矿山综合地理信息系统研究

分析了GIS在矿山建设和生产管理中的综合应用，着重研究了GIS河的数据存贮结构，将四维时空数据结构与矿井生产相联系，并探讨了矿山GIS所包含的内容。     

贵州中西部地区晚二叠世岩相古地理对上二叠统煤炭聚煤规律的影响

运用网格单元法,对贵州中西部地区划分网格单元,优选反映煤炭聚煤规律的煤炭特征地质变量作为网格单元的赋值对象,系统地收集贵州省煤炭现状调查数据库中典型核查矿区成果数据,对网格单元赋值,开展贵州中西部地区上二叠统煤炭聚煤规律研究。研究表明,自西向东由宣威组至吴家坪组,含煤地层厚度、硫分值呈上升的趋势,灰分值、挥发分值呈下降的趋势,发热量值变化趋势不明显。在贵州省煤炭资源潜力评价划分的晚二叠世岩相古地理成果的基础上,对网格单元内煤炭特征地质变量数据开展统计研究,探讨晚二叠世岩相古地理对上二叠统煤炭聚煤规律的影响。研究表明,晚二叠世岩相古地理对上二叠统煤炭聚煤规律影响较大,岩相古地理自西向东由陆相向海相过渡,聚煤效果由高到低依次为:三角洲平原相→潮坪-泻湖相→局限台地相→河流相。三角洲平原相中,河控上三角洲平原相聚煤效果最好。     

地质建模中的二维数据模型

地质图用于记录和显示研究区的地质特征,二维地质图通常借助于地理信息系统（GIS）编制而成。随着计算机GIS技术的发展,可以对点、定点、线和区（多边形）等地质特征做抽象处理,以联系地质图与传统地质模型。然而,GIS的传统数据结构不能通过地质图来解释复杂的概念地质模型。阐述了使用信息技术表达地质图的若干关键问题,提出了面向对象的地质数据模型GeoFeature,并构建了支持存储和管理计算机数据结构的二维圆弧拓扑结构。最后,在Minesoft软件中集成了此功能。     

地质建模中的二维数据模型（英文）

地质图用于记录和显示研究区的地质特征,二维地质图通常借助于地理信息系统(GIS)编制而成。随着计算机GIS技术的发展,可以对点、定点、线和区(多边形)等地质特征做抽象处理,以联系地质图与传统地质模型。然而,GIS的传统数据结构不能通过地质图来解释复杂的概念地质模型。阐述了使用信息技术表达地质图的若干关键问题,提出了面向对象的地质数据模型GeoFeature,并构建了支持存储和管理计算机数据结构的二维圆弧拓扑结构。最后,在Minesoft软件中集成了此功能。     

散粒介质临界状态细观力学结构特征的数值模拟与分析

基于离散单元法对不同密实度理想散粒体进行了双轴剪切试验的宏微观数值模拟,通过网格剖分将Voronoi多边形表征的loop单元作为散粒介质细观力学结构的基本单元,模拟了剪切过程中不同类型loop单元数量、几何形态和力学特征的演化过程,并重点分析了临界状态时散粒介质的细观力学结构特征。模拟结果显示,初始密实度不同的试样在向临界状态发展的过程中,高阶单元与低阶单元的发展规律完全不同,不同初始密实度试样中同阶loop单元的发展规律也不相同,但同阶loop单元的数量比例、几何形态、颗粒接触力及单元内滑动率最终均达到了各自的临界状态。从细观角度分析,散体介质的临界状态是高阶和低阶loop单元在荷载作用下相互转化的结果,是所有loop单元物理力学状态的综合平均与外在表现,临界状态时不同阶数的loop单元处于一个动态平衡状态,宏观上表现为常剪应力和常体积下剪切变形的不断发展。数值模拟结果也表明,loop细观结构单元包含了丰富的信息,其数量、几何形态、受力特征及接触稳定性的发展与散粒体的强度、剪胀以及临界状态的发展密切相关,可以将其作为散粒介质细观尺度的分析单元。     

