高温高压下水流体中石英溶解度研究进展

高温高压水流体中矿物的溶解度是研究地球内部水流体-固体相互作用过程中元素活化、迁移和沉淀以及热液组成、性状及演化的必备参数。石英作为地壳最基本的组成矿物,其在高温高压水流体中的溶解度在地球内部热液作用研究中具有极为重要的意义,迄今已有许多学者对石英在高温高压水流体中的溶解度作过研究。本文通过系统总结前人有关研究成果,从实验技术、影响因素以及石英的赋存状态和溶解度模型等方面介绍了高温高压水流体中石英溶解度的研究进展,对目前该研究存在的问题作出了评述,并对未来该研究的发展趋势进行了预测。     

超临界水流体与含矿花岗岩熔体相互作用实验的地质意义

超临界水流体与含矿花岗岩熔体相互作用实验的地质意义李统锦（中国科学院广州地质新技术研究所，广州５１０６４０）关键词超临界水流体，含矿花岗岩熔体，实验地球化学成岩成矿作用中的物质传输，大多是通过流体的迁移来实现的；这些流体包括硅酸盐熔体和水溶液。地质研...     

河床演变(續)

三、河床演变情况1.水流和河床相互作用河床发生演变的基本原因,前面已談到是由于水流的动能、环流及泥沙运行所致。但每一条河流的河床怎样会发展成为現在的形态,則是水流和河床在长时期內相互作用的結果。水流在其他水力条件相同的情况下,其流速在断面上的分布情况和速度的快慢,将为河段的断面所决定。断面的形状和大小一有变化,必将使水流情况发生变化;而水流情况的改变,又将使河床改变其形态。     

山区阶梯式河道水流阻力研究

山区阶梯式河道是自然界来水来沙和山区大比降河床相互作用所形成的,其水力特性、河道阻力较为复杂。为了深入研究其阻力机理,从河床结构阻水的角度提出阶梯式结构糙率尺度的概念,得到了适用于阶梯式河道跌落水流的形体阻力系数表达式,并由不同来源的阻力分量构成了新的山区阶梯式河道水流总阻力系数公式。新公式结果表明,通过不同类型河段的野外试验数据,表面泥沙、阶梯形状以及漂石产生的阻力系数分量之和与试验测量总阻力系数数据的误差较小。随着雷诺数和阶梯单元尺寸的增加,河床表面的泥沙肤面阻力系数基本不变,阶梯式结构形成的跌落水流过渡到滑行水流,阶梯形体阻力系数逐渐变小,而较大粒径松散漂石产生的水流阻力系数只随着雷诺数的增大而减小。     

米尺度裂隙岩体模型水流-传热试验的数值模拟分析

为了研究高放射性核废物地下处置库近场的水流-传热耦合问题,采用国内高放废物地下处置库预选场址--甘肃北山地区的花岗岩石块体,加工组合成米尺度的规则裂隙岩体模型,设置边界热源和裂隙水流,试验模拟裂隙水水流与传热之间的相互作用。作为该室内模型试验的前期理论研究,采用等效孔隙介质数值模型,着重分析了裂隙开度、裂隙流量和热源功率对流场和温度场的影响。在设定条件下,计算分析表明：热传导和裂隙水水流由热源作用初期的不耦合很快转化为耦合;不流动的裂隙水主要表现为热存储和热传导,而流动的裂隙水还引起流动传热和水与岩石之间的对流换热,使岩体温度场明显不同于单纯热传导的情况;如果保持裂隙水流量不变,则裂隙开度的变化对水流-传热影响不大;如果保持裂隙水流速不变,则裂隙开度的变化对水流-传热影响显著;热源功率越大,通过裂隙水的热流量越大,裂隙水压强越大,而当温度超过100 ℃时,裂隙水会因汽化而压强显著增大;加热7 d时,热量的输入和输出几乎相等,裂隙水流带走的热量接近热源供给的热量,模型系统基本达到了热平衡。     

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。     

鄂尔多斯盆地南缘彬县地区铀成矿关键时期的古地貌特征

中侏罗世为直罗组下段沉积期,辫状河道为有利的铀储层砂体,铀矿(化)体主要赋存于辫状河砂体中,受沉积古地貌控制,主要发育在低洼区。晚侏罗世、早白垩世-古新世、始新世-中新世是砂岩型铀成矿期,古地貌控制了地下古水流的流向,控制着氧化还原带的分布和铀矿的富集:晚侏罗世铀预成矿期,古隆起区受到潜水淋滤,含铀物质向斜坡和低洼区迁移;早白垩世-古新世铀主成矿期,古地貌控制了含氧含铀水的水流方向,氧化还原带主要分布在古地貌斜坡区。     

