一维渗流引发介质颗粒位移维数的概念模型分析

从Helm的三维固结问题的质量连续性方程出发，通过对一维渗流概念模型分析，定性讨论了非固结含水层的一维储水渗流过程与释水渗流过程中的颗粒位移维数问题，指出颗粒位移的减维概化必须审慎从事，原因在于目前尚缺乏相应的理论支持。这对与抽注地下水有关的地层形变及地质灾害研究具指导意义。     

储水层质量守恒方程的简化及在垂向弹性形变假定下与水流方程的耦合

给出了非固结储水层的质量守恒方程在不同假定条件下的简化形式及其物理意义，并揭示水的非稳定渗流与储水层形变之问的相互因果关系及形变量与储(释)水量之问的体积交换关系。通过垂向弹性形变假定下．储水层形变质量守恒方程与渗流方程的耦合分析发现．细粒储水层由于水头变化导致骨架对水的弹性储存或释放而引发的任一点处的垂向应变，等于其储水层的总弹性储(释)水率或骨架弹性储(释)水率与水头增量的乘积．该公式实际上为计算地面沉降的分层总和法提供了基本理论依据。     

储水层质量守恒方程的简化及在垂向弹性形变假定下与水流方程的耦合

给出了非固结储水层的质量守恒方程在不同假定条件下的简化形式及其物理意义,并揭示水的非稳定渗流与储水层形变之间的相互因果关系及形变量与储(释)水量之间的体积交换关系.通过垂向弹性形变假定下,储水层形变质量守恒方程与渗流方程的耦合分析发现,细粒储水层由于水头变化导致骨架对水的弹性储存或释放而引发的任一点处的垂向应变,等于其储水层的总弹性储(释)水率或骨架弹性储(释)水率与水头增量的乘积,该公式实际上为计算地面沉降的分层总和法提供了基本理论依据.     

新疆呼图壁地下储气库的InSAR形变监测与模拟

利用TerraSAR-X卫星2013-08~2014-08的17景雷达影像,采用小基线集（small baseline subset,SBAS）InSAR技术获取呼图壁(HTB)地下储气库（underground gas storage,UGS）运行期间的地表形变序列,并结合UGS注（采）气井口的压力数据,采用多点源Mogi模型,对HTB UGS的形变场进行模拟。结果表明,整个UGS区域的形变特征为非连续分布,形变与注（采）气压力变化具有较好的相关性;注（采）气期间沿卫星视线向(LOS)的形变峰值分别为10 mm和-8 mm;采用自适应前向搜索法,基于多点源Mogi模型初步模拟注（采）气期间的形变过程,当UGS的注（采）气平均气压为18 MPa和15 MPa时,LOS的形变可达7 mm和-4 mm,地表形变的大小与注（采）气井口密度有关;UGS的储气分布呈非均匀状态,即地下气库结构复杂多变。     

基于离散裂隙网络法和水流数值模拟技术的地下水封洞库水封性研究

水封性是保证地下水封洞库安全运营的关键，目前研究地下水封洞库水封性的主要难点在于裂隙岩体含水层强烈的非均质性和各向异性。以某地下水封洞库工程为背景，通过实测裂隙几何参数分析裂隙发育特征，建立了研究区离散裂隙网络模型。之后对研究区进行网格化划分计算了各单元体渗透系数张量，基于对裂隙渗流基本规律的理解和假设建立了研究区高精度的非均质各向异性渗流模型，并对研究区渗透性特征进行分析。通过建立非均质各向异性渗流模型对水幕系统水封性能进行了探讨并与传统均质各向同性渗流模型进行对比分析，利用该模型可以弥补传统均质各向同性渗流模型的不足，更加准确地评价由于裂隙岩体非均质各向异性造成的储品泄漏风险。      

地壳形变与地下水相互作用及"双力源"前兆观点

依据北京大灰厂台地质构造及30多年的观测资料,建立水文地质力学模型,系统地研究了地下水与地壳形变的相互作用及关系。研究表明,断层活动受构造应力和降雨、地下水产生的流体力共同作用;断层受力方式的改变对地壳形变、地下水位及相互关系产生影响并使观测曲线形态发生变化;地壳形变与地下水位前兆异常是在地震孕育构造应力和降雨、地下水引起的流体力共同作用下产生的非周期性变化。据此提出地震前兆异常的“双力源”观点,震源体膨胀(扩容)产生变形并引起地下流体异常,地下流体异常产生流体力,流体力影响地震孕育、发展和前兆的产生;地震前兆的产生是“双力源”即构造应力和流体力联合作用的结果;构造应力的作用是第一位的,地下流体力则是附加的、调制性的,只有那些能与地震孕育构造应力增强过程产生力学耦合的地下流体力才能调制与诱发出地震前兆异常并促使地震发生。     

