地表水与地下水相互作用的温度示踪与模拟研究进展

:刻画地表水与地下水的相互作用过程及精确计算二者的交换量始终是个挑战,而新兴的温度示踪方法对于这方面的研
究具有独特优势。重点介绍了地表水与地下水相互作用的温度示踪方法原理、应用及相关模拟的研究进展。温度示踪方法的数
据获取成本低且温度适宜密集与连续监测,可对地表水与地下水相互作用过程进行精细刻画;在进行地表水与地下水相互作用的
水-热耦合模拟时,温度数据可用于进一步校正模型,降低模型的不确定性,以提高交换量的计算精度。监测河水温度和河床沉
积物内的水温,运用温度示踪方法研究河水与地下水的相互作用过程,并将水流及热运移数值模型相耦合,利用多源数据进行模
型校正,可精细刻画地表水与地下水的交换量、相互作用带内的水流途径、流速及其变化趋势和控制因素,为地表水与地下水相互
作用研究提供新的模型与方法。      

岩溶地下水系统演化的数值模拟

为了研究岩溶地区泉域系统演化过程及对泉流量进行预测,耦合了渗流模型和岩溶动力模型,对均质性和非均质性2
种条件下泉域系统进行了溶蚀演化模拟。从模拟结果上可以看出,均质性泉域系统初期水位变化较小,中后期下降明显,而非均
质性泉域系统初期下降明显,中后期水位稳定;在裂隙张开度方面,非均质模型在相同时段内裂隙张开度的最大值却比均质性模
型要大4~5cm。2个泉域系统的泉流量都经过了初期较小,中后期迅速增大的过程,只是增大的时间和每个时间点的泉流量不
同,非均质性泉域系统增大时间更早,流量更大,可以分别用指数函数和多项式函数来拟合均质性和非均质性泉域系统泉流量过
程曲线。      

咸水层CO2 矿物封存数值模拟研究进展

CO₂ 咸水层封存是目前减少CO₂ 排放的最有效方法之一。矿物封存由于其稳定持久而被认为是最安全的封存形式,
因此矿物封存成为目前CO2 咸水层封存研究的重点。在CO2 咸水层封存过程中由于发生的化学反应非常缓慢,数值模拟是目前
最主要的研究手段之一。概述了国内外CO₂ 咸水层矿物封存数值模拟方面的研究成果,着重分析了两大类储层(砂岩层和碳酸
盐岩层)在封存CO₂ 过程中的地球化学反应以及化学反应对储/盖层的影响,同时对矿物封存数值模拟中的影响因素进行了总
结。最后阐释了目前矿物封存数值模拟研究存在的难点和困难,认为不确定性分析将是未来需要重视的研究方向。      

牙轮钻头牙齿破岩机理研究进展

井眼形成是通过钻头牙齿破碎岩石形成岩屑来实现的,对钻头牙齿侵入破岩机理的认识有助于优化钻头结构,提高工
具破岩效率。阐述了钻头牙齿与岩石相互作用机理的复杂性,分别从弹性力学、裂纹扩展、数值模拟等几个方面,综述了钻头牙齿
与岩石相互作用机理的研究进展,指出了今后的研究重点。虽然前人开展了众多的物理实验与数值模拟研究,但是由于钻头牙齿
破岩过程及井底环境的复杂性,目前为止其机理并没有被完全认识清楚。理论与实验研究证明,井底压力是影响机械钻速的重要
因素之一,针对钻头牙齿与岩石相互作用机理的复杂性,建议采用先进实验和数值模拟技术,将物理实验和数值模拟结合开展研
究,揭示井底复杂应力环境下钻头牙齿的破岩机理将成为未来的研究重点。      

