基于GIS的岩石裂隙空间分布模式研究

文中以甘肃北山花岗岩中发育的构造裂隙(主要指节理尺度)为研究对象,应用地质统计分析理论,以裂隙面密度P21 作为地质统计分析的区域性变量,探索花岗岩岩体裂隙空间分布模式。结果表明:甘肃北山芨芨槽候选场址区域内花岗岩岩体裂隙空间分布具有明显的各向异性特征,变异主轴方向明显; 变异主轴区域内的裂隙分组地质统计特征显示,区域内第1分组裂隙并非是传统意义上的均匀随机分布,而是具有明显的空穴效应特征,应该在三维裂隙网络建模工作中予以考虑。本文在考虑本组裂隙空穴效应特征基础上,针对三维裂隙网络建模方法提出了新的建议。     

指示变异函数在裂隙介质渗透性参数空间分布规律研究中的应用

简要介绍了变异函数和指示变异函数的概念,以拉西瓦水电站坝址区右岸花岗岩体裂隙介质渗透性研究为例,利用一般统计法、变异函数和指示变异函数的方法分析了单位吸水量数据。结果表明,指示变异函数能够很好地表征裂隙介质的非均质和各向异性特征,特别是极端值（极端大或极端小）的空间连续性程度,是进行裂隙介质渗透性研究的有效工具。     

巴彦诺日公地段花岗岩微裂隙发育特征研究

花岗岩是高放射核废料地质处置库的主要围岩之一,其水力学特征优劣直接决定了花岗岩体能否有效地阻隔地下水对处置库中核废物的侵袭。围岩微裂隙结构和化学风化程度是水力学特征的直观表现,微裂隙结构量化和化学风化程度计算对高放射核废料地质处置库埋藏深度的比选有一定的科学意义。本文以阿拉善某600 m的花岗岩钻孔内不同深度的岩芯作为研究对象,得到大量的微裂隙显微照片;通过测网法和图像处理技术,获得岩芯数字化的裂隙空间分布图像,并从中提取了微裂隙特征参数（裂隙条数、隙宽、裂隙率、裂隙面密度参数等）;然后,对微裂隙特征参数进行了统计分析,描述了裂隙空间分布变异性。花岗岩样品的化学风化程度评价指标有:天然含水率、CIA。同时,利用SEM-EDS探测裂隙部位形貌特征及元素含量等数据。最后,对花岗岩完整性与核废料处置库适宜性进行综合评价。通过本研究,得到了以下结论:（1）研究区的花岗岩微裂隙发育情况随深度增大逐渐变弱。（2）花岗岩受外力作用后微裂隙首先发育在石英中,其次是在长石和黑云母中。（3）临近破碎带,裂隙率、平均隙宽、裂隙条数均增大,同时受后期热液填充的影响,CIA也会表现出高值。（4）破碎带的发育,对周边完整岩体的微观破裂影响距离可以超过10.6 m,后期热液对下方完整岩体的侵染蚀变影响距离可以超过50.27 m。（5）通过综合评价,来自该钻孔不同深度的7个样品中,取自地下598.8 m处的样品所代表的位置最适宜作为核废料处置库深埋区。     

甘肃北山营毛沱地区花岗岩类LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及地质意义

为揭示整个北山地区构造演化特征,对北山营毛沱地区分布的花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、闪长岩等花岗岩类岩石进行了岩石化学研究。结果表现,这些花岗岩类具有偏铝质-过铝质、碱性-钙碱性特征,具有中等的Si O2(62.1%~72.92%)含量,较高的Na2O+K2O(5.4%~9.12%)含量;球粒陨石标准化分配模式图上,具有相对平缓的富集轻稀土元素配分模式,重稀土元素分馏不明显,弱Eu负异常;亏损Nb、Ba、P、Ti,富集Rb、Pb、K;主微量元素对比及图解分析认为花岗岩类具有Ⅰ型或Ⅰ-A型过渡花岗岩的特点。对其中的花岗闪长岩进行了LA-LCP-MS锆石U-Pb定年分析,得出其侵位时间为384.7±7.7Ma,为中泥盆世早期。结合区域地质分析,指出营毛沱地区的花岗岩类形成于北山早古生代洋盆碰撞造山后的拉伸环境,标志北山地区在中泥盆世已进入新的构造演化阶段,即板内伸展阶段。     

