青藏高原多年冻土顶板温度和温度位移预报模型的应用

温度位移和多年冻土顶板温度是活动层研究和冻土环境研究中重要的能量指标. 主要讨论国外普遍采用的温度位移和多年冻土顶板温度近似模型的适用性, 并在青藏公路沿线8个冻土地温监测断面中应用模型进行计算. 结果表明温度位移和多年冻土顶板温度近似模型能够被用于预报低温多年冻土(年平均地温低于-1.5 ℃), 对于高温多年冻土(年平均地温高于-1.5 ℃)该模型不适用.     

东北多年冻土地区地基承载力对气候变化敏感性分析

近年来,中国东北多年冻土地区正处于显著的增温过程中。由此导致多年冻土逐渐退化,并严重影响到构筑物的稳定性。以0.05 ℃的年平均气温上升率为背景,采用带有相变的传热学有限元方法,对中国东北多年冻土地区不同初始气温条件和不同含冰量类型冻土的地基温度状况以及季节活动层厚度变化进行了模拟;利用温度场有限元数值试验结果和已有承载力试验数据分析了不同类型冻土地基的力学性质对气温变化敏感性,评估了气温变化对各类冻土地基承载力的影响。气候变化对多年冻土地区构筑物稳定性影响程度取决于两个环节：其一,冻土地基温度状况对气候变化的响应;其二,冻土地基力学性质对地基温度变化的敏感性。研究结果表明,冻土地基含冰量和温度状态对其承载力随气温变化的敏感性具有显著的影响。含土冰层地基承载力对气温变化最为敏感,气温变化对高温冻土地区浅层地基承载力以及桩-土冻结强度影响较大;而深基础桩端冻土地基承载力受气候变化影响相对较小。     

冻土钻孔内的温度分布——冻土钻探专题之一

分析了冻土钻孔中温度分布的意义，提出了孔内温度的数学模型，计算了钻头破碎岩石产生的温度增量，提出了防止钻孔坍塌的条件。     

地热田温度的预测方法

在利用电阻率参数进行地热田勘查时,将电阻率参数转换为温度参数后形成的温度断面图能够更直观地显示地下温度场的分布情况;当勘查剖面有已知地热钻孔时,能够利用已知钻孔温度预测地下温度场的温度分布,这对判定热储构造分布、确定钻孔位置十分有利.温度计算时,地层电阻率初值的计算和勘查方法有关,选择正确的电阻率初值计算方法对温度计算...     

多年冻土区桩基温度场研究

为了解决多年冻土区桥梁桩基浇筑混凝土对冻土层地温的影响,把握后续工程施工,需要对多年冻土区桩基温度场进行认真分析与研究。结合冻土桩的特点,根据冻融循环条件下土体热量迁移的基本规律,基于多孔介质和热力学理论,建立了多年冻土区桩基温度场控制方程。该控制方程不仅包括了热传导和相变潜热对温度分布的影响,而且考虑了混凝土水化热的释放规律,并将研究成果与的西藏某大直径灌注桩温度场现场试验结果进行对比分析。结果表明：所建立的冻土区桩基温度场控制方程计算结果与实测结果吻合较好。在此基础上,应用该模型作数值分析,着重分析了不同深度处桩侧土层温度随时间变化规律和混凝土浇注后不同时期温度沿桩径方向的变化规律,于解决西部多年冻土地区公路运营安全和行车性能,准确掌握多年冻土地区已建桥涵和新建桥涵基础稳定性,具有非常重要的理论和实际意义。     

青藏高原多年冻土区碎石护坡降温作用及效果分析

基于青藏高原北麓河多年冻土区碎石护坡路基与普通路基温度监测资料分析,结果表明:碎石层的铺设具有减小坡面年平均温度及坡面温度年较差的作用;与普通路基相比,碎石护坡在暖季主要起到隔热作用,但在冷季主要存在不利于路基散热的弊病.从路基人为冻土上限抬升状况、温度降低程度和路基变形量的差异来看,碎石护坡路基较普通路基有利于冻土路基的热稳定性.但碎石护坡调节路基内部温度场是一个长期过程,即坡面温度对多年冻土温度的影响具有滞后性,若作为青藏铁路多年冻土区补强措施使用时应慎重.     

