青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中.青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区.根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性.结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物.估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74 m左右,最深的底界埋深达上千米.     

基于电阻率法的黏性土场地工程性质评价

黏性土场地的工程特性评价是工程师们所关注的重要研究课题之一。电阻率法在环境监测、地质勘查等方面具有全面性、原位无损、速度快等特点被广泛应用,对上海地区典型的5个黏性土场地进行电阻率测井以及相应工程特性测试,测试分析了电阻率随场地黏性土层的含水率和密度等状态参数的变化规律,并提出了基于电阻率的黏性土工程特性评价方法。研究表明,电阻率随含水率减小呈指数函数增加,随密度增加呈线性函数降低;与土颗粒比表面积相关的土的塑性指数与电阻率之间呈指数函数关系;剪切特性和压缩特性都与黏性土的孔隙特性相关,而电阻率是土的孔隙特性反映指标之一,电阻率与黏聚力和压缩系数呈指数函数关系,与摩擦角和压缩模量呈线性函数关系。根据上述分析得出电阻率可以作为黏性土场地的工程特性评价指标。     

冻融条件下模型桩基水平动力试验研究

基于自制的冻土-桩动力相互作用模型试验系统,对-5℃、-3℃及上层融化多年冻土中模型桩基进行了水平向动力试验,主要研究了冻结及上层融化冻土中模型桩基的桩头位移-荷载关系、桩基水平动刚度变化及桩身弯矩分布情况。结果表明：冻土中桩基动力响应特性与土体温度密切相关;正冻土中桩基有较大的侧向刚度,当冻土与桩接触面出现较大间隙时,桩头位移-荷载曲线呈反S形;桩基动力性能随多年冻土温度降低将有所改善;当冻土上部出现融化层时,桩基动响应变化显著,桩头动刚度明显减小,桩基在较小动载下可发生较大侧向位移,同时桩身最大弯矩值较正冻土中偏大,且此弯矩点埋深较大。对于多年冻土区桩基工程,应特别重视夏季上层冻土融化时可能出现的震害。     

基于电阻率测井的冻土区水合物储层AMT响应特征研究

音频大地电磁测深(AMT)是以岩石的电性差异为基础来研究地层电性结构的有效探测方法。冻土区水合物具有显著的高阻特征,与围岩存在电性差异,AMT方法可用于冻土区水合物勘探评价。基于祁连山冻土区水合物储层的实际赋存地质特征,结合电阻率测井建立水合物储层的地电模型,采用有限单元法和非线性共轭梯度法数值模拟了AMT方法探测水合物储层的适用范围和最佳采集参数设置方案。当水合物储层孔隙度小于5%、水合物饱和度大于70%、赋存规模小于50 m、埋深超过500 m时,AMT方法难以识别与圈定水合物储层;在水合物可能赋存区域,效果最佳的采集参数为3倍区域宽度的测线长度、11个测点数、4个高频段(100～1000 Hz)的频点数。研究结果可为祁连山冻土区水合物电法勘探提供理论依据和技术支撑。     

视电阻率及其差分曲线在找水中的应用

视电阻率差分曲线具有比视电阻率曲线更高的分辨率。根据渭北工区含水层的视电阻率及其差分曲线特征,采用小极距直流电阻离测深方法,在该区进行地下水探测,取得了较好的效果。     

高温多年冻土区冻土地基预先融化技术研究现状及展望

在气候变暖背景下,多年冻土退化加剧,高温冻土将会在更大范围出现,保护冻土原则的适用性将受到经济、技术、环保合理性的挑战.在条件适宜高温冻土区,根据建筑结构和基础类型,采用预先融化技术(简称预融技术)处理冻土地基可在经济合理的前提下,保证工程的安全可靠性和长期稳定性.回顾了国内外冻土区预先融化技术的经验,总结和展望了预融技术在工程设计、施工及运行中的三个基本步骤,包括施工前多年冻土的融化、已融土的密实和固结,工程运行期间保持融化和防止冻胀措施的实施.预融技术主要利用蒸汽,热、冷水的对流换热和电流热效应,以及改变地表热状况来融化下伏多年冻土.保持融化的方法主要包括改变地表反射率和地基土的结构,融土保温以及利用主动和被动升温传热装置等(如热管技术).结合中国东北的一些预融技术运用实例,如漠河机场工程等,简要评述了预融技术的应用效果.     

黄河源区多年冻土热传导系数影响因素分析及其在活动层厚度模拟中的应用

多年冻土区融化层的热传导系数的大小决定了全球气候变化条件下, 多年冻土的响应强弱以及对周围环境的影响.在野外实测与实验室分析的基础上, 研究了黄河源区3种典型岩土的干容重、含水率和温度对导热系数的影响,通过建立起回归方程, 运用Stephen公式近似计算了2002年源区最大冻结和融化深度的分布.结果表明: 黄河源区三种典型岩土的导热系数从小到大依次为腐殖土、碎石亚黏土、细沙;干容重和含水率与导热系数具有较好的正相关关系, 是影响导热系数的主要因素, 在较小的温度变化范围内, 温度对导热系数的影响不明显. 基于实测的导热系数分布模拟得到的最大融化深度在地势较低的黄河干流及"两湖"地区要大于南北高山区, 最大冻结深度的变化规律则相反, 除北部小部分地区最大冻结深度大于最大融化深度外, 源区绝大部分地区活动层处于增厚状态.结果将有助于多年冻土的变化及环境效应的研究.     

椭球体的视电阻率特征

椭球体是最具代表性的典型三维地电体之一,它三个轴的长短经过变化后可以和多种形状的地电体相似。因此,实现了椭球体电阻率的求解,就可以模拟绝大多数三维地电体的电阻率曲线。从拉普拉斯方程的求解出发,得到了均匀空间中存在的水平椭球体异常表达式,并用简单加倍的方法得到了均匀半空间中水平椭球体的视电阻率公式,结合倾斜旋转椭球体的视电阻率公式的规律,得到了倾斜椭球体的视电阻率公式,再进行一系列简化得到板状体。最后分析对比了均匀电场中旋转椭球体和板状体的视电阻率曲线的形态和规律。结论表明:旋转椭球体与板状体的视电阻率曲线的走向大体相似,且板状体的曲线相比旋转椭球体较缓和。对于低阻情况,在异常体顶部附近的视电阻率异常为零,异常体的倾向一侧有极小值,反倾向一侧有极大值,曲线随倾角α的增大而逐渐变陡。对于高阻情况,视电阻率的极大值出现在异常体顶部附近,两侧有极小值,倾向一侧的曲线较缓和而反倾向一侧的曲线较陡峭,随着倾角α的增大,视电阻率异常变大。