岩土力学参数空间变异性的集合卡尔曼滤波估值

岩土参数具有结构性和随机性的空间变异特征,该特征导致岩土参数具有不确定性。以地质统计学作为岩土参数空间变异性分析的理论基础,将分布于研究区的岩土参数视为区域化变量,变异函数既描述了岩土参数整体的空间结构性变化,又描述了其局部的随机性变化,用变异函数理论模型作为描述岩土参数空间变异规律的数学模型。引入集合卡尔曼滤波（EnKF）分析方法,利用时空分布的观测数据,对岩土参数空间变异性进行估值。数值算例表明,EnKF能够有效地融合观测数据,较好地提供岩土参数空间变异性的估值。     

甘肃北山花岗岩与金矿成矿作用

甘肃北山地区是一重要的金矿化集中区,具较大的金资源潜力。由于勘查和研究程度低,尚未取得找矿突破。本文从金矿的空间分布、金矿床的地质特征、花岗岩的时空分布、金矿与花岗岩的时空关系和矿床的稳定同位素特征等的研究,探讨了本区金矿成矿作用与花岗岩类侵入活动的关系。研究该区花岗岩类的时空演化及其与金成矿作用的关系的研究,对于寻找...     

岩土力学参数空间变异性的集合卡尔曼滤波佶值

岩土参数具有结构性和随机性的空间变异特征，该特征导致岩土参数具有不确定性。以地质统计学作为岩土参数空间变异性分析的理论基础，将分布于研究区的岩土参数视为区域化变量，变异函数既描述了岩土参数整体的空间结构性变化，又描述了其局部的随机性变化，用变异函数理论模型作为描述岩土参数空间变异规律的数学模型。引入集合卡尔曼滤波（EnKF）分析方法，利用时空分布的观测数据，对岩土参数空间变异性进行估值。数值算例表明，EnKF能够有效地融合观测数据，较好地提供岩土参数空间变异性的估值。     

内蒙古北山重点成矿远景区主要地质特征与矿产资源潜力评价方向

本文根据北山地区区域地质背景、成矿地质条件及矿产分布特征,对北山地区初步划分出几个重点成矿远景区,建议作为今后进行区域固体矿产资源潜力评价的方向。     

陕西省志丹县黄土滑坡空间分布规律与形态特征研究

滑坡空间分布与形态特征能够反映滑坡发育程度, 为区域内滑坡灾害防治提供依据. 本研究以志丹县黄土滑坡为研究对象, 基于GIS空间分析选取最邻近指数与核密度估计分析志丹县滑坡空间分布规律, 通过统计分析的方法研究滑坡形态特征. 结果表明, 志丹县滑坡最邻近指数约为0.177, 在空间上呈聚集型分布; 核密度估计最大值出现在周河两岸的斜坡地带且呈带状分布, 具有多个高密度聚集区域; 滑坡面密度与点密度的计算结果分别为0.26%和0.19个/km²; 滑坡坡度多集中于70°以上, 坡向多集中于南和南东方向, 坡高则集中于40 m以下的斜坡. 通过聚类分析将研究区滑坡划分为不同类别的角度特征、高度特征、地质环境特征.     

基于全卷积神经网络的花岗岩中不同组分分布特征分析

岩石中不同组分的分布特征是研究岩石物理力学性质的重要基础。本文以花岗岩为例,使用全卷积神经网络（FCN）和单轴压缩试验视频来研究花岗岩不同组分（裂隙、黑云母、石英、长石）的分布特征。将视频中单帧图像进行灰度转换和像素裁剪后,使用肉眼判定方法将4种组分进行标记并制成基础数据集,建立并训练了相应的FCN,通过对不同卷积层的可视化操作探讨了花岗岩中不同组分的分布情况,研究了整个变形破坏过程岩石中不同组分分布的变化特征,分析了不同组分识别准确率的变化情况及主要因素（网络深度、初始学习率和网络迭代次数）的影响。结果表明,在花岗岩的整个变形破坏过程中,裂隙首先在中部区域萌生、最后纵向贯穿整个岩石表面,黑云母组分分布分散且不断向左上方或右上方移动,石英主要集中在两侧区域,长石主要集中在中间和左上角区域;不同组分识别准确率逐步小幅度下降,准确率大小顺序是裂隙>黑云母>长石>石英;网络深度越深、初始学习率越大、则识别效果越好,迭代次数5000时的识别效果较好。研究结果对使用人工智能技术研究岩石中不同组分分布特征具有一定的参考价值。     