油藏渗流—应力耦合计算区域分析

在实际油藏开采过程中,储层区域发生地下流体渗流,岩土力学平衡的影响范围大于渗流的计算区域,并影响储层的上覆盖层和下部地层。在流固耦合油藏数值模拟中,地下流体渗流和岩土力学的计算通常采用相同的计算区域,并限定在储层范围内,未考虑完整的应力计算区域,造成计算结果存在偏差。采用改进的有限元—有限体积混合方法,对地下流体的渗流和岩土的力学平衡分别采用不同的计算区域和不同的网格密度进行计算,分析渗流—应力耦合数值计算中计算区域的选取对计算结果的影响。规则储层与背斜圈闭储层算例数值模拟结果表明:应力计算区域的选取影响计算结果,计算结果偏差与非储层区域材料的参数相关,其中拱效应是计算结果出现偏差的主要原因。该结果为流固耦合油藏数值模拟提供指导。     

EFDT地层测试泵抽取样过程数值模拟分析

为提高电缆地层测试工具EFDT泵抽取样的效率,对钻井液滤液和原始地层流体分别建立质量守恒方程,采用有限体积法进行空间离散,应用全隐式格式和Newton-Raphson迭代法求解方程,建立泵抽取样过程数学模型,编制地层流体泵抽取样数值模拟程序。对不同类型探针(标准探针、大极板式探针和三维径向探针)的泵抽取样过程进行数值模拟分析。结果表明：三维径向探针可以显著增加过流面积,极大缩短抽取合格样品时间,在低渗和中高渗地层中能保持较高的作业效率,适合复杂地层采样作业。在泵抽取样过程中,标准探针和大极板式探针钻井液滤液和原始地层流体的流动呈“锥”状的两相驱替流态,原始地层流体突破较早,清理钻井液滤液、达到取样标准的时间较长。该结果为电缆地层测试地层流体泵抽取样过程中探针的选取和泵抽时间的估计提供参考。     

基于多孔介质弹性理论的碳酸盐岩地层超压预测

碳酸盐岩地层超压预测目前仍然是国内外研究的难点问题。碎屑岩超压预测方法均是建立在明显的超压测井、地震宏观响应规律基础上的经验关系,这些经验性方法不适用于因岩性致密使得超压地球物理响应微弱的碳酸盐岩地层。通过碳酸盐岩样品超压岩石物理模拟实验,分析了在应力-孔隙压力共同作用下岩石中声波速度、弹性参数的变化规律;基于多孔介质弹性理论和广义胡克定律推导并建立了表征孔隙压力与岩石弹性参数定量关系的理论模型,即多孔介质弹性理论的超压预测量化模型。以川东北地区典型碳酸盐岩超压钻井为例,开展了碳酸盐岩地层超压预测应用研究:针对碳酸盐岩地层选择油气水测井综合解释模型获取岩石物性参数;利用Voigt-Reuss-Hill平均模量模型计算岩石基质体积模量,利用Wood模型和Patchy模型计算孔隙流体体积模量,利用BISQ模型计算岩石骨架体积模量,然后通过多孔介质弹性理论量化模型预测超压。预测结果显示预测压力与钻杆实测压力(DST)吻合较好,与泥浆密度换算压力和随钻监测压力变化趋势相近,表明这种基于多孔介质弹性理论的超压预测量化模型是一种解决碳酸盐岩地层超压预测的新途径。     

超低渗透储层孔隙结构对渗流特征的影响

为认识特低渗透储层成岩相分布以及微观渗流特性,尤其是孔隙结构对岩石渗流能力的控制作用,以合水地区长6层为研究对象,利用油水相渗、真实砂岩微观水驱油、核磁共振等实验,分析了不同成岩相储层的渗流特征,并结合恒速压汞、高压压汞实验测试结果及产油能力,探讨了不同成岩相孔隙结构与渗流规律的内在联系。结果表明,储层岩石孔隙中的油能否被驱出主要取决于连通孔隙的喉道参数,优势成岩相储层孔喉半径及有效喉道体积大,流体易于流动,驱油效率高;孔喉半径比大、孔喉分布范围窄、孔隙结构非均质性强是不利成岩相储层渗流能力差和驱油效率低的主要原因。      

Outburst mechanism of Yindapu Glacial Lake in Tibet

At present, the mechanism research on glacial lake outburst mainly focuses on the ice quake and ice landslide, etc. To some glacial lakes, the seepage deformation is the dominant factor in outburst process. Taking the Yindapu Glacial Lake in Tibet as an example, using SEEP/W module of FEM software (GEO-STUDIO), the authors analyzed seepage stability of terminal moraine ridge dam. The leading role of seepage deformation in some glacial lake outburst mechanism is proposed and proved.     

