超固结土层垂向形变机理及临界水位控沉分析——以西安南郊钻孔土样研究为例

超固结地层发生地面沉降需要一个大于超固结应力的起始附加应力来驱动。依据有效应力原则,临界水位与超固结应力之间存在线性相关关系,则超固结地层垂向形变机理亦可通过临界水位描述为：当人为开采地下水引起的起始水位降深大于临界水位时,地面沉降将明显发生。西安南郊地质技校钻孔埋深100-300m内土样试验资料分析及计算结果表明：该地层普遍呈现超固结特性;第一、二承压含水组的临界水位值分别为63.44m及73.76m;将“临界水位”作为控制地面沉降与最大限度开采地下水资源的主控指标来考虑,是地面沉降的有效防治措施。     

天津滨海地区晚新生代地层自然固结与地面沉降研究

天津滨海地区地处渤海湾西岸,晚新生代沉积了巨厚的松散沉积物。地下水位下降、地层自然固结、地表载荷的加速增长等复合因素造成了严重的地面沉降。利用在天津滨海新区塘沽地区施工的一眼1 226 m全取芯钻孔,通过原状样品测试分析,系统研究了晚新生代土层的物理力学性质、黏性土固结特征,并结合欠固结黏性土层沉降量计算等方法阐述了土层固结状态空间特征,探讨了土层固结特征与地面沉降的相关关系。结果表明：该地区0～100 m深度土层具有低天然密度、高孔隙比、高含水率、高压缩性等特点,表现出软土的性质,在地表荷载增大的情况下,易发生地面沉降;100～550 m的黏性土大都处于超固结和微超固结状态,主要是由于过去地下水的大量开采造成的;550 m以下的黏性土多为正常固结,局部存在欠固结黏性土夹层。钻孔中存在合计约218 m的欠固结黏性土夹层,这些欠固结黏性土夹层在自重应力下的最终沉降量为1 985 mm,沉降量最大的土层对应于第1、6含水组,分别达614 mm和665 mm,这一沉降过程完成所需时间为数十年甚至上百年。     

北京市平原区建设用地地面沉降评估—以北京市外二环京哈高速公路—京密路段沉降区为例

北京市平原区埋藏着丰富的承压水资源，但是由于城市规模的日益扩大，人口剧增和经济快速发展，地下水长期处于超要状态，从而导致地面沉降大面积发生。目前地面沉降已经成为北京市的主要地质灾害之一。采用太沙基一维固结理论，先根据评估区的地层剖面建立预测地质模型，由已知的累计沉降量、承压水降低值等反算土层的压缩变形参数。然后按预估的水位降低值计算地面沉降量。     

北京典型地面沉降区土体压缩特征研究

北京平原区地面沉降目前处于快速发展阶段,影响因素十分复杂,其中粘性土体的存在是其赖以形成的物质基础。以北京昌平八仙庄典型地面沉降区为研究对象,采取逐级加荷、逐级卸荷以及反复加卸荷,分析100 m以浅粘性土体在不同加卸载方式下的固结特征。实验结果表明：荷载从25 kPa分级加荷到1 600 kPa,粘土变形量大于粉土,分别为2.822 mm、1.000 mm;荷载从400 kPa分级卸除到50 kPa,粘土的回弹量大于粉土,分别为0.277 mm、0.121 mm;反复加卸荷条件下粉质粘土及粉土较之粘土更容易达到固结状态,蠕变时间效应为粘土>粉质粘土>粉土。建议在制定地面沉降灾害防治措施方案时,应充分考虑沉降区地层土体特征影响。     

地面沉降的工程地质研究

本文论述了研究地面沉降的普遍意义;分析了地面沉降的各种诱发因素及其相对重要性;概括了产生地面沉降的地质环境模式;重点讨论了沉降机制;指出研究该问题应从地质成因—历史观点出发,着重研究岩土体的天然固结过程、固结状态。在此基础上,提山对该问题进行工程地质研究的途径应分为预测性阶段和工程开发中的实测阶段。而前一阶段尤为重要。     

