三轴压缩试验前后含气页岩微纳尺度裂隙空间分布特征研究

含气页岩受力后裂隙扩展分布方式与矿物之间的关系研究对页岩气勘探开采具有重要指示意义,但受制于前期仪器设备水平的不足,目前相关研究较少。本文以四川盆地志留纪龙马溪组页岩为例,分别选择三轴压缩试验前后的天然样和压缩样进行氩离子抛光,借助高性能场扫描电镜和能谱仪进行矿物晶体和微纳尺度的裂纹观察（分别设定扫描电镜像素大小10 nm和1 μm,观察面积设为1 mm）,结合空间统计分析技术,进行三轴压缩试验前后含气页岩微纳尺度裂隙空间分布特征及其与矿物组成的相关关系进行分析研究。研究表明,三轴压缩试验前后,样品内微纳尺度裂隙的空间分布均符合幂律分布,具有一定的自仿射性和层次结构性。但是不同矿物（石英、长石、碳酸盐、黏土等）在受压前后产生的微观裂隙分布特征值（D、logC）变化方式存在显著差异,反映了不同矿物的力学响应特征和机制的不同以及不同矿物对页岩压裂造缝的贡献作用的不同。脆性矿物中的长石、碳酸盐矿物组成以及脆性矿物与黏土矿物的相互作用可能对页岩缝网改造中起着较为重要的作用。不同矿物压缩前后的破坏模式总体存在从张性破坏到剪性破坏的转变过程,然而不同矿物类型在压缩前后裂隙展布形态特征及力学机制有很大不同,特别是碳酸盐类和黏土类矿物变化最为显著,容易形成较复杂的缝网,并存在复杂应力状态主导的多种不同力学机制裂纹共存的现象,在研究时需要考虑页岩复杂矿物构成和结构导致的破裂过程的不确定性等因素。     

四川雅安芦山地震灾区次生地质灾害评估及对策建议

2013年4月20日08点02分,四川雅安芦山县发生了7.0级强震。此次地震发生的区域地形条件复杂,地震烈度大,使得震区地质条件进一步恶化,在强降雨等叠加等条件下,次生地质灾害风险显著加剧。本文收集了震区地形、地质、构造断层分布、地震烈度分布、历史灾害、降雨以及卫星影像等资料,对震区的次生地质灾害的危险性从以下3个方面进行了评估:① 地震力触发下震区次生地质灾害空间分布;② 不同降雨触发下震区次生地质灾害空间分布及趋势分析;③ 地震与降雨共同作用下震区次生地质灾害空间分布。在此基础上圈定了震区次生地质灾害高危和需要重点监测防范区域,为灾害救援与重建过程中次生地质灾害的防范提出了对策建议。     

龙马溪组页岩三维缝网重构及分形分析

传统上研究含气页岩宏观缝网特征的方法多是基于小样品开展,通过观察小样品的裂缝展布特征来了解页岩的裂缝发育的宏观特性。但是这类方法因尺度过小,缺乏代表性,不能获取连续面上的裂缝特征,难以分析裂缝发育和地应力方向之间的关系。为获取更详细的大尺度含气页岩的宏观裂缝特征,本文从重庆市涪陵地区石柱县采样获取2m×3m×0.7m完整大尺度岩块,并采用有序标号切割来获取30cm3规格岩样,在此基础上提取小岩样的表面裂缝并按照大尺度岩样切割的相对顺序构建三维裂缝网络。分析观测大尺度的三维裂缝网络可以发现,含气页岩的裂缝分布具有明显的规律性:水平主应力方向上的裂缝发育度普遍高于最小水平主应力方向;垂直方向上的裂缝与最小水平主应力的夹角为-62°。分维研究表明所有不同面上的裂缝均符合分维特性,说明小尺度裂缝特征和大尺度裂缝特征具有相似的规律性。此外,研究还表明最大水平主应力上的裂缝密度和分形维数最大,缝网结构最为复杂,最小水平主应力方向缝网结构次之,垂直主应力方向的裂缝结构最为简单;水平应力方向上主要以层理裂缝为主,垂直方向上以剪切缝为主,且与最小水平主应力的夹角为-62°。在掌握宏观裂缝分布特征基础上,研究可为页岩显微观测实验提供相应的理论依据。     

森林火灾对岩土体物理力学特性的影响

2020年3月30日四川省西昌市森林火灾发生后,该地区的地质灾害显著增多,火灾对表层土壤产生一定影响,但目前对火灾影响土壤的物理力学性质的机制及致灾特征研究尚浅.以未遭受火灾区域和遭受火灾区域的表层土样为研究对象,进行了总有机碳、颗粒级配和X射线衍射分析,并结合室内相关力学试验研究了火灾前后土样的黏土矿物含量及力学强度...     

