王家庄北沟多金属矿区钻探施工技术

在河北省承德县王家庄北沟钼多金属矿钻探施工中,钻遇岩石以燧石条带白云岩、石英岩为主,岩石可钻性级别高,钻遇地层硬、脆、碎,钻头打滑严重,孔壁坍塌和漏失,钻进效率极低。为提高钻进效率,经取样分析岩性后,专门定制了适用于该地层的钻头。采用了多种方法迫使钻头出刃,并根据不同孔段地层岩性选择不同钻进工艺参数和钻井液体系。总结出适于本矿区地层的钻进工艺参数,使用不同性能的钻井液,起到了较好的护壁堵漏作用,提高了钻进效率。     

Progress in Global Gas Hydrate Development and Production as a New Energy Resource

Natural gas hydrates have been hailed as a new and promising unconventional alternative energy, especially as fossil fuels approach depletion, energy consumption soars, and fossil fuel prices rise, owing to their extensive distribution, abundance, and high fuel efficiency. Gas hydrate reservoirs are similar to a storage cupboard in the global carbon cycle, containing most of the world’s methane and accounting for a third of Earth’s mobile organic carbon. We investigated gas hydrate stability zone burial depths from the viewpoint of conditions associated with stable existence of gas hydrates, such as temperature, pressure, and heat flow, based on related data collected by the global drilling programs. Hydrate-related areas are estimated using various biological, geochemical and geophysical tools. Based on a series of previous investigations, we cover the history and status of gas hydrate exploration in the USA, Japan, South Korea, India, Germany, the polar areas, and China. Then, we review the current techniques for hydrate exploration in a global scale. Additionally, we briefly review existing techniques for recovering methane from gas hydrates, including thermal stimulation, depressurization, chemical injection, and CH4–CO2 exchange, as well as corresponding global field trials in Russia, Japan, United States, Canada and China. In particular, unlike diagenetic gas hydrates in coarse sandy sediments in Japan and gravel sediments in the United States and Canada, most gas hydrates in the northern South China Sea are non-diagenetic and exist in fine-grained sediments with a vein-like morphology. Therefore, especially in terms of the offshore production test in gas hydrate reservoirs in the Shenhu area in the north slope of the South China Sea, Chinese scientists have proposed two unprecedented techniques that have been verified during the field trials: solid fluidization and formation fluid extraction. Herein, we introduce the two production techniques, as well as the so-called “four-in-one” environmental monitoring system employed during the Shenhu production test. Methane is not currently commercially produced from gas hydrates anywhere in the world; therefore, the objective of field trials is to prove whether existing techniques could be applied as feasible and economic production methods for gas hydrates in deep-water sediments and permafrost zones. Before achieving commercial methane recovery from gas hydrates, it should be necessary to measure the geologic properties of gas hydrate reservoirs to optimize and improve existing production techniques. Herein, we propose horizontal wells, multilateral wells, and cluster wells improved by the vertical and individual wells applied during existing field trials. It is noteworthy that relatively pure gas hydrates occur in seafloor mounds, within near-surface sediments, and in gas migration conduits. Their extensive distribution, high saturation, and easy access mean that these types of gas hydrate may attract considerable attention from academia and industry in the future. Herein, we also review the occurrence and development of concentrated shallow hydrate accumulations and briefly introduce exploration and production techniques. In the closing section, we discuss future research needs, key issues, and major challenges related to gas hydrate exploration and production. We believe this review article provides insight on past, present, and future gas hydrate exploration and production to provide guidelines and stimulate new work into the field of gas hydrates.     

鲁东地区早前寒武纪花岗岩类演化及大陆地壳生长

通过对太古宙和古元古代花岗岩成分判别分析,提出了鲁东地区早前寒武纪花岗岩类可能分为3期,第一期为中太古代TTG组合,发育不完全;第二期为新太古代T1T2G1组合,具有贫K2O的奥长花岗岩演化趋势;第三期为古元古代早期G2组合,仅具富K2O的钙碱性演化趋势。探讨了不同组合花岗岩的形成环境,新太古代T1T2G1组合为岛弧环境,古元古代早期为大陆碰撞环境;不同的花岗岩类岩石组合分别对应的陆壳成熟度为:T1T2G1组合为新生的初始不成熟陆壳,G2组合则为最终的成熟陆壳。鲁东早前寒武纪花岗岩类随时间从新太古代至古元古代早期的演化,记录了鲁东大陆地壳形成的完整的地质演化过程。     

交通荷载下横观各向同性土的Biot固结分析

在竖向荷载和切向荷载共同作用下,求解了具有下卧基岩的横观各向同性土的Biot固结问题。首先,基于Biot固结理论得到控制方程,同时引入3个状态变量;然后,对时间t进行Laplace变换和对半径r进行Hankel变换。利用Laplace-Hankel联合积分变换求解状态方程,得到交通荷载作用下横观各向同性土骨架位移、孔隙水压力等的一般积分形式解。结合算例验证了该方法的正确性,并分析了切向荷载和竖向荷载共同作用下对横观各向同性土层沉降和孔压的影响,可以发现切向荷载和竖向荷载共同作用所产生的前期沉降明显小于竖向荷载单独作用的情况。为了更好地模拟实际情况,竖向荷载还采用正弦循环荷载。在循环荷载作用下,沉降变化周期滞后于荷载周期。     