降雨作用碎石土堆积层滑坡变形规律

降雨诱发碎石土堆积层滑坡十分普遍,野猫面滑坡则是典型的碎石土堆积型滑坡,也是三峡库区内距三峡大坝最近的
特大型滑坡体,研究其在不同降雨条件下的变形规律具有示范性和实用价值。首先,在滑坡区域地质分析的基础上,研究了碎石
土堆积层滑坡的组成结构;然后应用Modflow软件建立了滑坡地下水渗流场数值模型,对不同降雨强度和降雨历时条件下,降雨
入渗补给地下水的规律进行了模拟;最后,运用FLAC3D软件对不同降雨工况条件下,渗流场变化引起的滑坡变形规律进行了模
拟。研究结果表明:①野猫面滑坡碎石土堆积层表现为三层结构,上部为碎块石土,中下部为块石土、钙质胶结碎块石,下部滑面
为碎石土和黏土夹碎石;②降雨强度和降雨历时增加均使滑坡地下水头抬升,在斜坡前缘临近库岸部分的水力坡度明显增大;③
降雨作用下,滑坡位移量增加,变形由地表向深部、由前缘向后缘发展,在滑面处剪应变集中;极端大暴雨条件下,前缘存在整体变
形区;④碎石土堆积层滑坡地表径流疏导与生态防渗可有效防治滑坡。      

贵州铜仁枫木寨隐爆角砾岩筒的发现及地质意义

在寒武系等沉积岩广布、区内尚未发现岩浆岩分布的黔东地区,首次发现了特征较为典型的铜仁枫木寨隐爆角砾岩筒。
该岩筒平面上呈椭圆形分布,长约220m、宽约100m。从内向外,分带特征十分明显,隐爆中心带、流化角砾岩带、震裂岩带和过
渡带4带发育齐全,构成了一个较为完整的隐爆角砾岩筒系统。角砾的成分、形状、大小、胶结物及其位移特征与各带在隐爆过程
中的受力规律吻合。同时,角砾成分复杂,既有来自围岩,又有来自下伏地层和更深的深部气液早期冷凝结晶的石英角砾和上覆
地层坍塌的层纹状白云岩角砾。该岩筒的发现,对于研究该地区地质构造演化、成岩成矿作用,特别是指导金刚石原生矿(含金刚
石的钾镁煌斑岩体或金伯利岩体)和隐爆角砾岩型贵金属矿找矿,具有重要意义。      

二氧化碳注入地下咸水层析盐现象研究进展

把CO₂ 注入深部咸水层进行埋存,是减缓温室效应的一个重要途径。CO₂注入地下咸水层后咸水中析出的盐会堵塞
地层孔隙而严重影响注入效率。理解析盐产生的条件、发生的过程以及盐在孔隙结构中的分布对含水层孔渗性的影响十分必要。
在总结国内外CO₂ 注入地下咸水层析盐研究现状的基础上,分析了析盐发生的条件及析盐效应,指出需要通过实验模拟和数值
模拟等手段研究毛细压力、重力、黏滞力协同影响下不同的多相流动体制对析盐过程的控制,把握析盐现象的发生、分布及其对介
质孔渗性的影响规律。      

随机模拟及遗传神经网络方法预测煤层气资源量

煤层气资源量计算是合理选择煤层气开发区块的重要依据。除煤层的空间体积外,影响煤层气资源量计算的不确定性
因素主要有以下2种:煤层含气量预测和煤层属性参数空间分布。利用随机模拟和神经网络方法对沁水盆地柿庄南部煤层气区
块的资源量进行了计算,并比较了不同纵向网格大小和回归方法计算的煤层气资源量的结果。在分析煤层含气量与测井数据相
关关系的基础上,选取有效埋深、自然伽马、深侧向电阻率和密度作为神经网络的输入层,测试的煤层含气量作为输出层,利用遗
传算法优化权系数和网络结构,建立了准确的神经网络模型;然后,利用序贯高斯随机模拟方法建立了有效埋深、自然伽马、深侧
向电阻率、密度的三维分布模型,再利用已建立的神经网络模型预测了煤层含气量的三维分布;最后根据密度分布模型和煤层含
气量的三维分布计算了煤层气的资源量。神经网络预测的煤层气量平均绝对误差为-0.03m3/t,平均相对误差为-0.25%。在
随机模拟基础上计算的资源量分别为:精细模型的平均值8.05×109 m3,粗化模型的平均值8.01×109 m3。回归法计算的平均
值9.08×109 m3。结果表明:与多元回归方法相比,神经网络方法可以准确地预测煤层含气量值;综合神经网络和随机建模方法
可以用来预测煤层气资源量并研究其不确定性;储层模型的纵向网格大小对煤层气资源量计算结果影响不大;利用回归方法计算
的煤层气资源量大于神经网络方法计算的结果。      