西安市地面沉降机制

在西安市地面沉降基本特征分析的基础上,初步探讨地面沉降带下伏土层的固结性能,进而分析西安市地面沉降机制,初步研究表明,由于土层的超固结性能,西安市地面沉降明显不同于沿海城市（如上海,天津等）的地面沉降。     

天津滨海地区深部黏土层弹塑性变形特征与地面沉降关系研究

利用在滨海新区施工的2眼全取芯钻孔（G2和G3）,通过原状土样工程特性指标测试、固结压力试验、0-P0反复加、卸荷试验及地面沉降分层标监测数据分析等,系统阐述了滨海地区深部黏性土层弹塑性变形特征与地面沉降的关系。结果表明：天津滨海地区100 m以浅主要为欠固结土层;100～400 m土层处于超固结和微超固结状态,主要是由过去地下水超量开采造成的;400 m以下土层以正常固结为主。G2和G3孔不同层位黏性土层在反复加、卸荷试验过程中表现出塑性变形量逐渐减小,而弹性变形量几乎不变,与反复加、卸荷次数无关,表明黏性土层在水位反复升降条件下,逐渐变为以弹性变形为主。黏性土层这种特性显示,在地下水位反复升降多次后,黏性土层将会逐渐变成弹性体,在水位恢复时,将产生同步回弹,对防治地面沉降具有重要意义。分析弹塑性变形与黏性土层深度、天然含水率和黏粒含量的相关性发现：弹性变形量与黏性土层深度、天然含水率及黏粒含量呈正相关性;塑性变形量与深度相关性不明显,与天然含水率和黏粒含量呈负相关性。     

超固结粉质黏土水平应力释放特征与静止侧压力系数计算方法

如何合理地描述超固结地层静止侧压力系数K₀分布规律对岩土工程有重要的理论意义和应用价值。通过超固结地层形成过程的应力发展分析,开展了侧应力松弛试验,研究了超固结粉质黏土水平应力释放规律,建立了残余超固结水平应力σ’_hef与超固结比OCR的联系,提出了基于水平应力释放的超固结土K₀计算方法,并用原位土体水平应力KSB试验和室内试验进行了验证。提出的超固结土K₀计算方法物理意义清晰,并在中高OCR条件下实现了与前人归纳经验公式的统一。结果表明:超固结水平应力σ’_hef经历回弹与松弛2个释放阶段后稳定于残余值σ’_hef,粉质黏土σ’_he释放主要发生在回弹阶段;超固结水平应力残余值与初始值之比σ’_hef/σ’_he0随OCR增大而增大,但在OCR达到一定值OCR_r后趋于稳定。研究成果可供超固结地层中的挡土结构物土压力计算和数值分析提供参考和借鉴。     

控制地面沉降条件下天津深层地下水资源持续利用

天津平原大强度开采深层地下水引发严重的地面沉降。根据地下水位和地面沉降监测结果分析,第四系中更新统和下更新统是深层地下水持续利用的最佳层位。当水位埋深控制在35~40m,引发的地面沉降量小于10mm/a,深层地下水开采资源为26 755×104m3/a,平均资源模数为2.90×104m3/(a.km2)。与1991~2000年平均开采量相比,资源量减少了43.1%,而地面沉降量可以减少68.3%。长期大强度开采深层地下水提高了粘性土的固结程度。保持历史开采层位,稳定开采量,使水位稳定在地面沉降临界水位附近,是深层地下水资源持续利用,控制地面沉降的有效措施。     

苏锡常地区地面沉降机理及防治措施

地面沉降是一种危害性严重的地质灾害。由于地下水的长期超量开采导致地面沉降不断加剧。然而人们往往总是忽略了地质灾害与地质模式的内在联系,把大多数原因归结为人类活动。事实上地面沉降的发生不仅与地下水水位下降密切相关,而且还与地层岩性结构、水文地质条件、土的类型、厚度、压缩性的大小、固结历史等因素有关。本文以苏锡常地区为例,对地面沉降的机理进行了分析并提出了防治措施。     