基于布尔交运算的三维流形单元生成研究

三维流形单元的生成是进行三维数值流形分析的首要问题之一。详细研究了三维流形单元的生成过程,并采用C++语言编写了相应的程序。借鉴二维流形单元的形成技术,基于拓扑学的“有向性”原理,将点、有向边、有向环、有向面和有向壳等作为三维块体的基本数据结构。将材料体和数学网格进行布尔交运算,并对形成的流形块体进行有效性检测,满足要求后即形成新的三维流形单元。每个数学网格的顶点作为新流形单元的数学覆盖,再对数学覆盖进行细分,形成流形单元的物理覆盖。分别选取凹形体、空心体和包含有限结构面的材料体与数学网格进行布尔交运算,并选取一个典型工程来检查该方法和程序的可行性。计算结果表明,该方法可以对复杂块体（凹形体、空心体和包含有限结构面的体）进行处理,为今后进行复杂结构计算和分析奠定基础,具有较强的适应性和可靠性。     

溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型

针对溃坝洪水数值计算面临不规则边界和复杂地形等问题,建立了三角形网格下求解二维浅水方程的高精度Godunov型有限体积模型.空间上,引入变量重构和限制器技术,采用HLLC近似Riemann算子计算数值通量;时间上,采用Hancock预测-校正法.将底高程定义于单元顶点,结合单元水位～体积关系,提高了干湿界面处理能力.采...     

无结构网格上平面二维水沙模拟的有限体积法

基于无结构网格有限体积法的算法框架,通过引入跨单元界面法向水沙数值通量的逆风分解,将悬沙与床沙交换以及分组挟沙力计算模式自然地嵌入二维水沙运动方程组的数值格式中,形成高精度、守恒性好的二维水沙有限体积算法。最后,利用该算法对谭江樟州河段的水沙输运和河床变形进行了数值模拟。结果表明,该算法能够较好地模拟复杂条件下河道水沙输运的往复特征和河床变形的动态过程,其精度满足河道工程后效分析的要求。     

不连续岩体扩展有限元法的前处理

扩展有限元法是针对不连续问题提出的一种改进的有限元法,由于其计算网格独立于结构内不连续面,该方法十分适用于处理不连续问题,因此,该方法需能将不连续面和计算网格的几何信息转化为计算分析所需的单元拓扑信息的前处理。针对扩展有限元法在不连续岩体问题中的应用,系统地研究了二维扩展有限元解决不连续问题时单元拓扑信息生成等前处理问题,给出了单元拓扑信息自动生成算法,将不连续面和计算网格几何信息转化为计算所需要的单元拓扑信息,并在此基础上开发了不连续岩体二维扩展有限元法前处理程序。结果表明该算法和程序的适用性和正确性,同时还表明扩展有限元法在不连续岩体问题求解中有较好的应用前景     

SMEDI-BIM构件库管理系统建设及应用

正引言构件是组成BIM模型的基础单元,描述其几何信息、专业属性及状态信息,是传递模型信息的基本载体。一块腹板、一个箱梁、整体上部结构、一座桥梁,又或者一根螺栓、一堵池壁、一个构筑物甚至一座水厂,这些模型单元都可以视为从狭义到广义的某种层级的构件,以满足不用工程阶段应用的需要。合格的构件需要具有复用性、独立性、可参变性、可扩展性、可连接性五个特征。而只有按照统一规则制作、统一分类、统一存储的构件集合,才能称之为构件库。     

GIS支持的Eigenface法——适于只有一个模型单元时的矿产定量预测方法

在研究和开发程度较低地区开展矿产预测，往往只能有很少矿产地用以建立定量预测模型，此时大多数统计分析方法不适用。一种GIS的基于“单元簇”概念的多源地学信息综合分析方法即Eigenface法，比较适合于只有一个模型单元时的建模。单元簇是相邻若干网格单元的空间定量组合Eigenface法先求出这种高维组合变量空间的某个低维特征子空间，然后计算未知单元簇和已知单元簇在特征子空间上投影点的距离来评价未知单元的的找矿有利性。Eigenface法与GIS集成是将单元作为区图元，利用GIS空间－属性分析功能提取预测信息并对单元和单元簇进行操作。以新疆乌斯拉台－亦格尔达坂地区铜铅锌银多金属矿产预测为例说明了其应用效果。     

基于热力学模型的煤孔隙结构分形表征

煤的孔隙结构复杂,难以用传统的欧氏几何理论描述其复杂性,而分形理论可定量表征孔隙结构的复杂程度。通过对渭北煤田韩城矿区10个煤样进行的压汞实验,采用热力学分形模型,获得了煤的渗流孔的分形维数,定量表征了煤的孔隙特征,并探讨了分形维数与渗透率的关系。研究表明:对于同等变质程度的煤来说,煤中吸附孔越多,孔隙分形维数越大;煤孔隙分形维数与渗透性呈负相关关系。由此可见,煤的渗流孔分形维数可作为煤储层渗透性评价的定量指标之一。      

