانی و زیادی از خود نشان می دهند. کشور ایران از جمله کشور هایی است که لس در بخش های مختلفی از آن پراکنده شده است. هدف از این پژوهش، بهبود پارامتر های مقاومتی خاک لس گرگان (شمال ایران) با استفاده از نسبت های مختلفی از ژیوپلیمر (ترکیبی از لس و متاکایولن) می-باشد. بدین منظور، در این مطالعه علاوه بر انجام آزمایش های شناسایی مجموعه ای از آزمایش های مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کششی برزیلی، سرعت موج فشاری و تراکم اصلاح شده، همچنین آزمایشاتSEM ، EDX وXRD برای بررسی ریزساختار خاک تثبیت نشده و تثبیت شده انجام شده است. در نمونه های تثبیت شده با ژیوپلیمر، با افزایش زمان عمل آوری و نسبت لس به متاکایولن با ثابت بودن میزان محلول فعال کننده قلیایی، مقاومت تک محوری، مقاومت کششی و سرعت موج فشاری نمونه ها کاهش می یابد. به طوری که با افزایش زمان عمل آوری مقاومت فشاری تک محوری نمونه ها 83/0، کاهش یافته و نرخ این کاهش مقاومت در 7 روز اول بیشتر است. نتایج آنالیز XRD و تصاویر SEM نشان می دهند که ساختار پراکنده خاک لس در اثر افزودن ژیوپلیمر تغییر می کند و با تولید ژل آلومینوسیلیکاتی منجر به افزایش مقاومت نهایی، کاهش تخلخل و همگن تر شدن ساختار خاک لس می شود.

    کلیدواژگان: لس، ژئوپلیمر، متاکائولن SEM، XRD
  • رضا احمدی*، مسعود لشگری آهنگرانی صفحات 65-76

    در پژوهش حاضر شبکه عصبی احتمالاتی مبتنی بر الگوریتم احتمالاتی بایزین برای طبقه بندی عیار کانسار مس علی آباد یزد ‏بکار گرفته شد. برای این منظور از داده های ژیوفیزیکی قطبش القایی ‏‎(IP)‎‏ و مقاومت ویژه ‏‎(Rs)‎‏ و اطلاعات زمین شناسی نوع ‏سنگ مغزه های حفاری گمانه های اکتشافی واقع بر روی چهار پروفیل ژیوفیزیکی به نام های ‏DD-1‎، ‏PD-2‎، ‏PD-3‎‏ و ‏PD-4‎‏ به-‏عنوان پارامترهای ورودی و پارامتر عیار مس گمانه ها به عنوان پارامتر هدف استفاده شد. برای دست یابی به مقصود بطور تصادفی ‏تعداد 488، 528، 188 و 456 داده به ترتیب از مقاطع منطبق بر پروفیل های ژیوفیزیکی ‏DD-1‎، ‏PD-2‎، ‏PD-3‎‏ و ‏PD-4‎‏ برداشت ‏شد که 75 درصد از کل داده ها برای یادگیری و 25 درصد برای ارزیابی عملکرد شبکه عصبی احتمالاتی انتخاب شد. عملکرد ‏رویکرد پیشنهادی از طریق نسبت مجموع داده های روی قطر اصلی به کل داده های آزمون توسط ماتریس درهم آمیختگی و ‏تعیین خطای کامیژن و آمیژن، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج پژوهش نشان می دهند که شبکه عصبی احتمالاتی توانسته داده-‏های آزمون مربوط به پروفیل های ‏DD-1‎، ‏PD-2‎، ‏PD-3‎‏ و ‏PD-4‎‏ را به ترتیب با 60، 74، 60 و 3/83 درصد دقت برآورد نماید که ‏با توجه به نوع داده های دردسترس، قابل قبول می باشند. همچنین نتایج از طریق ترسیم نقشه هم عیار چهار مقطع اکتشافی ‏منطبق بر پروفیل های ژیوفیزیکی، به کمک داده های عیارسنجی گمانه های اکتشافی، شبکه بندی و درونیابی شبکه با استفاده از ‏روش تخمین دقیق کریجینگ، بطور کیفی مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج مطلوبی حاصل شد.‏