川藏铁路可研阶段重大工程地质风险分析

川藏铁路作为史上修建难度最大的铁路,沿线具有显著的地形高差、强烈的板块活动、密集的深大断裂、频发的山地灾害等恶劣地质环境特点,工程建设面临着复杂多变的地表和地下重大地质安全风险挑战。为深入综合分析川藏铁路可研阶段沿线地质风险,定量评价其对工程的影响,基于川藏铁路沿线翔实的时空数据集及资料,采用三维结构建模、数值统计建模、动力建模、时空建模等方法,进行了地表、地下重大工程地质灾害综合定量风险分析。地表工程地质灾害综合风险分析结果表明:在宏观上,川藏铁路沿线存在3个地表地质灾害高风险区,分别是鲜水河断裂带、金沙江断裂带和东构造结地区。由于川藏铁路采用以隧道为主的设计方案,地表地质灾害的风险大大降低。分别建立了活动断裂、岩爆和大变形等风险评估的普适性模型及综合风险分析模型,以易贡隧道为例,对典型重要隧道全线不同段落断裂活动性、岩爆、大变形等典型地下工程地质风险以及综合风险进行了定量评价。结果表明:川藏铁路沿线的地质灾害、断裂活动、岩爆和大变形等重大工程地质灾害的总体风险等级较高,影响工程安全;定量评估结果可以进一步指导后续的设计与施工的优化和深化。本研究为川藏铁路可行性研究提供了有力的科学支撑,同时也为国内外类似线性工程地质灾害风险分析提供参考。     

基于GEE和U-net模型的同震滑坡识别方法

地震滑坡解译是震后重建的重要基础工作,主要通过室内人工遥感解译和室外野外调查确定。地震滑坡相比其他地物来说更为复杂,很难通过简单指数识别。室内遥感解译通过滑坡后壁、侧壁和堆积等纹理特征进行识别,大面积同震滑坡解译工作往往耗费大量人力和物力,且耗时长,难以满足灾害应急需求。本研究利用U-net神经网络模型,结合Google Earth Engine（GEE）云平台和人工智能学习平台Tensorflow,以地震局解译的汶川滑坡作为样本数据,以震后30 m分辨率的Landsat影像、高程、坡度以及NDVI数据作为模型输入参数,自动识别并获取了汶川地震后的同震滑坡数据,同时比较了不同参数组合情况下U-net神经网络模型的分割识别精度。研究表明：① U-net模型可以用于以Landsat影像为基础数据的同震滑坡快速自动识别;② 随着高程、坡度以及NDVI等输入参数增加,模型分割精度在逐渐提高,但假阳性结果也会出现增多,震后滑坡影像+高程+坡度+NDVI的输入参数组合精度最高;③ 在细节上,模型在多参数组合的情况下,大型滑坡能够很好被识别,一些较小型的滑坡受制于影像分辨率的影响,分割精度较差。为了更好识别小型滑坡,后续研究可能需提高影像的分辨率。此外,GEE云平台大大提高了训练样本获取的效率,为科研人员快速进行基于神经网络与遥感数据的地物识别研究提供了条件。     

融合面向对象和分水岭算法的山地湖泊提取方法

面向对象的方法提取湖泊,常常面临边界识别不精确的问题。本研究在面向对象方法的基础上,利用分水岭算法,解决湖泊边界识别问题。该方法初步将遥感影像划分为确定湖泊区域、潜在湖泊区域和背景;然后通过分水岭算法对潜在湖泊区域进行二次提取。研究选择昆仑-喀喇和喜马拉雅山脉区域的3个山地湖泊发育良好的区域作为实验区,利用Landsat系列影像验证该算法。实验结果表明该算法的用户精度、生产者精度和总体精度分别高达99.59%、98.47%和96.53%。相比于单一的面向对象方法,本文方法更适合于山地湖泊提取,能够更加准确地描绘湖泊的实际边界,也能够减弱面向对象方法中分割尺度和分类阈值对提取结果的影响。     

基于时序遥感影像的黄土滑坡形变与河流水位关系研究——以天水市清泉村滑坡为例北大核心CSCD

河流对岸坡的侵蚀作用是滑坡失稳的重要因素之一,特别是在中国黄土地区。因此,探讨河流水位的季节性变化对黄土边坡稳定性的影响规律,对早期黄土滑坡灾害预警具有重要作用。论文以甘肃省天水市清泉村滑坡为例,分析5年内沿岸边坡形变速率与季节性水位变化之间的关系。基于SBAS-InSAR技术获取滑坡时序形变信息,借助MNDWI与DEM获取边坡底部时序水位信息,并结合GPM降雨数据进行相关性分析,研究发现随着降雨增多、河流水位的上涨,清泉村滑坡的形变速率明显增大,在夏季时滑坡形变量增长较快,并且边坡形变相较于水位季节变化具有一定的滞后性;经相关性分析,得出水位与滑坡形变的相关性系数为0.46,降雨与滑坡形变的相关性系数为0.39,表明清泉村滑坡的形变速率与水位变化更相关。因此,河流的季节性变化对滑坡形变速率具有一定影响,进而造成河流对沿岸滑坡的侵蚀作用呈现出季节性变化。研究揭示的黄土滑坡与河流水位的季节性变化关系,对揭示河岸边坡的演化过程、滑坡识别与灾害防治具有重要意义。