复杂开挖过程FLAC3D力学仿真代码生成系统研究

针对直接采用FLAC3D编制复杂开挖过程力学仿真程序所遇到的困难,开发了FLAC3D力学仿真程序代码生成系统(generating code system,简称GCS)。介绍了如何利用矿用地质软件Surpac,按空间、次序、结构功能及工程地质体属性对复杂开挖过程进行剖分,形成可编程的组件;着重解决了模型单元质心定位、单元捕捉、重组和应用程序变量到FLAC3D变量、函数、语句、数据结构之间映射等问题;使用VC++开发并给出了一个特定回采开挖过程的FLAC3D力学仿真代码生成系统实例,该应用程序以模型单元数据库为数据源,通过一系列与用户交互的页面,由用户对回采开挖过程所需步骤和参数进行选择和确认,并将这些步骤和参数传递给仿真代码生成系统,由系统自动完成FLAC3D力学仿真代码的生成。FLAC3D力学仿真程序代码生成系统架起了地质三维几何造型软件与三维计算软件之间的桥梁,可大大提高编制FLAC3D三维力学仿真代码的效率,降低程序编制的出错率,有利于应用FLAC3D软件更为深广地解决复杂岩土开挖过程中的力学问题。     

阳泉新景矿高煤级煤的孔隙结构分形特征

分形理论是宏观上定量评价储层非均质性的有效手段。以阳泉新景矿高煤级煤样品压汞数据为基础,建立分形几何模型,定量描述了孔隙结构。实验结果表明:样品孔隙以纳米孔为主,孔径、比表面积及孔容也集中分布在纳米孔段。煤样孔径65 nm以上的孔隙具有显著的分形特征,分维值分布范围为2.89~2.99,体积增量呈现阶段式的变化,孔隙结构复杂;孔径65 nm以下孔隙几乎无分形特征,比表面积增量与孔径在对数坐标中呈线性关系;基于分形特征及分子运动规律,将储层孔隙以孔径65 nm为界划分为扩散孔和渗透孔2个大类6个小类。分维值与体积孔隙中值半径、总孔隙体积呈负相关,与孔径65 nm以上的孔隙体积、比表面积呈正相关,与孔隙度无相关性。分形分维值对储层结构具有较全面的表征能力,可以作为综合指标在煤储层孔隙研究中加以应用。      

基于非结构化网格的大地电磁2D自适应有限元正演模拟

有限元求解大地电磁正演问题时,对研究区域的剖分常规做法是采用规则化的网格。但规则化网格在剖分地形、断层、褶皱等复杂模型会产生较大的几何离散误差。针对上述情况,这里采用非结构化的四边形网格对二维地电模型进行网格剖分,并与自适应有限元相结合,由剖分的粗网格出发,利用每个频点下网格单元的后验误差估计值指导网格的局部加密,优化网格质量和数量,从而提高正演模拟的精度。通过一维K型地电模型利用本文方法算出数值解与解析解进行对比分析,验证了自适应有限元法在求解大地电磁二维正演模拟中的有效性。并通过对断层、褶皱模型的正演模拟,分析了其大地电磁正演响应特征。     

宁武盆地山西组过渡相页岩孔隙特征及影响因素

为了研究宁武盆地山西组过渡相页岩的孔隙特征和影响因素,对宁武盆地山西组过渡相页岩进行了系统采样,并针对性地进行了扫描电镜分析、低温氮吸附实验、TOC含量测试、有机质成熟度（R_max）测试、全岩矿物X衍射分析和孔隙度测试,探讨了页岩孔隙类型、孔隙特征及影响因素。结果表明:研究区页岩孔隙类型主要以粒间孔、晶间孔、有机质气孔、有机质原生孔、溶蚀孔及裂缝为主,大小以2~50 nm的介孔为主,孔隙形态包括开放的尖壁形孔、平行壁孔、锥型管状孔、墨水瓶孔等;页岩平均孔隙度为3.64%,平均孔径为7.78 nm,BET比表面积平均为11.70m2/g,总孔体积平均为0.022 2 cm3/g,具有较强的储集性和吸附性;页岩孔隙具有分形特征,分形维数为2.61~2.77,分形维数与微孔体积分数表现出良好的正相关性;页岩孔隙发育受TOC含量、成熟度（R_max）和矿物组成的影响。      