珠江三角洲一维河网与三维河口耦合水质模型模拟与验证

在一维与三维耦合水动力、悬沙模型的基础上,构建了珠江三角洲一维与三维耦合水质模型。模型中包括浮游植物-氮-磷-碳-溶解氧循环,并考虑颗粒物在底泥与水体界面的再悬浮过程。选择了三个代表性时段(1999年1月、1999年7月与2000年)进行水质模拟,并采用相应水期的实测资料进行验证。结果表明,耦合水质模型计算效果良好,较好地再现了整个研究区域内各水质要素的时空分布规律,成功描述了珠江三角洲河网与河口区的动力与生物化学变化过程。     

基于Dreamlet变换的地震数据压缩理论与方法

为达到更加有效地表示地震数据的目的,仅仅将地震数据当作普通的图像数据处理是远远不够的,地震数据中蕴含的地震波的运动学特性也应作为重要因素而被考虑到.本文讨论了利用Dreamlet变换方法实现地震数据压缩的方法,并针对地震数据本身所蕴含的频散关系特性进一步提出了多尺度Dreamlet变换压缩方法.Dreamlet变换由2个一维局部谐波变换的张量积构成,它在提供地震波场时间-空间局部化性质的同时可以保留波场的运动学特性.通过对二维SEG/EAGE叠前、叠后数据的算例说明了Dreamlet变换用于地震数据压缩的有效性.利用压缩后的数据进行成像的结果更表明,与Curvelet变换方法相比,Dreamlet与多尺度Dreamlet方法可以提供更高的压缩比;在相同压缩比的条件下,使用Dreamlet与多尺度Dreamlet方法压缩重建后的数据进行成像能更好地保留成像结果中的重要结构.     

基于地图方里网的全球剖分系统

针对现有剖分模型的不足,提出了一种基于地图方里网的全球剖分系统,有效避免了传统经纬度格网模型在高纬度地区的形状退化和正多面体格网模型的面片形状不规则问题。制定了相应的编码,实现了面片编码与传统地理坐标之间的转换和邻接关系的计算,最后对方里网在地球椭球面上的变形规律进行了研究。研究结果表明:基于地图方里网的剖分系统不仅具有科学的数据组织形式,而且面片单元的变形面积小、变形规律稳定。     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

山区公路拓宽路基与衡重式挡土墙动态相互作用的数值模拟

针对山区公路路基拓宽改建的特殊性,运用非线性有限元法,开展衡重式挡土墙修建、新路基逐层分步填筑的动态施工力学行为数值模拟。针对新路基是否加筋、加筋层位以及衡重台上下方新路基填土压实状况的差异性,对新旧路基稳定安全性、滑动面形态、沉降、挡土墙变位等力学响应的影响开展参数敏感性分析。结合室内模拟墙体不同主动位移模式下拓宽路基土工离心模型试验成果,考察新旧路基顶面沉降与挡土墙变位的动态耦合关系。在山区公路路基拓宽改建动态施工中,挡土墙的变位和新旧路基顶面沉降、差异沉降相互耦合,呈正相关关系。衡重台下方新路基填土压实不足会导致新旧路基顶面差异沉降增大。挡土墙主动外倾诱发新旧路基顶面产生较大附加（差异）沉降,宜对新路基自重压密作用造成的差异沉降予以适当修正放大后进行上承路面结构设计。     

热处理凹凸棒石的结构演化

在查明凹凸棒石矿石矿物组成的基础上,系统采集明光市官山采矿场剖面样品,选择典型矿石样品,利用X射线衍射(XRD)、29Si魔角旋转核磁共振(29Si MAS NMR)对不同温度煅烧前后凹凸棒石结构研究,结合热重分析以及程序升温凹凸棒石脱水曲线,认识热处理凹凸棒石结构演化规律,为凹凸棒石黏土加工和应用提供理论依据。结果表明：在240 ℃左右脱除结构中一半的结晶水,晶体结构发生调整,晶体内部孔道出现折叠;在430 ℃左右脱除另外二分之一结晶水,同时脱出晶体内部结构水和外表面结构水,晶体结构周期性基本破坏;凹凸棒石在500~700 ℃温度区间热处理后处于非晶化状态,但是c轴方向的部分有序性仍然存在,硅氧四面链尚没有解体;凹凸棒石脱出结构中一半的结晶水后,经过水化后可以恢复到原来的结构状态,超过350 ℃热处理凹凸棒石脱出更多的结构水后不能通过水化作用恢复到原来的结构状态。