    کلیدواژگان: کانسار مس علی آباد یزد، شبکه عصبی احتمالاتی بایزین، مقاومت ویژه و قطبش القایی، نوع سنگ، عیار
  • ناصر بهنام، مهدی حسینی*، محمد احمدی صفحات 77-88
    حفاری با فشار زیر تعادل در واقع بهترین روش برای حفاری مخازن نفتی می باشد که فشار آن ها به دلیل تولید روزمره کاهش یافته است. این تحقیق با هدف بدست آوردن معیاری برای تخمین حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری به منظور ازدیاد برداشت نفت و جلوگیری از آسیب به سازند در مخازن کربناته ایران انجام شده است. برای رسیدن به این هدف ابتدا یک سری اطلاعات، شامل 13 چاه از میدان های مختلف نفتی ایران جمع آوری شده و سپس با استفاده از نرم افزار FLAC2D که یک برنامه عددی بر مبنای روش تفاضل محدود است، به مدلسازی چاه نفت در فشارهای مختلف گل حفاری پرداخته شده و در نهایت برای تحلیل پایداری و تخمین حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری، به روش الاستوپلاستیک از روش تعیین سطح نرمالیزه (NYZA) استفاده شده است که پس از رسم نمودار NYZA برای هر چاه به صورت جداگانه، با در نظر گرفتن فشارهای گل حفاری روی نمودار NYZA در بازه بین 1=NYZA تا فشار منفذی، حداقل و حداکثر فشار گل حفاری به ترتیب در 1=NYZA و 0/2=NYZA محاسبه شده و در نهایت رابطه ای به صورت نسبتی از فشار منفذی برای تخمین حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری بدست آورده و ارایه شده است. این رابطه به صورت ضریب یا نسبتی از فشار منفذی بیان شده که در آن، تنها با داشتن فشار منفذی سازند می توان حداقل و حداکثر فشار فروتعادلی گل حفاری را به منظور ازدیاد برداشت نفت و جلوگیری از آسیب به سازند تخمین زد.
    کلیدواژگان: پایداری چاه نفت، فشار گل حفاری، حفاری فروتعادلی، روش NYZA
  • مهدی خداپرست*، مرضیه یوسفعلی، فاطمه وحیدی نیا صفحات 89-103

    در طبیعت، خاک ماسه ای به ندرت به شکل تمیز و خالص می باشد و اغلب دارای مقادیر مختلفی ریزدانه است. انتظار می رود که حضور ریزدانه در خاک ماسه ای عملکرد مقاومت برشی و اتساعی خاک ماسه را تحت تاثیر قرار دهد؛ لذا در تحقیق حاضر با یک ایده جدید در ساخت نمونه ها، رفتار مقاومتی و اتساعی مخلوط ماسه ترکیب شده با ریزدانه با استفاده از دستگاه برش مستقیم کوچک مقیاس با دو نوع ریزدانه سیلت و رس و در چهار درصد ریزدانه متفاوت 10، 20، 30 و 40 و در سه تراکم نسبی 30، 60 و 90 درصد و با دو درصد رطوبت بهینه و اشباع، آماده و تحت تنشهای قایم 0.5، 1 و 1.5 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که افزایش مقدار ریزدانه منجر به کاهش مقاومت برشی خاک ماسه ای می گردد و ریزدانه رسی مقاومت برشی خاک ماسه را بیشتر کاهش می دهد. همچنین افزایش درصد ریزدانه چه از نوع سیلت و چه از نوع رس سبب کاهش اتساع و زاویه اتساع و همچنین زاویه اصطکاک داخلی خاک ماسه ای می گردد؛ البته رس نسبت به سیلت پارامترهای مذکور را بیشتر کاهش داده است. پارامتر چسبندگی نیز با افزایش ریزدانه افزایش می یابد و البته در مخلوط رسی پارامتر چسبندگی با افزایش رس، بیشتر افزایش یافته است. همچنین نرخ تغییرات پارامتر چسبندگی با افزایش درصد ریزدانه افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: آزمایش برش مستقیم، ریزدانه های رسی و سیلتی، مقاومت برشی، زاویه اصطکاک داخلی، اتساع
|
  • Morteza Hasanzadeh, Mohammad Abdideh * Pages 1-22

    Over time and production from the reservoir, the pore pressure of the production layer decreases if there is no source of pressure supply. This reduction in pressure directly alters the amount and direction of stresses. Changes in the amount of stresses can cause geomechanical changes in the reservoir and production layers. If the reservoir layers are faulted, reducing the reservoir pressure can activate these faults and also change the tensile strength of the well bore for new drilling in the discharged layer. This research was conducted in one of the reservoirs of southwestern Iran. In this reservoir, three production layers with different thicknesses were examined and the probability of reactivation of faults and tensile strength in the initial state and after the pressure drop of 1800 psi was evaluated. In layer 1, the value of the stress path was 0.67, which due to the fact that it is tangent to the critical stress value, the faults will be reactivated by producing from the reservoir and reducing the reservoir pressure in this layer. Also in this layer, the maximum weight of the drilling mud allowed for non-failure of rock traction in the initial state is 17.81- 25.13 PPG and after a reduction of 1800 psi of layer pressure, it is in the range of 15.07- 23.42 PPG. . In addition, the most resistant state of the well bore is drilling with an angle of 60 degrees and in the direction of minimum horizontal stress.