赣北石门寺矿区钨多金属矿床成矿地质条件

赣北石门寺矿区位于下扬子成矿省江南地块中生代铜钼金银铅锌成矿带中.根据区域地质背景和矿床地质特征,详细分析了矿区围岩、母岩和控矿断裂等成矿地质条件.矿区钨多金属矿床的围岩为晋宁晚期黑云母花岗闪长岩,判断为新元古代在不成熟陆壳基础上发育而成的火山弧同碰撞过程中形成的S型花岗岩;燕山中期似斑状黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩、花岗斑岩为成矿母岩,属硅、铝过饱和钙碱性岩石,为九岭岩基在陆内碰撞挤压环境下熔融、同源演化而成的S型花岗岩;石门寺断裂与仙果山—大湖塘－狮尾洞基底断裂的交叉部位控制着矿区燕山中期含矿花岗岩的侵位和钨多金属矿床的分布,为矿区的控矿断裂.     

花岗岩潜山储层裂缝建模表征方法——以渤海花岗岩潜山A油田为例

花岗岩潜山油气藏在世界范围内并不多见,当前对其表征还未形成系统完善的研究方法;同时,由于储层受风化、构造多种作用改造,导致储层内部孔、缝、洞并存,具有极强的非均质性,对其表征存在一定的难度。为此本文以渤海大型花岗岩潜山A油田为例,提出了一套花岗岩潜山储层建模表征方法。首先从成因分析入手,引入地貌学分析方法,通过地貌演化特征分析,确定裂缝发育主控因素,在此基础上建立不同成因的裂缝分布趋势体。其次,以井点统计的裂缝特征参数为先验信息,以裂缝分布趋势体为平面约束,建立DFN模型,并对其进行“等效”得到裂缝属性模型。最后,采用动静态资料对裂缝属性模型进行优选,严格控制模型质量,最终得到符合地质认识的裂缝模型。     

Prediction of water inflow into underground excavations in fractured rocks using a 3D discrete fracture network (DFN) model

Groundwater flow is a major issue in underground opening in fractured rocks. Because of finding the fracture connectivity, contribution of each fracture in flow, and fracture connectivity to excavation boundary, the prediction of water flow to underground excavations is difficult. Simulation of fracture characteristics and spatial distribution is necessary to obtain realistic estimation of inflow quantity to tunnel and underground excavations. In this research, a computer code for three-dimensional discrete fracture network modeling of water inflow into underground excavations was developed. In this code, the fractures are simulated as ellipsoid while geometrical properties of the fractures are reproduced using a stochastic method. Properties such as the size, orientation, and density of the fractures are modeled by their respective probability distributions, which are obtained from field measurements. According to the fracture condition, the flow paths in rock mass are determined. The flow paths are considered as channels with rectangular sections in which channel width and fracture aperture determine geometry of channel section. Inflow into excavation is predicted ignoring matrix permeability and considering the hydrogeological conditions. To verify presented model, simulation results were compared to a part of the Cheshmeh-Roozieh water transfer tunnel in Iran. The results obtained from this research are in good agreement with the field data. Thus, the average of the predicted inflow has just an approximation error equal to 17.8%, and its standard deviation is 8.6 l/s, which is equal to 21% of the observed value that demonstrates low dispersion of the predicted values.     

塔里木盆地克深2气田储层构造裂缝定量预测

塔里木盆地克深2气田是克拉苏构造带继克拉2气田和大北气田又一重点勘探领域,构造裂缝对改善该气田低渗透砂岩储层物性具有重要作用。在构造裂缝基本特征分析的基础上,通过建立力学模型,综合古今构造应力场的数值模拟以及构造裂缝参数定量计算模型,对克深2气田的构造裂缝空间分布规律进行了定量预测,最后综合构造裂缝的岩心描述、成像测井解释以及定量预测结果,总结了构造裂缝的分布规律。结果显示,断层带是构造裂缝的有利发育区,多发育充填程度较高的网状缝;背斜高部位的构造裂缝走向复杂,线密度较低,但开度和孔隙度等物性参数较高且充填程度低,整体发育程度较强,背斜翼部及构造低部位的构造裂缝整体发育程度较低;鞍部构造裂缝可密集发育,但较高的充填程度限制了该部位的天然气产量;垂向上随深度增加,构造裂缝线密度逐渐增大而物性参数逐渐减小,构造裂缝的整体发育程度逐渐降低。构造裂缝参数的定量预测结果与实测结果整体上一致,但受多种因素影响,仍然有一定的误差。     