东营凹陷地层异常压力的成因机制与动态模拟

根据盆地不同演化阶段的地层超压形成有不同主导因素的认识,提出了分层系、分阶段的主导因素超压预测法,分别采
用岩土力学原理和干酪根裂解成烃原理建立方程式,然后分层系、分阶段地计算欠压实作用引起的超压和生烃作用引起的超压。
利用该方法、模型和软件系统,对东营凹陷各层系的超压形成、分布和演化进行了模拟,发现与实际情况符合较好,即欠压实作用
和生烃作用是造成东营凹陷地层异常压力的主导因素,欠压实引起的超压出现在生烃作用引起的超压之前,生烃增压主要出现在
2500m以下深度。模拟结果表明,该方法、模型和软件系统具有较好的合理性和可靠性,适用于对陆相盆地油气成藏过程的超压
预测。      

俯冲带的碳循环及其对地球深部动力学过程的启示

俯冲带的碳循环不仅在维持地球表层和地球深部之间的碳平衡方面起着关键的作用,而且还和许多重要的地球深部动
力学过程密切相关。热动力学数值模拟和高温高压实验的研究结果表明,俯冲大洋板片中的大多数碳酸盐能够在弧前和弧下深
度幸存下来,从而进入更深的地幔中。在地幔过渡带,因为板片滞留所带来的热松弛效应将使幸存下来的碳酸盐以熔体的形式释
放出去,其独特的物理化学性质使这些熔体构成了一种有效的交代组分。考虑到地幔过渡带的氧逸度特别低,那些进入未经交代
地幔中的碳酸盐熔体将变得不稳定而被还原成其他形式。不过在随后地幔对流上升的过程中,这些被还原的表壳碳又会因为氧
逸度在某些临界深度发生突变而氧化熔融,这也许可以解释地幔不同深度所存在的某些高导低速体和地震波各向异性等现象。
作为洋壳俯冲的后续过程,陆壳的深俯冲作用也可以将表壳碳带至地幔深处,例如超高压大理岩和碳酸盐化榴辉岩的广泛产出就
是最好的证明。超高压变质岩中金刚石的产出表明其构成了表壳碳在地幔深处的一种重要赋存形式,研究显示其形成过程和富
碳熔体、流体的活动密切相关。虽然前人针对俯冲带的碳循环已经取得了若干研究进展,然而仍有大量的科学问题亟待解决。最
后就一些关键性的问题进行了列举说明,并对未来的研究方向进行了展望。      

新疆伊犁阿希金矿床成矿深度和剥蚀程度分析

矿床的成矿深度和剥蚀程度是矿体定位预测研究的重要内容,是矿区深部探矿的重要参数和依据,如何准确地估测矿
床成矿深度和剥蚀程度是矿体定位预测中的难点。在阿希金矿床空间定位规律研究中,根据对控矿断裂构造性质、矿体的产出形
态及空间分布特征、矿化类型变化以及黄铁矿热电性和石英流体包裹体实验参数等微观信息的综合分析,确定了阿希金矿床的成
矿深度和矿体的底部标高;认为矿体形成后经历了平衡剥蚀和差异剥蚀两次改造过程,并计算了矿体南北两段的剥蚀率,建立了
阿希金矿床剥蚀改造过程模式。这些认识和结果对阿希矿区深部探矿工作具有重要的指导意义。      

含水合物沉积物力学性质:方法、特性与定量关系

从原位测试、实验模拟和理论数值分析等角度归纳了现有含水合物沉积物力学性质研究方法,重点对自然界中含水合
物沉积物力学特性进行了总结,对比了海洋和冻土区含水合物沉积物力学性质的差异。除了诸如水合物形成和分解对沉积物力
学性质影响这类定性评价外,水合物数值模拟和工程应用还需要建立像水合物饱和度与沉积物力学参数间这类定量关联函数。
最后讨论了现有的含水合物沉积物力学性质定量研究结果,并提出了今后含水合物沉积物力学性质研究的几点建议。      