Outburst mechanism of Yindapu Glacial Lake in Tibet

At present, the mechanism research on glacial lake outburst mainly focuses on the ice quake and ice landslide, etc. To some glacial lakes, the seepage deformation is the dominant factor in outburst process. Taking the Yindapu Glacial Lake in Tibet as an example, using SEEP/W module of FEM software （ GEO-STUDIO）, the authors analyzed seepage stability of terminal moraine ridge dam. The leading role of seepage deformation in some glacial lake outburst mechanism is proposed and proved.     

南梁煤矿多煤层开采地下水系统演化规律

煤层开采对所在矿区地下水系统有着重要影响。以往研究单煤层开采对地下水系统的影响较多，而对多煤层的影响研究甚少，特别对于我国西部缺水矿区。以南梁煤矿为例，运用地下水系统演化理论和岩石力学模拟等，对该矿井水文地质结构、矿井涌水变化规律、矿井地下水流场演变、矿井地下水化学成分变化等方面进行了综合分析研究，重构了多煤层开采条件下南梁矿井地下水系统流动模型，初步揭示了矿井水化学成分的演化机理。研究结果表明，2-2煤单煤层开采时，顶板导裂带的最大发育高度为42.1 m，而2-2和3-1煤层重复开采时则增大为83.1 m，相应地应力、位移、塑性区范围后者也比前者增大许多。这揭示出多煤层重复采动明显增大了顶板导裂带的发育高度，加剧了矿井水文地质结构变异，进一步地，导水裂隙带改变了天然地下水渗流路径，沟通了不同含水层之间的水力联系，增强了地下水流动速度和水文地球化学作用，整体扩大了地下水流动系统的规模，从降雨入渗→导裂带渗流→各煤层涌水→井底水仓排水构成了一个自然-人工复合地下水流动模式。研究成果可以为南梁煤矿的矿井水害防治及水资源高效利用提供科学依据，也为类似矿区提供研究参考。      

Spatial-temporal characteristics of land subsidence corresponding to dynamic groundwater funnel in Beijing Municipality,China

Due to long-term over-exploitation of groundwater in Beijing Municipality,regional groundwater funnels have formed and land subsidence has been induced.By combining a groundwater monitoring network,GPS monitor-ing network data,radar satellite SAR data,GIS and other new technologies,a coupled process model based on the dy-namic variation of groundwater and the deformation response of land subsidence has been established.The dynamic variation of groundwater funnels and the land subsidence response process were analyzed systematically in Beijing.Study results indicate that current groundwater funnel areas are distributed mainly in the southwest of Shunyi District,the northeast of Chaoyang District and the northwest of Tongzhou District,with an average decline rate of groundwa-ter level of 2.66 m/yr and a maximum of 3.82 m/yr in the center of the funnels.Seasonal and interannual differences exist in the response model of land subsidence to groundwater funnels with uneven spatial and temporal distribution,where the maximum land subsidence rate was about-41.08 mm/yr and the area with a subsidence rate greater than 30 mm/yr was about 1637.29 km2.Although a consistency was revealed to exist between a groundwater funnel and the spatial distribution characteristics of the corresponding land subsidence funnel,this consistency was not perfect.The results showed that the response model of land subsidence to the dynamic variation of groundwater was more revealing when combining conventional technologies with InSAR,GIS,GPS,providing a new strategy for environmental and hydrogeological research and a scientific basis for regional land subsidence control.     