考虑地表-地下水相互作用的地下水流动研究

地下水是水文系统的重要组成部分,对保护和开发日益枯竭的水资源具有重要的战略意义。地下水作为一种自然资源,对供水和水质起着至关重要的作用。地下水模拟是水资源可持续管理的重要组成部分。因此,地下水的物理机制应该通过建立详细的水文和污染物运移模型来确定。此外,为了建立准确的地下水模型,应考虑地表-地下水相互作用。虽然许多研究将地下水作为一个单一系统,研究地下水水力学和水文学,但通过在不同情况下进行敏感性分析来研究地表水-地下水相互作用和地下水行为的研究很少。因此,本文将地表水和地下水视为一个独立的系统,并进行相应的模拟。本研究利用三维有限差分法地下水流动与污染物运移模拟模型,建立了一个概化的河流-含水层模型。研究了地表水与地下水相互作用对水文特性的影响。利用概化河流-含水层系统的水文模型,在不同的水流边界条件和水流路径下进行分析,得到地下水位波动和河流与含水层之间的流量。     

沉积学研究中的地层倾角测井资料解释

地层倾角测井资料中包含着丰富的地质信息，它不仅可以反映地层的岩性界面，而且对于地层的时间当量层理面也有所响应，即当地层的沉积构造发生变化时，与之相应的地层倾角和侧向也将随之发生变化。在地展倾角矢量图上，根据倾角矢量随深度的变化关系可以将其划分为五种颜色模式:蓝模式、红模式、绿模式、黄模式和白模式，这五种颜色模式分别反映不同的沉积构造。砂岩体在倾角矢量图上主要表现为三种矢量图模式:ａ.古水流模式-水流层理、顺流加积和进积；ｂ.底线模式-侧向加积和冲蚀接触；ｃ.地层形状模式-压实模式、古水流模式和底线模式可以指示以水流为其搬运介质的沉积砂体，如河道沉积和三角洲沉积，压实模式可以指示岩礁或砂坝。综合分析地层倾角矢量图、地层倾斜方位频率图和画有横向对比线的地层倾角极板曲线图可以研究如下所述的地层沉积学问题:１）地层的形状特征，如地层的厚度、地层的延伸方向和延伸范围、地层面形状。２）地层界面特征，即相邻地层的接触关系，是渐变接触还是突变接触。３）层理特征，如块状层理、纹层状层理和非均质层理。４）沉积旋回和韵律。５）古水流方向和砂体加厚方向。６）砂体微相，即当大的沉积环境（如三角洲沉积环境）已知的条件下，可以识别（如分流河道砂体、河口坝砂体等)砂体微相。     

含煤岩系沉积环境研究方法讲座 第三讲 古水流方向的研究

古水流方向的确定简称古流分析,是研究沉积岩体形成时的水流方向及其体系的。古水流方向的研究是重建含煤岩系沉积环境时经常采用的一种重要方法。      

壁面局部接触裂隙岩体水流-传热的一种理论模型及计算分析

核废物地质处置、地热开发、石油开采等工程领域都可能涉及稀疏裂隙岩体中的水流-传热过程。现有的裂隙岩体水流-传热理论模型和计算方法基本上都是以平行光滑壁面裂隙模型为基础的,没有考虑裂隙的壁面局部接触对水流、水-岩热交换以及岩体传热的影响。针对粗糙壁面裂隙水流过程,阐述了基于Stokes方程的Reynolds润滑方程及Hele-Shaw裂隙模型,采用MATLAB软件中的PDE工具求解,并与Walsh的等效水力开度公式进行对比;分析壁面局部接触裂隙水流-传热与填充裂隙水流-传热的相似性,提出了瞬时局部热平衡假设的适用条件,并在裂隙局部接触体传热满足Biot数条件的前提下,计算分析裂隙局部接触体与水流之间的局部热平衡时间及其影响因素;在裂隙局部接触体与水流之间满足瞬时热平衡假设的前提下,利用填充裂隙水流-传热的解析解,计算了壁面局部接触裂隙水及两侧岩石的温度分布,并分析了裂隙局部接触面积率、裂隙开度、裂隙水平均流速对岩石温度和裂隙水温度的影响特征,结果表明：（1）在设定条件下,由于裂隙局部接触体与裂隙水流之间的热交换,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随接触面积率的增大而减小,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随接触面积率的增大而增大;（2）裂隙开度和裂隙水流速对岩石温度和裂隙水温度的影响方式的影响是一致的,即由于裂隙水流量随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙水流对其两侧岩石温度的影响范围随裂隙开度和裂隙水流速的增大而增大,裂隙两侧岩石对裂隙水流温度的影响程度随裂隙开度和裂隙水流速的增大而减小。     

