郯庐断裂带晚中生代演化历史及其对华北克拉通破坏过程的指示

郯庐断裂带晚中生代的演化历史是华北克拉通破坏过程的重要记录。中侏罗世末(燕山运动A幕),郯庐断裂带局部发生左行平移活动,而华北克拉通上出现了一系列北北东走向的缩短构造,指示了西太平洋伊泽奈崎板块俯冲的开始。晚侏罗世期间,郯庐断裂带没有发生活动,而华北克拉通出现局部伸展与岩浆活动及区域性隆升,应为弧后弱拉张背景。早白垩世初(燕山运动B幕),郯庐断裂带再次发生强烈的左行平移活动,华北克拉通北部与东部出现了一系列近南北向挤压产生的构造,应是鄂霍茨克洋最终关闭与伊泽奈崎板块高速俯冲双重作用的结果。随后的早白垩世期间,华北克拉通在弧后拉张背景下发生峰期破坏,郯庐断裂带呈现为强烈的伸展活动。早白垩世末的区域性挤压作用,结束了华北克拉通的峰期破坏,并使郯庐断裂带再次发生了一期左行平移活动。这期挤压作用出现在太平洋板块接替伊泽奈崎板块这一重大板块调整的背景之中。     

生物技术在煤炭脱硫过程中的应用

以沈阳红阳三矿的煤样为研究对象，用氧化亚铁硫杆菌对其进行了生物直接浸出脱硫和生物预处理浮选脱硫的实验研究。结果表明，在煤样含硫（全硫）2.30%的条件下，用细菌浸出20d，可以使煤样的含硫量下降到1.20%，脱硫率达47.83%，当对煤样进行生物预处理浮选脱硫时，氧化亚铁硫杆菌菌液可明显改善脱硫效果，在适宜的菌液用量下，经过3～10min的预处理，可以使脱硫率比不经预处理时提高10%左右。     

华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论.本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等.文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献.     

Deformation metamorphism of bituminous and anthracite coals from China

Tectonic displacement of coal seams in China has resulted in faulting parallel to coal bedding. Displacement along these faults caused significant comminution of the coal on the footwall contributing to various mining problems, the worst of which is catastrophic failure, or “outbursting” of the working face during mining. The granular texture and mostly unconsolidated nature of the coal suggests that faulting occurred relatively late in the coalification sequence, at a time of maximum tectonic stress. Coal samples taken on either side of the fault plane (normal and deformed coal layers) were obtained in an effort to establish what influence these tectonic stresses might have had on coal properties as well as what they might reveal about the influence of tectonic pressure on organic maturity. Sample sets were collected within coal beds from undisturbed and adjacent deformed layers, including 21 bituminous samples from the Pingdingshan coal field and nine anthracite samples from the Jiaozuo coal field, the Tieshenggou coal mine of the Yuxi coal field in Henan province, the Beijing Xishan coal field, the Baijiao mine of the Furong coal field in Sichuang province and the Baisha coal field in Hunan province, China. Results from vitrinite reflectance, proximate and ultimate analyses show some differences in reflectance, hydrogen content and nitrogen content of anthracite coal. No significant difference was found between volatile matter yields of normal and deformed coal specimens. GC measurements of the saturated hydrocarbon fraction of chloroform extracts from bituminous coals showed that lower molecular weight carbon fragments were concentrated in the deformed samples. Therefore, although changes in the gross chemical properties of the deformed coal were insignificant, some modification of the chemical structure is seen to have occurred as a result of exposure to tectonic pressure.     

断层破碎带变形破坏失稳过程模拟

为了研究断层破碎带在采动影响下的变形破坏失稳过程,采用电镜、薄片分析及蠕变力学试验方法分别对范各庄矿F₀断层物质的原样和3种含水量、5组样品的复制样进行了分析研究。在力学实验的基础上,借助数值仿真软件FLAC^3D完成了对断层破碎带变形破坏失稳过程的模拟计算。模拟结果较好地刻画出了承压水对上覆岩层及断层带的影响;开采活动对底板岩层的影响;断层破碎带受开采影响的大小和范围;承压水影响的时间效应和特定水头作用下承压水沿断层导升的高度。     

煤中剪切指向标志的类型讨论

通过与岩石中的剪切指向标志对比,初步研究了煤中的剪切指向标志。发现了如羽状脉体等特殊的指向标志。煤中剪切指向标志研究,是岩层构造运动学分析的主要内容,可判别局部剪应力方向,进而为确定应力场提供依据。     

Some chemical structural features of coals of differing maceral distributions and stratigraphy