矿井通风对多年冻土井筒围岩热影响的数值分析 (Ⅱ): 多年冻土井筒围岩温度的变化规律

在多年冻土区进行煤矿地下开采, 通风作用改变了井筒围岩的热平衡条件, 从而引起了多年冻土上限及其井筒周围冻土季节融化层的变化, 有可能影响到井筒支护结构的稳定性. 因此, 研究在矿井通风作用下, 多年冻土温度场分布及随季节的变化趋势是有意义的. 基于ANSYS有限元分析软件, 针对多年冻土区某煤矿的赋存条件、 试验采场位置以及通风作用对冻土的影响范围, 建立了二维数值计算模型, 利用焓式有限元方法对多年冻土井筒围岩的温度特性进行了数值模拟, 分析了矿井通风对多年冻土井筒围岩的热影响程度, 其计算方法和结果为下一步多年冻土煤矿地下开采井筒支护设计提供参考依据.     

冻土温度状况研究方法和应用分析

分析讨论了冻土温度状况研究中相关问题,包括构成多年冻土层的岩性、含水量、结构和构造,决定多年冻土温度状况动态变化的地面温度与气温间的关系,地中热流,研究区域的确定以及取决于地层的岩性、含水量、结构和构造、容重的热量在地层内传播过程的热物理参数.在分析物理学、地学和气候学等学科研究结果的基础上,笔者认为:1)在研究冻土温度状况问题中,研究区域应根据所研究问题的时间尺度确定,由于多年冻土层内不同深度上的温度和热流(或温度梯度)随时间的不同影响深度也不同,研究数十年时间尺度的多年冻土温度状况问题,一般应取多年冻土下限处的地中热流(或温度梯度)作为问题的下边界条件;2)以气温积温(或气温)与地面温度积温(或地面温度)比值所定义的N系数不仅存在年变化、季节变化和日变化,并在求解时必须已知地面冻结(或融化)的持续时间,而在目前对于不同地面条件缺乏定量描述气温与地面温度间关系的实验基础.因此,在缺乏比较严格的地面条件定量描述的情况下,应用气温与地面温度之差描述二者间的关系可能更为简单;3)在青藏高原地区,由于不同区域地形、地面条件、地层岩性以及地中热流等存在着很大差异,因而,不同区域多年冻土的热状况也不同.所以,不能简单地以气温等值线进行多年冻土制图,更不能以此年冻土变化预报的基础.     

风沙堆积对多年冻土温度影响的室内试验研究

随着我国高寒区沙漠化问题的日益严重, 由此产生的地表风沙堆积对多年冻土影响的范围和强度越来越大, 但目前风沙堆积对多年冻土温度的影响过程及机理仍不明确, 特别是缺少室内模型试验方面的研究. 通过室内试验模拟了不同厚度的积沙对多年冻土温度的影响. 结果表明:除试验箱气温为正负温过渡阶段外, 当试验箱气温为负温时期, 积沙冻土的中上层温度比无积沙冻土高, 且沙层越厚温度越高, 但均为负温, 整个土层仍对应冻结状态; 当试验箱气温为正温时期, 积沙冻土的中上层温度比无积沙冻土低, 且沙层越厚温度越低, 而正温阶段对应冻土融化时期, 积沙的降温作用可延缓冻土的融化. 在3个冻融循环周期内, 积沙冻土的底面平均温度均比无积沙冻土低, 且沙层越厚, 冻土底面温度波幅越小.     

布曲河特大桥钻孔灌注桩施工工艺

在高原多年冻土地区，气候恶劣，生态环境脆弱，钻孔灌注桩施工中又不可避免地会遇到土层处于不同的冻结状态，施工中必须考虑并设法预防和消除由于冻土的变形、强度弱化及冻胀、融沉所引起的各种病害，因此钻孔灌注桩施工在质量、安全和环保等方面难度很大。介绍了布曲河特大桥钻孔灌注桩施工工艺，该工艺明显不同于内地通常的钻孔灌注桩施工工艺，在高原多年冻土地区是行之有效的，对高原多年冻土区钻孔灌注桩施工具有重要的参考意义。     