    Keywords: In situ stresses, Reservoir depletion, tensile strength, Pressure drop effect, Faults reactivation
  • Reza Mikaeil, Akbar Esmaeilzadeh *, Mohammad Ataei Pages 23-32

    Besides stone perishing, generated vibrations during stone cutting process can lead to bending, deflection and finally breakage of cutter disks. Therefore, study and predicting vibrations, is unavoidable in stone cutting process. In this research, by means of laboratory and statistically analysis, a study is carried out to predicting vibration of stone cutting process. For this purpose, a stone cutting machine in laboratory scale which equipped with vibration measurement tools, was provided. On a carbonate rock specimen, the study is carried out under different circumstance such as different practical cut depth (15, 22, 30, 35 mm), different cut advance rate (100, 200, 300, 350, 400 cm/min), different cutter disk rotation speed (1540, 1770, 2550 rpm). Results indicate that increasing in cut depth and cut advance rate, lead to increase in vibration intensity. Vibration intensity quantity even increased 6 times, when cut advance rate varies from 100 to 400 cm/min. Using SPSS software, after laboratory result investigation and statistically data analysis, vibration signal predicting statistical models are presented. Results of statistical tests indicates that the best fitting models enable predicting vibration quantity accurately and precisely with correlation coefficient range of 0.92 - 0.87, confidence level of 90% and error less than 10%.

    Keywords: Rock machining, vibration, signals, statistical analysis
  • Hojjat Hosseinzadeh Gharehgheshlagh *, Sajjad Chehreghani, Aref Alipour, Sina Soltanalinejad Pages 33-45

    In this study, the effects of four grinding aids with three different levels on the three important characteristics of the cement, namely the specific surface area, the compressive strength of the concrete and the grinding efficiency (energy saving), have been evaluated in the clinker grinding process. In the first step, by kinetic grinding tests, the required grinding time to reach to the Blaine value of Ordinary Portland Cement (OPC) of the Urmia Cement Plant (3636 cm2/g) was obtained, which was 78.24 minute by 2.19% deviation. Then, 13 laboratory grinding tests were performed by using of Urmia cement and four grinding aids (in 3 different doses of 0.02, 0.05 and 0.08%) and the results were compared. The results showed that the combination of Triisopropylamine 0.08% (TIPA-0.08) with a Blaine number of 4032 cm2/g and a grinding efficiency of 31.57% had the greatest effect on the fineness and grinding efficiency. On the other hand, the prepared samples of the all combinations were used to test the compressive strength of 2, 7 and 28 days. The results showed that the highest increase of compressive strength for all ages was obtained by TIPA-0.08 which was 36.92%, 31.23% and 21.85% for 2, 7 and 28 days, respectively.

    Keywords: Cement Concrete, Blaine Value, Compressive strength, Grinding Aid, Grinding Efficiency
  • Leila Karami, Ali M. Rajabi * Pages 47-64

    Losses are among the collapsible soils that, if saturated, their volume will rapidly drop. Iran is one of the countries where Loess soils are spread in different parts of it. The purpose of this study is to improve the strength parameters of loess Gorgan (North of Iran) using different ratios of geopolymer (a combination of loess and metakaolin). For this purpose, in this study, in addition to conducting index tests, a series of uniaxial compressive strength, Brazilian tensile strength, compressive wave velocity and modified compaction tests have been done. Furthermore, SEM, EDX and XRD tests have been conducted to investigate micro-structural features of non-stabilized and stabilized soils. In the samples stabilized with geopolymer, with increasing ratio of loess to metakaolin and the curing time (with fix alkaline activator solution), uniaxial compressive strength, tensile strength and compressive wave speed decreases. So that, with increasing curing time, the uniaxial compressive strength of the specimens decreased to 0.83 and the rate of this decrease was greater in the first 7 days. The results of XRD analysis and SEM images show that the disperse structure of loess soil is altered by the addition of geopolymer and by the production of alumina-silicate gel which results in increasing strength, decreasing porosity and homogeneity of loess soil structure.