法国GUERET花岗岩内黑云母的结构特征研究

应用形态数学、图象分析及立体学原理，通过岩石薄片研究，对Gueret花岗岩内黑云母的结构特征进行了定量分析，揭示了黑云母矿物粒子在花岗岩中的密度、粒径、形状及空间分布的规律。根据岩石薄片上黑云母的灰度特征，应用直接成象方法获得其灰度图象，用自动阈值方法可用来提取黑云母粒子从而构成二值图象。借助MIPS图象分析系统，可以评价花岗岩薄片样本图象中所有黑云母粒子的参数，包括面积、周长等。花岗岩内黑云母矿物的密度、粒径 形状及空间分布的分析，揭示了其各向异性特征；同时，威布尔、正态及泊橙模型可分别用来描述黑云母矿物的粒径、形状及空间分布特征。     

鄂尔多斯盆地东缘MG区块煤层裂缝发育多尺度预测

查明煤层裂缝的发育特征,对于煤层气开采及井下煤矿安全生产都具有重要意义.测井及地震是煤层裂缝的地球物理识别的有效手段,针对鄂尔多斯盆地东缘MG区块,利用电成像、电阻率、密度、声波时差、自然伽马、中子孔隙度和阵列声波等测井曲线对8+9号的煤层小尺度裂缝的地球物理响应进行了描述;利用OVT(Offset Vector Ti...     

马岭花岗岩体铀成矿地质条件及找矿潜力分析

在研究马岭花岗岩体区域地质构造演化、岩体及外围地层含铀性、岩石地球化学和已知铀矿化空间分布规律及控矿构造的基础上,提出了4点认识：即（1）马岭复式岩体属S型重熔花岗岩;（2）富铀地层重熔导致了区域矿物质汇聚区的形成;（3）岩浆演化是热液富铀的物质基础;（4）NE向主导断裂导矿和旁侧陡倾斜断裂（裂隙）及地层破碎构成了有利于铀供源和聚沉的成矿系统。查明了该地区矿石类型为酸性矿石。分析了马岭花岗岩体的找矿潜力,指明了进一步找矿空间。     

Experimental studies on the effects of fracture on the P and S wave velocity propagation in sedimentary rock (“Calcarenite del Salento”)

Experimental studies were carried out in laboratory in order to investigate the effects of fracture on compressional (P) wave and shear (S) wave velocity propagation and therefore the relations between seismic properties and rock mass parameters. The discontinuity index, I_d, fracture density parameter C, linear fracture parameter Γ and the rock quality designation (RQD) were used to describe the rock mass parameters. These parameters are analyzed and then related to the seismic properties. Four vertical aligned fractures were created on an intact calcarenite block, 0.6 m long, 0.4 m thick and 0.4 m width, by sawing. The measures were carried out in four different blocks of cacarenite, having the same physical properties, and in four different phases: in first block the fractures were filled with air; in the second block the fractures were filled with “terra rossa”; in third block the fractures were filled with wet “terra rossa” and in the fourth block the fractures were filled with clay. The test results were statistically analysed using the method of least squares regression and polynomial relationships with high correlation coefficient were found between the fractured rock parameters and P-wave, S-wave velocities and V_p/V_s ratio. The investigations suggest that the P-wave and S-wave velocities decrease with increasing the fracture parameters, while the V_p/V_s ratio increases with decreasing the fracture parameters.

Furthermore the results of the experimental studies were applied on the seismic refraction tomography data acquired in a great measurements campaign undertaken in the Adriatic salentina coast (south Italy) in order to monitor the coastal erosion.

The geophysical results, using the polynomial relationships between the fractured rock parameters and P-wave velocity, are in good agreement with the geomorphological and geological results.