Six North American bituminous coals (four Carboniferous and two Cretaceous) and eight maceral concentrates from Carboniferous British seams have been heated with tetralin and hydrogen to 400°C. The hexane-soluble parts of the products were separated by column chromatography and the fractions were then analyzed by gas chromatography/mass spectrometry. In all cases the aromatic hydrocarbon fraction was a very complex mixture containing a number of alkylated biphenyls, diphenylmethanes and -ethanes, and polycyclic compounds. However single ioncchromatography (m/z = 142) showed that, in addition to these, the products from five of the six American coals contained homologous series of long chain n-alkylnapththalenes with alkyl groups extending to C₁₆. In other fractions from the American coals, homologous series of n-alkylfurans and alkylphenols were found to be major components, as also were many alkylcyclohexenones related to isophorone. Extensive homologous series of n-alkyl aromatics were not detected in products from any of six vitrinites from British seams, though series of n- and iso-alkylphenols were found in the products from two sporinite concentrates. A number of polycyclic ketones apparently related to sterols were found in the products from the British vitrinites but not from any American coals. Reasons for what appear to be systematic structural differences between the American and British coals are discussed. Differences in stratigraphy are noted and it seems not impossible that differences in source vegetation are significant.     

Developments in high-resolution solid-state13C NMR spectroscopy of coals

The recent development of “second generation” NMR experiments on coals is discussed in this paper. Such experiments have three aims: (1) To determine the extent to which quantitative aromaticity measurements can be made on coals by cross polarization-magic angle spinning (CP/MAS); (2) To obtain more detailed information on coal structure and reactivity than that given by the simple aromaticity measurements possible at the time; (3) To follow reaction pathways when coal is chemically modified. In this plenary lecture the relevant literature is reviewed, and new experimental work in all three areas outlined above is reported. Experimental evidence is presented which shows that aromaticity measurements on a bituminous coal by cross polarization (CP) or single pulse techniques give identical results. Relaxation data for naphthalene polymers suggest that these structures in coal are seen in CP experiments. Dipolar dephasing experiments suggest that the average size of the coal vitrinite molecule does not increase with increase in coal rank due to aromatic substitution reactions. Various relaxation experiments demonstrate how different carbon types can be distinguished in both¹³C-labelled and unlabelled coals.     

原油族组分在煤中留存能力的研究

研究了煤及其干酪根对不同组分油气的留烃能力.将原油分成5个组分,引入溶胀理论,对低、中、高成熟度的煤及其干酪根在不同溶解度参数的溶剂中进行了溶胀实验,获得不同成熟度的煤及其干酪根的溶胀特征,进而得到不同成熟度的煤及其干酪根对5个组分的留烃能力.R°在0.4%～1.25%范围内的煤及其干酪根,其溶胀比随着煤的成熟度增加而降低;而R°大于1.25%的干酪根,其溶胀度则随着Ⅲ型干酪根的成熟度的增加而升高.在"油窗"范围内,随着成熟度的变化,煤和Ⅲ型干酪根的溶胀比降低,表明其留烃能力在下降.对于具有中等溶解度参数的组分,其留烃能力下降约20%.     

中国煤和烃源岩镜质组的激光诱导荧光显微特征及其应用

应用自行组装的激光诱导荧光显微光度计(LIFM)系统地研究了中国煤和烃源岩中镜质组的荧光强度及荧光变化，建立了镜质组的荧光变化与成熟度之间的相关模式图(R-I-VRo)，该图可解决镜质组反射率抑制问题，并将烃源岩成熟度评价范围扩展到VRo达2．0％左右，该方法对于正确评价烃源岩成熟度具有广泛的应用前景。     

The petrography,structure and mechanical behaviour of coals

Summary The objective of this study is to determine the parameters which influence coal's mechanical behaviour. The two coals examined (HBL, Simon, France and Barro Banco, Brazil) structurally originated from different deposits. The differences are readily explained by the contrasting composition of vitrain, clarain, durain and fusain. Their mechanical behaviour is linked to their petrographical composition. The Lorrainain coal behavioural pattern was evaluated. It is elastobrittle or elastoplastic with progressive failure. Brazilian coal behaves according to a pattern of elastoplastic with progressive failure or perfect elastoplastic.     