琼东南盆地现今地层温度分布特征及油气地质意义

温度状态是决定油气形成与保存的关键因素，精准的深部地层温度预测对盆地油气资源战略评价和勘探开发具有重要意义。琼东南盆地是我国当前深水油气资源勘探的重点区块，揭示盆地深部地层温度分布格局及主控因素是深水油气勘探研究的一项基础工作。结合钻孔实测温度和系统的岩石热物性参数，文章揭示了琼东南盆地现今深部地层温度分布特征。研究表明，琼东南盆地的优势储层温度为90~150℃ （数据占比>70%），高于国外学者提出的储层“黄金温度带”（60~120℃），推测与南海北部大陆边缘盆地高地热背景有关。此外，盆地T30—T70 界面处的估算温度均表现为“西高东低”的特征，高温区域位于西部的崖南凹陷；深部温度分布格局与地层的埋深、热导率结构以及因区域拉张程度不同引起的基底热流差异等诸因素有关。成果为琼东南深水油气勘探开发及钻井工艺设计提供了坚实的地热学依据。     

琼东南盆地现今地层温度分布特征及油气地质意义

温度状态是决定油气形成与保存的关键因素,精准的深部地层温度预测对盆地油气资源战略评价和勘探开发具有重要意义。琼东南盆地是我国当前深水油气资源勘探的重点区块,揭示盆地深部地层温度分布格局及主控因素是深水油气勘探研究的一项基础工作。结合钻孔实测温度和系统的岩石热物性参数,文章揭示了琼东南盆地现今深部地层温度分布特征。研究表明,琼东南盆地的优势储层温度为90~150℃ （数据占比>70%）,高于国外学者提出的储层“黄金温度带”（60~120℃）,推测与南海北部大陆边缘盆地高地热背景有关。此外,盆地T30—T70 界面处的估算温度均表现为“西高东低”的特征,高温区域位于西部的崖南凹陷;深部温度分布格局与地层的埋深、热导率结构以及因区域拉张程度不同引起的基底热流差异等诸因素有关。成果为琼东南深水油气勘探开发及钻井工艺设计提供了坚实的地热学依据。     

Investigating internal structure of permafrost using conventional methods and ground-penetrating radar at Honhor basin, Mongolia

A ground-penetrating radar (GPR) survey was conducted at the end of August 2009 in the suburb region of Ulaanbaatar, Honhor basin, Mongolia, in combination with conventional methods such as borehole drilling and measurement of ground temperatures. The interface of frozen and unfrozen sediment was distinctly resolved in the interpreted GPR images, verified by the borehole drilling records and 6-month measurement of ground temperatures. The location of the permafrost table was assessed to be at the depth of 2?C4?m in the study region. A conspicuous ice-saturated soil layer (massive ground ice) was detected in the interpreted GPR images with a thickness of 2?C5?m. The GPR investigation results were consistent with the borehole drilling records and ground temperatures observation. The borehole logs and ground temperatures profile in the borehole indicates that permafrost at Honhor basin is characterized by high ground temperature and high ice content, which implies that ongoing climatic warming would have great influence on permafrost dynamics. The research results are of great importance to further assess permafrost dynamics to climatic change in the boundary of discontinuous and sporadic permafrost regions in Mongolia in the future.     

低温泡沫钻进技术在漠河盆地冻土井工程的试验研究

低温泡沫钻进技术除了具有岩心采取率高、钻进效率高和孔内事故少的特点之外,还具有低导热性、低热容量及对钻井孔壁的热干扰小等特点。低温泡沫系统由空压机、泡沫液罐、热交换器、泡沫发生器和参数监测系统组成。通过对泡沫液和空气制冷后,经发泡器混合后可获得低温泡沫。利用低温泡沫作为冲洗介质进行取心钻进,孔内返出的泡沫经消泡后,可再次循环利用。该技术在漠河盆地冻土井工程中进行了应用,经试验数据分析,低温泡沫对冻土层温度的影响极小,岩心采取率高,满足冻土层取心钻进工作的要求。     

青藏铁路沿线多年冻土区地温场变化规律

青藏铁路通过约550km的多年冻土区,统计和分析青藏高原多年冻土分布区主要气象台站的资料可以看出,近30a来高原多年冻土区的气候变化总的趋势是向着气温升高的方向发展的,气温的变化对多年冻土热状态的扰动主要表现在地温场的变化上.30多年来高原气温升高0.45℃左右,并引起冻土地温平均升高了0.2～0.3℃.分析青藏铁路通过的多年冻土地区典型地段测温孔资料,发现多年来气候转暖已经使冻土上部(20m以上)地温明显升高,影响深度已经波及到了40m.     