模糊模式判别在油气预测中的应用--以泌阳凹陷前杜楼地区北部断块区98-2井区为例

通过对泌阳凹陷前杜楼地区北部断块区98-2井区资料的分析，运用模糊模式判别的原理，选取主振幅、主频率、有效吸收系数、砂岩厚度和层间速度差等参数来反映信息。建立了模糊因素集、模糊评判集、隶属函数和权重向量。利用所建立的模糊模式，对98-2区的7个砂层进行了模糊判别，得到98-2井区位Ⅰ级异常，即最有利含油气区。     

准噶尔盆地阜康凹陷东部斜坡带中侏罗统头屯河组高分辨层序与沉积微相精细分析

在岩芯观察、测井及地震资料分析基础上,应用高分辨层序地层理论对准噶尔盆地阜康凹陷东部斜坡带中侏罗统头屯河组进行划分,共识别出1个长期旋回,3个中期旋回以及10个短期旋回。概括起来有2种基准面旋回基本结构类型,多种亚类型,且旋回总体划分与地层划分基本一致。通过对试油资料的分析与总结,发现研究区油层大部分位于中期旋回MSC2中SSC4和SSC7两个短期旋回中,因此重点对两个短期旋回沉积微相特征进行详细分析,认为两个旋回都位于辫状河三角洲前缘亚相,包括水下主河道、分流河道等四个主要沉积微相。通过连井对比、等时地层格架的建立、上升相域沉积微相图编制和砂体纵向及横向分布特征的描述,总体认为SSC7旋回中所发育的有利储集体发育厚度及砂体连通性要好于SSC4旋回中砂体,并对有利储集层分布进行预测。     

长江宜昌段水系沉积物镉高值带成因

应用贡献因子和富集因子等方法对长江宜昌段水系沉积物Cd的来源进行研究,结果表明：研究区内地层对宜昌段水系沉积物Cd的贡献由大到小依次为：震旦系>二叠系>泥盆系>志留系;前震旦系、寒武系、奥陶系、三叠系、侏罗系和白垩系地层则对长江宜昌段Cd高值带的形成有一定的削弱作用。利用贡献因子、富集因子和MapGIS空间分析综合研究表明,震旦系和二叠系含矿富Cd地层的风化产物是长江宜昌段Cd高值带的主要自然来源。区内锌矿、煤矿和磷矿开采过程中的尾砂、废水的堆积和排放是长江宜昌段Cd高值带的重要人为污染源。     

4000 m地质岩心钻机在天津东丽区 地热资源调查中的示范应用

为了验证XD-40型钻机的性能参数,结合天津市东丽区地热井工程进行了示范应用。在钻进过程中φ311 mm口径钻深2258.83 m,超过了钻机额定钻深能力,提升系统、回转系统、液压系统、交流变频控制系统、数据及仪表参数监控系统、数据储存系统、钻机底座及钻塔等主要技术性能得到验证,并对钻机总体布置、控制系统程序、实用性设计进优化完善。XD-40型钻机机械化程度高,可以满足深孔钻探工艺要求,并可在地热、浅层油气勘探等领域进行应用拓展。     

塔北哈拉哈塘地区剪切断裂系统构造特征及其对油气分布的控制

塔北哈拉哈塘地区发育多组北东、北西向主干断裂组成的剪切断裂系统, 本文在剪切断裂地球物理识别的基础上, 分析了研究区内剪切断裂系统构造特征及其对油气分布的控制.研究区内剪切断裂发育9种典型构造样式.平面上, 整体为共轭剪切断裂, 分支断裂延伸较短, 与主干断裂呈小角度相交; 单条剪切断裂带具有一定的分段性, 不同部位具有不同的构造样式和平面组合.纵向上, 哈拉哈塘地区剪切断裂系统具有分层变形的特征, 可以划分为下、中、上3个构造层.下构造层为寒武系-奥陶系, 为纯剪作用下形成的共轭剪切断裂系统; 中构造层为志留系-二叠系, 为受下构造层控制的张剪作用下形成的断裂; 上构造层为三叠系及其以上地层, 为受中下构造层控制的张剪作用下形成的雁列式分布的正断层.这种分层变形特征主要受控于区域古构造应力场的变化.哈拉哈塘地区剪切断裂系统的构造特征决定了该区油气分布具有"多层系含油、沿断裂富集"的特征.     