采动及渗流作用下隔水土层破坏规律研究

为了研究土层隔水层在采动及渗流作用下的破坏规律,采用了固-液耦合相似材料模拟试验研究和土层破坏理论分析。试验表明,在采用的长壁间隔式开采中,浅埋煤层中的组合关键层破断后进入裂隙带,隔水土层协调运动进入弯曲下沉带。该开采方法改变了岩层的运动破坏规律,抑制了采动裂隙在隔水土层中的发展,避免了导水裂隙与含水层贯通,达到了保护土层的采动隔水性目的。土层变形、破坏理论分析表明,组合关键层的破断距亦即对应土层的跨距,在弯曲下沉过程中没达到变形破坏极限跨距,不会产生导水裂隙,满足保持隔水性能的判据。现场开采实践证明,试验工作面开采后未出现潜水渗漏。该方法并已成功实现多个工作面的保水开采。     

隔堤填筑路堤的稳定性及变形破坏模式分析

隔堤填筑路堤或沿原河堤加宽是高等级公路经常采用的改扩建方式,路堤填筑后对原河堤的稳定性将产生怎样的影响,路堤自身的稳定性及变形破坏具有何特征,是目前沿河公路扩建工程中亟需解决的问题。结合依托工程的现场勘察和室内外试验结果,建立有限元模型,对路堤填筑前后及不同水位渗流条件下原河堤及路堤的稳定性进行了模拟计算和分析。计算结果表明：路堤填筑有利于提高原河堤的稳定性,稳定安全系数可提高约26%;隔堤填筑的路堤受多因素共同作用,容易产生较大的差异沉降,且工后固结时间长、沉降量大,工后沉降达总沉降的35%左右;隔堤填筑的路堤一般仅在远离原河堤一侧边坡发生剪切失稳破坏,渗流对路堤稳定性的影响较小,且不会改变路堤的破坏模式。数值模拟计算可以在工程实施前揭示隔堤填筑路堤的稳定性及变形破坏模式,从而为后一步的工程对策设计提供依据和参考。     

中国煤中有机硫的分布及其成因

对来自全国26个省、市、自治区的290个煤样中有机硫的质量分数测试及研究,发现煤中有机硫质量分数基本分布在0%¹.0%范围内。在低硫煤中硫分以有机硫为主,在高硫煤中以无机硫为主。中、高硫煤中,广西、湖南等地区很大一部分煤中硫分以有机硫为主。在所采集的样品中,高有机硫煤(有机硫>1%)均分布在华南、华北两大聚煤区,属于石炭、二叠纪煤。高有机硫煤中有机硫质量分数的变化与变质程度无明显关系。煤炭形成过程中海水作用的影响,是导致煤中有机硫含量偏高的最主要原因。     

不同煤级煤及其萃余物吸附性能的研究

采用不同溶剂对褐煤、焦煤、低级无烟煤(Ro,max2.62%)以及中级无烟煤(Ro,max3.74%)等四个煤级煤样进行分级超声萃取,然后对原煤和萃余物进行平衡水预湿的方法,进行了等温吸附实验,并结合孔隙结构测试和水分含量变化,分析了溶剂萃取后萃余物的吸附性能变化及其影响因素。研究发现:(1)平衡水条件下,原煤对甲烷的吸附能力要大于萃余物,萃取后,尽管煤的组成和孔隙结构发生了变化,但并不能改变不同煤级煤吸附甲烷的能力的对比关系;(2)原煤和各级萃余物都发生了到某一压力后,吸附量随着压力增加而下降的现象,褐煤及其萃余物甚至出现负值,这可能是由超临界状态下吸附相的体积忽视后带来的效应和煤基质在压力、水分作用发生膨胀以及随着压力增加,水分在吸附孔隙中占据吸附点位的增多,造成甲烷有效吸附点位的减少等综合作用的结果。研究认为,在讨论影响不同煤化作用的煤吸附能力的因素时,应该首先考虑到煤级对吸附能力的影响;对煤化程度相近的煤,其他因素如孔隙结构和水分的变化对吸附的影响才显现,但对不同煤级煤吸附性的主要影响因素也不尽相同。在煤层气吸附研究中,吸附量下降现象应该是一个共性,其机理的解释和寻求正确的吸附相体积校正,以及一定压力下,煤基质在水分作用下发生膨胀对吸附性的影响的规律描述,都是亟待解决的重要问题。     

激光辐照煤岩的热效应数值模拟分析

探究激光辐照煤岩的热效应,有助于理解激光作用于煤岩的成孔机制,从而为激光应用于煤层气水平钻进提供理论支持。基于传热学理论,建立了激光辐照煤岩的数学模型,通过多物理场仿真分析软件COMSOL Multiphysics对激光破岩过程中温度场分布情况进行数值计算,探讨了激光光束辐照在煤岩表面时激光功率、光斑半径及辐照时间等因素对激光作用于岩石的热效应影响。再考虑到煤岩在极高的升温速度下将发生相变,建立了其发生气体相变的数值仿真模型,对其气化后形成的烧灼孔进行模拟仿真。仿真结果分析表明,影响钻孔深度的主要因素是激光功率和辐照时间,影响孔口直径大小的主要因素是光斑直径,激光辐照煤岩的成孔机理主要是激光高温烧蚀成孔,如果用于实际钻进过程中将大幅减少固体岩屑,有助于降低排屑工艺的难度。     