水流冲刷对桩基承载性状影响的数值模拟

利用三维有限元耦合数值模型,对水流冲刷作用下桩基础从低承台向高承台的变化过程中承载性状变化的数值模拟方法进行探讨,得出一种较为理想的模拟方法,对于复合地基中的水流冲刷问题及类似桩-土相互作用中的开挖问题的数值模拟有一定的参考价值。结合工程实例,说明工程计算中简单按高承台计算来考虑水流冲刷作用对桩基承载性状的影响是不准确的。通过调整接触面单元和土体单元刚度,更全面地分析了不同条件下冲刷后桩基承载性状的变化规律,说明冲刷后土体有明显的回弹效应,工程计算中不能简单忽略。     

合肥—潢川盆地南缘中生代冲积沉积及其构造意义

合肥—潢川盆地南缘中生代地层被划分为4个年代体（Chronsome）。年代体Ⅰ包括早侏罗世防虎山组和中晚侏罗世圆筒山组下部，由辫状河、曲流河以及滨一浅湖沉积体系组成，局限于盆地东端；年代体Ⅱ包括中晚侏罗世三尖铺组、朱集组和圆筒山组上部，下部为冲积扇沉积，中、上部为辫状河沉积，早期属于横向水流系统（南北方向），晚期是纵向水流系统（东西方向），近EW向的信阳—金寨—舒城断裂是其南部边界；年代体Ⅲ包括早白垩世早期凤凰台组、段集组、周公山组，前两组为冲积扇沉积，后者为辫状河和越岸沉积，粗碎屑明显向盆进积达数公里，南部边缘发育横向水流，而往盆地方向发育纵向水流。年代体Ⅳ为早白垩世晚期黑石渡组和陈棚组，南部边界是磨子潭晓天断裂和桐柏-商城断裂，断裂以伸展走滑为主，东段早期为冲积扇-扇三角洲沉积，晚期为深湖浊积岩沉积。晚白垩世沉积仅发育在西段局部地区，其余处于隆升状态。平行于大别山造山带的近EW向纵向断裂控制着年代体的南部边界，NE向郯城庐江断裂和商城麻城断裂控制着年代体侧向相的变化。合肥潢川盆地南缘沉积从东往西逐渐超覆，揭示大别造山带折返具有自东而西的递进特征。郯城—庐江断裂和商城—麻城断裂对年代体的发育有明显影响，郯城—庐江断裂控制着早侏罗世沉积，表明构造活动至少始于早侏罗世。     

金川二矿区大体积充填体变形的三维数值模拟

充填法采矿是维护矿山稳定、控制地压变化以及限制围岩变形的最有效的手段方法,这种方法被大量地应用于金属矿山的开采工程当中。充填体作为矿体采出后的替代物,充入地下采空区后经过相变-固结-承压-提供反力-与围岩相互作用等阶段,与上覆岩层、下部矿体以及周围围岩形成了一个共同抵抗外部压力又相互作用的系统。这个系统在矿山开采状态下如何维护自身稳定以及相互作用所产生的变形破坏等都是需要进行研究的问题。金川镍矿二矿区已经进行了几十年的充填开采作业,逐渐形成了体积非常巨大的充填体,而进入深部开采工程后,上覆巨大充填体的受力稳定问题直接关系到矿山的安全生产。本文结合金川二矿区开采实际,在精确刻画充填体三维形态特征的基础上,采用数值模拟方法分析了大型充填矿山充填体的力学行为。模拟结果表明:充填体在开采时会出现整体受压变形,最大剪应力是导致充填体与围岩发生局部破坏的主要因素,对此根据充填体整体塑性屈服区域的分布和剪应力分布情况,确定了破坏失稳的危险区域。     

考生答题选登

试题1:(10分)试述研究地下水流的连续体(或连续水流)法的设想依据和实用意义。 答:水就其微观研究来说是不连续。但就宏观上看水是一个连续体。其中的每一个质点是彼此连续不间断的。因此在研究它时可以认     