秦岭杂岩的组成、构造格局及演化

秦岭杂岩主要由变质地层、正片麻岩系、性质不明片麻岩系、归属不明大理岩块体及蛇绿岩片组成。变质地层可解体为秦岭岩群、峡河岩群。杂岩的构造格局以３个透镜状块体ＮＷ向斜列叠置为特征。杂岩变质体形成于新元古代北秦岭俯冲碰撞构造背景，构造线可能为ＮＮＷ；古生代遭受韧性抬升改造和花岗热穹叠加，构造线ＮＮＷ；中、新生代整体抬升至表层次，局部受脆韧性剪切变形叠加，构造线近ＥＷ。这种构造演化可能揭示了区域大地构造不同阶段构造体制及块体运动方向特征。     

天津矿产资源特征及其成矿规律

天津虽不是资源大省,但矿产资源种类较多,成矿类型较为复杂。本文总结了天津市辖区内矿产资源的分布特征,并系统总结了矿产资源的时空演化规律:时间上,成矿作用发育持续时间长,按构造演化时段,可分为太古宙、元古宙、古生代、中生代、新生代5个时段,以元古宙为主要成矿期;空间上,可以划分为2个Ⅲ级、4个Ⅳ级构造单元,金属和非金属矿产资源主要分布在北部Ⅳ级构造单元的蓟唐裂谷中,油气、地热、地下水等矿产主要分布在南部黄骅坳陷区。根据矿产时空分布规律和地质构造环境,将天津全域划分为2个Ⅲ级成矿带,6个Ⅳ级成矿亚带,并厘定出11个矿床成矿系列22个亚系列,建立了区域成矿谱系,探讨总结了不同成矿作用、成矿单元与成矿系列的演化趋势,认为沉积作用是天津最主要的成矿作用,形成的成矿系列呈现出由中元古代金属、非金属→晚古生代、中生代能源矿产煤→新生代能源矿产石油、天然气的演化趋势;矿床成矿系列随着时间演化,在晚期不同成矿单元内均呈现多样化特征。     

废弃油井改造为地热井技术分析

天津地区具有丰富的地热资源和油气资源,20世纪90年代大港石油集团公司为寻找石油在塘沽地区开凿了一大批石油开采井,随着石油资源的日益枯竭,多数油井均已废弃。本文结合该区地热地质资料和油井井身结构,探索将废弃的石油井改造为地热井,并通过T38-1、T38-2井成功改造实例证明其可行性,为类似工程提供了借鉴。     

天津市浅层地热能开发利用动态监测网建设

天津是中国浅层地热能开发利用试点城市之一,目前已顺利完成试点工作,形成了"调查先行、规划跟进、工程示范、监测到位、政策保障"的"天津模式",动态监测作为其中一项重要的工作,取得了丰硕的成果。首先,结合天津浅层地热能地质条件和开发利用现状,制定了动态监测网的原则和技术要求;建设了地层温度监测站、运行系统监测站及两者皆有的监测站共11个,同时建立了天津浅层地热能开发利用试验基地及动态监测中心,采用GPRS网络实现了监测数据的无线传输;产学研相结合,研制了"分布串列式地层精细温度测量和传输采集系统"等监测设备、仪器及软件,共申报国家专利14项;在总结和分析建设经验的基础上,起草了《天津市地埋管地源热泵动态监测规程》。笔者认为,天津的工作成果,必将为其他省市开展浅层地热能工作提供宝贵的经验。