水化学温度计估算粤西沿海深部地热系统热交换温度

在实际案例分析中,采用传统地球化学温标计算的温度与实测温度往往有一定的差距,研究系统中矿物-流体的平衡状态、判断作为估算热交换温度的地热温标是否使用、选出最合适的计算结果非常重要.在讨论热水与矿物的平衡状态时,采用Na-K-Mg三角图解法和PHREEQCI程度模拟计算矿物饱和指数的方法进行研究,结果表明:(1) 粤西沿海地热系统采集的23组水样的分析发现其热水水化学特征为热水呈中低温弱碱性、氟含量较高源于热水与花岗岩的水岩相互作用、由内陆至沿海地区水化学类型由HCO₃·Cl-Ca·Na型向Cl-Na型转化;(2) 浅层水的混合使得硅温标的估算值低于实测温度;只有21号水样适合用阳离子温标,其热交换平衡温度为150~170 ℃;1号和19号样可用K-Mg温标计算其热交换温度下限值,分别为136.2和151.6 ℃,其余水样则适合用log(Q/K)-T平衡法估算,深部热水在经历深循环后上升至地表,在浅层受到冷水混合.      

Estimating heat flow from an unsteady temperature log of submarine borehole BDP-98 (Lake Baikal)

We have applied the method of one temperature log suggested by Kutasov in 1987 to process an unsteady temperature log of the 674 m deep submarine borehole BDP-98-2 (Akademichesky Ridge, Lake Baikal) and found it suitable to reconstruct the primary steady thermal gradient not disturbed by drilling. The steady gradient we derived using a special formalism, with reference to drilling conditions and measured thermal properties of sediments, was 63 mK/m, more than two times the unsteady gradient at different depths. Heat flow calculated with this gradient and a mean thermal conductivity of 1.1 W/(m·K) was 70 mW/m², which is consistent with earlier geothermal data from the same area. Thus, the one-log procedure is a useful tool to predict the original undisturbed thermal gradients and estimate approximate heat flows if a single unsteady temperature log is available.     

Simulation analysis of the impacts of underground mining on permafrost in an opencast coal mine in the northern Qinghai–Tibet Plateau

Based on two-dimensional heat-conduction equations with a phase-change component, this study investigates the impact of underground mining on the permafrost environment in an opencast coal mining pit. The dynamics of the maximum thawed and freezing depths at different depths around a borehole wall are determined. The spatial distributions of these dynamics are also determined at different locations of the wall profile. The results show that (1) the maximum freezing depth tends to increase over 100 years; (2) the maximum thawed depth increases along a borehole wall over 100 years. In particular, the maximum thawed depth increases faster near the junctions of permafrost and seasonally frozen soil; (3) due to the small cross section of mining laneways, coal mining does not cause rapid increases in permafrost temperature around borehole walls. Once disturbance to permafrost around a borehole wall decreases, the once-insignificant effect of temperature will become more obvious. Underground mining does have some impacts on permafrost surrounding borehole walls, but it does not cause large areas of deformation due to thermal disturbance.     

地热井钻井液对井壁温度分布的影响研究

地热井钻井作业时,井深越大,井眼温度越高,给钻探施工造成的难度越大,因此有必要研究井内循环温度分布。通过分析钻井液循环时热量传导过程,利用井筒温度控制方程,结合雄安新区地热井工程实例中的各项参数,使用全隐式有限差分法求解方程,求解井内钻井液循环时各部分的温度分布。且通过方程模拟研究了钻井液的密度、粘度、排量等工程参数对井壁温度分布的影响,结果表明：钻井液密度、粘度、排量越大,井壁温度越低,井底附近的井壁温度降低幅度越大,其中钻井液的排量改变对井壁温度分布的影响最大。模拟研究结果对于现场施工设计有一定的参考价值。     

祁连山冻土区DK-9孔温度监测及天然气水合物稳定带厚度

祁连山冻土区木里盆地三露天井田自2008年首次钻采到天然气水合物实物样品以来,实现了中低纬度高山冻土区天然气水合物勘探的重大突破。天然气水合物钻孔DK-9于2013年发现水合物,通过对该孔长期地温实时监测,获得了稳态的地温数据。结果表明,祁连山多年冻土区聚乎更矿区三露天井田冻土层底界为约163 m,冻土层的厚度达约160 m,冻土层内的地温梯度为138 ℃ /100 m,冻土层以下的地温梯度达485 ℃/100 m。根据天然气水合物形成的温-压条件分析,聚乎更矿区具备较好的天然气水合物形成条件,天然气水合物稳定带底界深度处于510~617 m之间。