万州区典型堆积层滑坡滑带土抗剪强度参数间关系研究

滑坡抗剪强度参数主要有天然峰值强度、饱和峰值强度、天然残余强度和饱和残余强度4种,这4种强度之间的关系目
前还研究甚少。为此,提出了以收集的万州区20个典型堆积层滑坡147组抗剪强度参数为基础,采用数学分析软件SPSS筛选饱
和残余强度的影响因素,然后利用Excel分析饱和残余强度与其影响因素的相关关系,以此判断影响因素的函数形式,在此基础上
采用多元非线性回归模型研究饱和残余强度与其他3种抗剪强度参数之间的关系式。最后以万州区典型堆积层滑坡———螺丝冲
滑坡为例,将多元非线性回归模型的计算结果与多元线性回归模型计算结果及试验值进行对比分析。研究表明,多元非线性回归
模型计算的相对误差在8%以内,而多元线性回归模型计算的相对误差在6.85%~23.88%之间,多元非线性回归模型精度更高。      

地下水系统中砷迁移富集过程的水文地球化学模拟

原生高砷地下水已给人类健康造成了极大威胁。近几十年来,国际上针对高砷地下水已开展了大量的研究工作,但由
于地下水系统中砷经历的复杂物理、化学及生物地球化学过程,使得地下水系统中砷浓度衰减和运移尚不能进行准确预测。在系
统总结前人研究工作的基础上,对控制地下水中砷迁移转化的主要物理、化学和生物地球化学过程(包括吸附/解吸、溶解/沉淀、
非氧化/还原和生物还原等)进行了系统总结。重点讨论了孔隙介质中砷的地球化学反应和运移机制的平衡与动态模型,即批反
应模型、运移模型、反应运移模型,以期为原生高砷地下水修复及高砷地下水开发指导提供科学依据。      

利用MDT资料预测油气产能

准确地预测油气产能关系到油气田开发方案的有效制定。目前,常用模块式地层动态测试(MDT)资料进行产能预测。
由于MDT的测试时间只有几秒钟到几分钟,因此直接使用MDT测试数据计算储层产量会导致较大的误差。针对这一问题,利
用小波分析手段提取了MDT压力测试数据的小波系数之后,采用神经网络方法建立了小波系数与钻杆地层测试(DST)产能间的
数学模型,进而用该模型对其产能进行了预测。将所构建的这一整套MDT产能预测方法应用于XJ油田的产能预测中,预测结果
与DST测试产能的对比表明,该方法能够较好地对工区内的储层产能进行预测,其预测精度能够满足油气田生产的要求。      

陕西省洛南县莲花沟钼(铜)矿岩体地质及岩石地球化学特征

主要利用近年来在陕西洛南县莲花沟岩体中获取的一些实际资料,通过综合对比研究总结出一些与区域上其他成矿小
侵入体完全不同的成岩成矿特征。主要包括:①莲花沟岩体是一个以闪长岩为主的二长花岗斑岩—闪长岩型岩体,其成分明显是
以相对富钙、镁、铁,低硅、碱而别于同带其他类型小侵入体;②按岩石化学成分,岩体缺少w(SiO2)为55%~65%的中性岩石组
合,呈一种较典型的“双峰式”岩套,且从稀土元素分配模式看,在两种类型岩石间不存在分离结晶作用成因关系,而似乎表现为一
种分层熔融的双层岩浆房成岩模型;③所建的成矿模型,除岩体边缘接触带中的矽卡岩型铁铜矿和层控-构造蚀变岩型钼铅锌矿
系列外,岩体内部主要以隐爆角砾岩筒-斑岩型钼铜矿化为特征,这种隐爆角砾岩既不同于北边祁雨沟含金片麻岩中的爆破角砾
岩筒,也不同于南边河南镇平县秋树湾的碳酸盐岩型爆破角砾岩筒,且成矿元素组合主要是钼铜类型;④由岩石地球化学和锆石
U-Pb同位素年龄数据揭示,形成二长花岗斑岩熔浆的源岩与中元古代熊耳群的一套富钾类型变火山沉积岩系有较好的源区关
系,而闪长岩则与软流圈上涌,基性岩浆底侵及太华群源岩有较密切的关系。无疑,以上成果对丰富东秦岭地区钼多金属成矿作
用认识将提供和补充一些新的资料和实例,特别是“双峰式”岩套的存在,对东秦岭地区主要成钼时代的地球动力学背景分析也是
一个重要的证据,而且还提示在东秦岭地区有发现新类型岩体和矿床的潜在条件。      