    Keywords: Loess, Geopolymer, Metakaolin, SEM, XRD
  • Reza Ahmadi *, Masoud Lashgari Ahangarani Pages 65-76

    In the present research, a probabilistic neural network based on the Bayesian probabilistic ‎algorithm was employed to classify the grade of Ali-Abad copper deposit in Yazd. For this ‎purpose, induced polarization (IP) and resistivity (Rs) geophysical data and rock type of ‎exploration borehole cores as geological information corresponding to four geophysical ‎profiles, DD-1, PD-2, PD-3 and PD-4 were used as input parameters as well as the copper ‎grade of the boreholes as target parameter. To achieve the goal, 488, 528, 188, and 456 data ‎were randomly collected from the sections related to DD-1, PD-2, PD-3 and PD-4 geophysical ‎profiles so that 75% of total data were selected for training and 25% to test the probabilistic ‎neural network. The performance of the proposed approach was evaluated by confusion ‎matrix through the ratio of summation of data on the main diameter to the total test data, as ‎well as determination of Commission and Omission errors. The results of the research show ‎that the probabilistic neural network could estimate the test data for DD-1, PD-2, PD-3 and ‎PD-4 profiles with accuracy of 60, 74, 60 and 83.3%, respectively which are reasonable ‎considering the type of available data. In addition, the results were qualitatively evaluated ‎through plotting isograde maps of four exploratory cross-sections over the geophysical ‎profiles. This process was carried out using the assay data of exploration boreholes, gridding ‎and the grid interpolation with the high accurate kriging estimation method, which was leaded ‎to favorite results.‎

    Keywords: Yazd Ali-Abad copper deposit, Bayesian probabilistic neural network, Resistivity, ‎Induced polarization, Rock Type, Grade
  • Naser Behnam, Mehdi Hosseini *, Mohammad Ahmadi Pages 77-88
    Underbalanced drilling is in fact the best drilling method for oil reservoirs that their pressure has been reduced. This study aimed at obtaining a criterion for estimating the minimum and maximum underbalanced presUnderbalanced drilling is an advanced technology and a drilling operation in which the drilling fluid pressure inside the well is less than the pore pressure of sures of the drilling mud for enhancing oil recovery and preventing damages to the formations in the Iranian carbonate reservoirs. To this end, data on 13 wells in various Iranian oil fields were first collected. The oil wells were simulated at different drilling mud pressures with the help of the finite difference method (FDM)-FLAC2D. The elastoplastic normalized yielded zone area (NYZA) method was used for stability analysis and estimation of the minimum and maximum underbalanced pressures of the drilling mud. The NYZA diagram was plotted separately for each well. Considering the drilling mud pressures on the NYZA diagram in the range of NYZA=1 to the pore pressure, a minimum and maximum drilling mud pressure of NYZA=1 and NYZA=0.2 was calculated, respectively. Eventually, a correlation was proposed as a fraction of the pore pressure to estimate the minimum and maximum underbalanced pressures. This correlation is expressed as a factor or fraction of the pore pressure. The minimum and maximum underbalanced pressures of the drilling mud to enhance oil recovery and prevent damage to the formation can be estimated solely by inserting the pore pressure of the formation in this correlation.
    Keywords: oil well stability, drilling mud pressure, underbalanced drilling, NYZA method
  • Mahdi Khodaparast *, Marzie Yousefali, Fatemeh Vahidi-Nia Pages 89-103

    In nature, sandy soils are rarely clean and often contain some clay and silt. These fines grain have a significant effect on the resistance and dilation behavior of sandy soils. Therefore, in this study, resistance and dilation behavior of sand mixture with fine grains such as silt and clay using a small scale direct shear test have been studied. Tests are conducted on specimens of sand with various fine content ranging from 0 to 40%, density of 30, 60 and 90 percent and the samples are subjected to three normal stresses 0.5, 1.0 and 1.5 kg/cm2 with two percent of optimum and saturation moisture. The test results show with increase in percentage of fine grains, the shear strength of sandy soil decrease and with increase in percentage of clay the shear strength decreases further. Also, dilation angle and angle of friction decreases with increase fine grains content and cohesion parameter increases with increase fine grains, Of course, it more increases with increase clay content and the rate of change of the cohesion parameter increases with increasing fine-grained percentage.

    Keywords: Direct shear test, Clay, silt, Shear strength, Internal friction angle, dilation