污染场地原位热修复技术与能效分析

本文围绕原位热修复技术所存在的有效性和能耗难以评估的问题,基于原位热修复技术机制、影响因素、能效等方面进行系统分析,揭示原位热修复技术热量传递和污染物驱动机制,探讨热导率和电导率等原位热修复能效的影响因素;基于电阻加热(ERH)修复技术原位中试研究,分析了ERH系统的加热性能和该场地加热0100 d的温度场时空分布,解析温度空间分布差异的原因。研究表明,ERH存在电阻发热和电极井热传导两种机制,加热效率受电极井距离和地层环境影响,热量散失是未来原位热修复技术能效评估应关注和研究的因素。     

温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制

为研究温度冲击下煤的微观结构变化及其损伤断裂机制,以干燥颗粒煤为研究对象,分别开展了煤样的冷冲击和热冷冲击试验。利用扫描电镜（SEM）观测图像结果,分析对比了两种温度冲击前后煤样微观形貌、裂缝分布、开裂和延伸情况,结合断裂力学理论分析了煤样内部微裂缝的开裂机制和扩展方向,并通过ANSYS有限元软件模拟了微裂缝扩展时的应力场和位移场的分布情况,揭示了煤样的断裂机制。研究结果表明,两种温度冲击对煤的结构均造成了不同程度的破坏,温度冲击所形成的热应力最终导致了原始裂纹和新生裂纹的扩展和延伸;温度冲击下所产生的裂纹形式主要有沿晶裂纹、穿晶裂纹、翼型裂纹、交叉裂纹、枝须状裂纹和网状裂纹;分析结果表明,温差愈大,所产生的温度热应力愈大,热冷冲击所产生的裂缝的数量更多、扩展更充分,对煤样的破坏更严重,因此,热冷冲击的破煤效果更好。     

华北克拉通破坏时间与破坏范围分布特征——来自银根—额济纳旗盆地苏红图坳陷早白垩世火山岩的启示

克拉通破坏的时间和范围是华北克拉通破坏研究的重要基础问题,但是在华北克拉通破坏时间与破坏范围的问题上存在着不同观点。本文通过对位于华北克拉通西北部银根—额济纳旗盆地苏红图坳陷内采集的火山岩进行年代学及地球化学研究,认为苏红图火山岩年龄为105~113 Ma,为一套钾质碱性系列玄武岩,其形成机制是由于岩石圈发生减薄,软流圈地幔岩浆上涌,经分离结晶而形成的,而动力学机制主要是由于西伯利亚板块、内蒙古褶皱带和华北板块在晚侏罗世发生的碰撞拼合。此外,本文还在前人对华北克拉通破坏研究基础上,依据作者对苏红图坳陷火山岩做的一些工作,粗浅地探讨了华北克拉通破坏的时间与范围的问题,认为华北克拉通周缘均为构造薄弱带,北缘为兴—蒙造山带,南侧为大别—秦岭造山带,东侧为苏鲁带和太平洋俯冲带,河套裂陷、汾渭裂陷分别与古元古代高温变质孔兹岩带及约18.5亿年前华北克拉通东、西部块体拼合时形成的中部造山带内位置大致重合,而苏红图坳陷位于中亚造山带南缘,同时也处于两板块拼合交汇处。这些构造薄弱带处在不同时期发生的俯冲与碰撞的结合部位,它们可能是岩石圈减薄的起始位置,并且它们的俯冲与碰撞时间是华北克拉通破坏的起始时间。克拉通破坏范围主要发生在太行山以东地区,太行山以西的河套裂陷、汾渭裂陷发生了减薄,而苏红图坳陷在早白垩世也发生减薄,所以,破坏范围分布在地理上呈不连续分布特征,造成这种分布特征的主要原因是由于不同区域的破坏时间与破坏的动力学机制不同。     

顺层岩质边坡渐进破坏及失稳机理的数值模拟研究

提出了利用Lagrangian乘子网格来模拟顺层边坡层间结构面接触行为的方法,并推导了考虑接触约束的Lagrangian控制方程的弱形式及其有限元离散方程。Lagrangian乘子网格容许界面出现较大的切向滑移,较好地解决了接触问题中的高度非线性和响应不平滑性。应用以上方法对沪－蓉－西高速公路某顺层岩质高边坡进行了数值模拟分析,得到了临滑状态下的位移场、应力应变场、结构面上的接触状态、层间滑移距离以及接触摩擦力的分布规律。数值模拟结果表明,顺层岩质边坡的破坏是一个渐进的过程,由最初的层间错动,发展为顺层蠕滑,最后在坡底剪出而破坏;其破坏型式由最初的顺层滑动逐步向溃曲破坏转化。