Long-term kinematics and mechanism of a deep-seated slow-moving debris slide near Wudongde hydropower station in Southwest China

Long-term kinematic research of slowmoving debris slide is rare despite of the widespread global distribution of this kind. This paper presents a study of the kinematics and mechanism of the Jinpingzi debris slide located on the Jinsha river bank in southwest China. This debris slide is known to have a volume of 27×106 m3 in active state for at least one century. Field survey and geotechnical investigation were carried out to define the structure of the landslide. The physical and mechanical properties of the landslide materials were obtained by in-situ and laboratory tests. Additionally, surface and subsurface displacements, as well as groundwater level fluctuations, were monitored since 2005. Movement features, especially the response of the landslide movement to rainfall, were analysed. Relationships between resisting forces and driving forces were analysed by using the limit equilibrium method assuming rigid-plastic frictional slip. The results confirmed a viscous component in the long-termcontinuous movement resulting in the quasioverconsolidated state of the slip zone with higher strength parameters than some other types of slowmoving landslides. Both surface and subsurface displacements showed an advancing pattern by the straight outwardly inclined(rather than gently or reversely inclined) slip zone, which resulted in low resistance to the entire sliding mass. The average surface displacement rate from 2005 to 2016 was estimated to be 0.19~0.87 mm/d. Basal sliding on the silty clay seam accounted for most of the deformation with different degrees of internal deformation in different parts. Rainfall was the predominant factor affecting the kinematics of Jinpingzi landslide while the role of groundwater level, though positive, was not significant. The response of the groundwater level to rainfall infiltration was not apparent. Unlike some shallow slow-moving earth flows or mudslides, whose behaviors are directly related to the phreatic groundwater level, the mechanism for Jinpingzi landslide kinematics is more likely related to the changing weight of the sliding mass and thedownslope seepage pressure in the shallow soil mass resulting from rainfall events.     

利用地震矩张量反演鲜水河断裂带现今运动学特征

本文探讨了利用地震矩反演断裂形变带运动学参数的基本理论和方法，将其初步应用于鲜水河断裂形变带变形分析和运动机制的研究。结果表明，鲜水河断裂带呈现出走向拉伸、倾向压缩的形变格局，由地震矩反演的断裂带剪切形变速率（１０．９ｍｍ／ａ）与用地质学估算方法（１７ｍｍ／ａ）和现今地壳形变测量（８ｍｍ／ａ）的结果相当。同时，反演出的应变主方向能解释鲜水河断裂现今活动分段性特征以及多种滑动方式共存的现状，从而证明该方法是目前研究区域运动学问题切实有效的手段之一。     

黔东松桃西溪堡南华系大塘坡组超大型锰矿床地质特征与找矿预测

贵州松桃西溪堡锰矿床是近年运用古天然气渗漏沉积型锰矿床成矿模式与找矿模型理论发现的又一个隐伏超大型锰矿床。矿体呈似层状、层状产出,厚度与延展规模巨大。通过对西溪堡锰矿区中两界河组、含锰岩系地层柱状对比研究和含锰岩系、菱锰矿体和大塘坡组的沉积厚度等值线研究,发现控制超大型锰矿形成和分布的西溪堡地堑盆地长轴方向为北东60°左右,而非北东30°左右的地层走向。西溪堡地堑盆地中心相、过渡相和边缘相等古天然气渗漏喷溢沉积微相特征清楚,存在2个渗漏喷溢沉积中心。西溪堡地堑盆地锰矿找矿潜力巨大,预测其锰矿资源总潜力应是目前已控制锰矿资源量的2倍,是一个新的世界级超大型锰矿床。      

基于形变资料开展地震预测研究需关注的问题及展望

总结基于形变资料的与地震预测相关的物理模型发展过程,并对当前形变观测资料在地震预测研究中的应用进行介绍。在此基础上,给出基于形变资料的强震综合预测思路及需要关注的问题。未来一段时间,建议从形变监测角度解决典型构造区密集观测与通用大地测量模型的构建问题;从科研角度开展高分辨率应力/应变场获取方法及其与地震关系的研究,深入研究并获得我国地壳粘滞性结构分布,强化研究活动地块/典型构造区的变形机理,开展断层滑动速率、闭锁程度/滑动亏损分布的可靠获取方法及模型研究,强化典型部位连续观测异常模式识别及机理研究。监测和科研的核心问题是为断层变形机理提供有效的观测约束并构建定量力学模型,相关工作是深入理解地震过程和推进强震物理预测的关键所在。
     

地下水位对定点形变观测干扰的抽水实验

抽水所造成的地下水位的变化会即时在局部范围内造成地表的形变，干扰定点地壳形变观测。在蓟县地震台进行的抽水实验表明：这种干扰的幅度与抽水水井到形变监测仪器的距离有关，也和抽水水井水位的最大降深有关。根据实验数据得到了抽水对定点形变观测的影响范围的经验公式。