黔西北地区石炭系祥摆组页岩微观孔隙结构及分形特征

为研究海相含煤地层页岩的微观孔隙特征,选取黔西北地区石炭系祥摆组页岩作为研究对象,利用扫描电镜(SEM)和液氮吸附实验研究孔隙特征,同时研究其分形特征,并探讨孔隙结构的影响因素。研究结果表明:研究区石炭系祥摆组页岩在扫描电镜下可观察到4类微观孔隙(粒内孔、粒间孔、有机质孔、微裂缝),其中微裂缝、有机质孔发育较丰富,具有较强的生成烃类气体能力和良好的储集性能;液氮吸附等温线在形态上呈反“S”形,表明中孔在微观孔隙中最为发育,滞后回线类型主要为H2型的细颈广体的墨水瓶孔;BJH总孔体积和BET比表面积值均较大,平均值分别为0.0155 cm³/g和13.20 m²/g,平均孔径为6.22 nm,纳米级微观孔隙大量发育,为烃类气体提供丰富的储集空间;页岩样品微观孔隙结构分形维数D较大,主体大于2.723 2,反映出孔隙结构复杂、非均质性较强;BET比表面积与TOC、石英含量呈一定的负相关性,与分形维数呈一定的正相关性;平均孔径值与石英含量正相关性较好,与分形维数负相关性较好,与黏土矿物含量呈一定的负相关性。石炭系祥摆组页岩微观孔隙的BET比表面积较大、平均孔径较小,微观孔隙结构较为复杂。     

工程岩体完整性评价的实用方法研究

采用结构面统计与结构面结合特征识别相结合的方法,从结构面几何发育特征和结合特征两方面评价工程岩体完整性。用体积节理数评价结构面几何发育特征,并引入岩体几何完整性系数Ig来表征。根据结构面张开度和充填胶结特征将其结合程度分为5级,给出各级的定性特征描述,并引入结构面结合程度系数Ip对其量化。进而定义了岩体完整性指数将岩体完整性划分为完整、较完整、破碎、较破碎和极破碎5级,并给出对应的定性特征描述和Irm值区间。结合公路隧道工程实例,分别采用文中方法、声波测试法和体积节理数测量法对隧道围岩完整性进行了评价并对评价结果进行了比较。结果表明,文中方法得到的岩体完整性指数Irm与声波测试法得到的Kv基本一致,而体积节理数量测法的评价结果整体上大于声波测试方法。     

绥靖油田长2油藏储层特征及成岩作用研究

根据铸体薄片、扫描电镜、物性、孔隙结构和测井分析等资料,对鄂尔多斯盆地绥靖油田长2储层特征进行的研究。结果表明,研究区长2发育河流相沉积,储层以原生粒间孔为主,多属于大孔隙~中孔隙。排驱压力和饱和度中值压力较低、孔喉分选性较差、孔喉体积比较小,储层存储性和渗流性都较好。储层质量受沉积微相和成岩作用的综合影响,多种成岩作用普遍发育,成岩阶段属晚成岩A期。     

陆相页岩热演化过程中孔隙分形特征

分形维数可定量表征储层孔隙结构的复杂性,为页岩储层评价提供思路。以热模拟获得的不同热演化阶段的鄂尔多斯盆地长7段页岩为研究对象,应用场发射扫描电镜观察了各演化阶段孔隙变化特征,并通过低温液氮吸附实验,研究各个演化阶段页岩孔隙分形特征,运用FHH模型计算页岩孔隙分形维数,探讨了分形维数与有机碳、矿物成分、孔隙结构参数的关系。研究结果表明:低成熟阶段页岩中纳米级有机质孔发育有限,随着成熟度的增加,在有机质内部开始逐渐发育孔隙,同时黏土矿物颗粒间的有机质也开始分解,出现纳米级层间孔,主要发育墨水瓶状孔和少部分的平行板状孔;孔径峰值主要在2~4 nm和40~50 nm,随着成熟度增加,上述2个孔径段的孔隙相对数量增加,分形维数依次增大,分形维数为2.592~2.717,孔隙非均质性增强。分形维数随着有机碳含量的减少而增加,而与石英、黏土矿物含量相关性不明显;随着成熟度增加,微孔和中孔比例增加,平均孔径减小,孔隙表面越复杂,比表面积和分形维数增加;分形维数与总孔隙体积、微孔体积、中孔体积具有很好的正相关性,而与大孔体积相关性较差。