东营凹陷下第三系流体-岩石相互作用研究

盆地内地层流体-岩石相互作用导致储层特征和流体性质发生变化,影响油气藏的形成与分布。本文分析了东营凹陷下第三系地层孔隙流体的化学和动力学特征及其分布规律,根据地层中矿物的组成和结构特征对成岩过程中地层古流体的地球化学特征进行了推测。并通过对典型油田泥岩层和砂岩层中矿物组合及其在地层剖面上的变化规律的实例剖析,揭示了东营凹陷下第三系储层中流体-岩石相互作用的基本特点,在此基础上,建立储层中流体-岩石相互作用的地质/地球化学模型。     

弯道凹岸不同部位崩塌体对近岸水流结构影响的试验研究

二元结构河岸失稳后,上部河岸发生崩塌并堆积在近岸,从而改变近岸水流结构并影响河岸二次侵蚀过程。为了探索弯道凹岸不同部位的崩塌体对近岸水流结构的影响,以长江中游石首河段为背景,开展概化模型试验,采用多普勒流速仪（ADV）精细测量崩塌体附近三维水流流速,并对比分析有无崩塌体时水流及壁面剪切力的变化规律。结果表明:位于顶冲点上游的崩塌体,使纵向流速最大区域远离凹岸,从而使崩塌体与河岸坡脚之间区域内的平均壁面剪切力减小;而位于顶冲点下游的崩塌体,使纵向流速最大区域靠近凹岸,从而使崩塌体与河岸坡脚之间区域内的平均壁面剪切力增大。研究成果丰富了对二元结构河岸侵蚀过程的认识,有利于河岸侵蚀模型的发展与完善。     

地下水与岩土介质相互作用的工程地质力学研究

地下水与岩土介质相互作用的工程地质力学研究周平根（地质矿产部环境地质研究所，北京，１０００８１）地下水是运动着的水流，它和周围的岩土介质不断进行着物理的、力学的、化学的作用，从而影响地下水流的性质和化学组成，同时也对岩土介质状态产生影响。水文地质学侧...     

肥—潢川盆地南缘中生代冲积沉积及其构造意义

合肥—潢川盆地南缘中生代地层被划分为4个年代体(Chronsome)。年代体包括早侏罗世防虎山组和中晚侏罗世圆筒山组下部,由辫状河、曲流河以及滨-浅湖沉积体系组成,局限于盆地东端;年代体包括中—晚侏罗世三尖铺组、朱集组和圆筒山组上部,下部为冲积扇沉积,中、上部为辫状河沉积,早期属于横向水流系统(南北方向),晚期是纵向水流系统(东西方向),近EW向的信阳—金寨—舒城断裂是其南部边界;年代体包括早白垩世早期凤凰台组、段集组、周公山组,前两组为冲积扇沉积,后者为辫状河和越岸沉积,粗碎屑明显向盆进积达数公里,南部边缘发育横向水流,而往盆地方向发育纵向水流。年代体为早白垩世晚期黑石渡组和陈棚组,南部边界是磨子潭—晓天断裂和桐柏—商城断裂,断裂以伸展—走滑为主,东段早期为冲积扇—扇三角洲沉积,晚期为深湖浊积岩沉积。晚白垩世沉积仅发育在西段局部地区,其余处于隆升状态。平行于大别山造山带的近EW向纵向断裂控制着年代体的南部边界,NE向郯城—庐江断裂和商城—麻城断裂控制着年代体侧向相的变化。合肥—潢川盆地南缘沉积从东往西逐渐超覆,揭示大别造山带折返具有自东而西的递进特征。郯城—庐江断裂和商城—麻城断裂对年代体的发育有明显影响,郯城—庐江断裂控制着早侏罗世沉积,表明构造活动至少始于早侏罗世。     

凹岸崩塌体对急弯河道水力特性的影响

二元结构河岸下部非黏性土层持续冲刷侵蚀, 上部黏性土体崩塌并堆积于凹岸坡脚, 改变弯道水流结构并影响河岸二次侵蚀过程。为探究崩塌体对急弯河道水力特性的影响, 以荆江石首河段为背景, 建立弯道三维水流数学模型, 模拟不同崩塌体尺寸下的弯道水流结构, 并对比分析壁面剪切力的变化规律。结果表明: ①崩塌体堆积于凹岸坡脚驱离水流动力轴线, 减小凹岸次环流强度并改变环流方向。②崩塌体对弯道不同区域壁面剪切力的影响不同, 其中, 床面及凸岸坡面的平均壁面剪切力增大; 凹岸坡面平均壁面剪切力在崩塌体头部及上游区域减小, 在崩塌体尾部区域增大。③崩塌体越大, 剪切力变化幅度越大, 剪切力相对变化幅度为崩塌体截面积变化幅度的2%~10%。研究成果可为河道整治及岸线规划利用提供技术支撑。