基于灰色关联分析法的边坡敏感性分析

综合考虑边坡坡高、角度、岩土体黏聚力、摩擦角和容重等因素对边坡稳定性的影响,通过有限单元应力法建立数值模
型,进行应力分析,最后计算得到边坡安全系数,这一方法将数值分析和极限平衡方法有机地融合在一起,达到优势互补的效果;
然后基于灰色关联分析法对有限单元应力法得到的数据建立数学模型,对各影响因素与安全系数进行关联分析,最后得到各影响
因素对边坡稳定性影响的敏感性。结果表明:影响边坡稳定性的因素敏感性依次为黏聚力、容重、摩擦角、边坡角度和坡高。利用
敏感性分析结果,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性。      

地下水流系统理论与研究方法的发展

地下水流系统理论的提出,推动了现代水文地质学的发展。以Tóth经典地下水流系统理论建立方法为基础,综述了基
于Tóth方法的地下水流系统的模拟成果,分析了Tóth方法得出的水流模式与控制因素的关系,以及地下水流系统理论从概念到
实际应用的发展。同时,对中国地质大学(武汉)提出的地下水流系统通量上边界模拟方法也进行了系统论述,在物理模拟实验与
数值模拟基础上,认为通量上边界分析方法是对Tóth方法的改进与完善,有利于对地下水流系统发育的物理机制理解;该方法能
够更全面认识地下水流系统模式及其转化,定量出各影响因素对地下水流模式的控制关系。最后指出地下水流系统理论是当代
水文地质学的核心概念框架,应该重视地下水流系统理论物理机制和数学模拟方法的研究,加强新技术方法的引入,拓宽其应用
领域的研究等。      

储层流动单元评价及剩余油分布:以辽河油田沈95区块为例

流动单元划分与模型建立是油藏数值模拟的基础,亦是剩余油分布预测的有效手段,基于流动单元的层次性,开展了辽
河油田沈95区块流动单元的划分研究。首先通过对取心井段流动单元划分,选取孔隙度(φ)、渗透率(k)、压汞曲线上进汞饱和度
达35%时的孔隙半径(R35)、流动带指标(FZI)、孔隙体积与颗粒体积之比(φz)5个参数,应用聚类分析方法,将储层划分为A、B、
C、D、E5类流动单元,然后运用这些参数来对非取心井进行了流动单元的划分与预测,建立了流动单元三维定量模型,并结合生
产动态资料对流动单元划分的合理性进行验证,分析了不同产能井与流动单元类型之间的关联性,最后在此基础上研究了不同流
动单元的剩余油分布规律。研究表明:不同类型的流动单元其渗流能力和储集能力差异较大,在生产动态特征方面表现为产油、产
液及含水特征存在明显差异;储层流动单元类型之间的差异是控制油水分布的重要因素,不同流动单元类型与剩余油分布有明显的
对应关系。      

基于排出-聚集-成藏的石油资源潜力评价方法:以南堡Ⅳ油气成藏体系为例

不同的油气资源评价方法具有不同的特点,将不同的评价方法相结合对于提高评价结果的准确度具有重要意义。基于
油气排出-聚集-成藏的地质历史过程,同时结合油气勘探的数学规律来建立油气资源的定量预测模型,以此进行石油资源潜力
评价。具体研究可分为4个步骤:①对研究区进行油气成藏体系的划分并定量研究其排烃强度,确定排烃量;②确定该油气成藏
体系的石油聚集系数,进而确定该成藏体系的石油资源量;③利用石油资源量与最大油藏规模的统计关系,确定研究区的最大油
藏规模;④拟合研究区K 值,确定油藏个数及油藏规模。对南堡Ⅳ油气成藏体系的应用研究结果表明:南堡Ⅳ油气成藏体系的累
积排烃量达到12.50×108t,石油聚集系数为27.64%,其石油资源量总计3.45×108t,K 值拟合结果为1.02,最大油藏规模达到
0.568×108t,预测油藏个数总计337个。评价结果表明南堡Ⅳ油气成藏体系具有较好的石油资源前景。