基于扩展有限元分析的页岩水力压裂裂缝扩展规律探究

水力压裂是开采地下页岩气资源的有效技术手段,探究页岩水力压裂裂缝的扩展规律,可为页岩气的高效开采提供科学的指导依据。通过运用大型有限元软件ABAQUS中的扩展有限元模块,针对不同地应力差工况条件下均质页岩中初始裂缝的位置、方位角、数量和含层理页岩中层理的构造方向、内部倾角、岩性对水力裂缝扩展的影响进行探究。结果表明：对于垂向扩展的水力裂缝,水平主应力增大使裂缝更不易扩展,裂缝扩展长度减小、起裂压力增大;在注液体积流量相同时,向初始裂缝两端同时起裂所形成的水力裂缝长度大于仅向一侧起裂;当初始裂缝处于页岩中部且呈45°方向时,裂缝会向最大水平主应力方向偏转,且偏转程度随最大水平主应力的增大而增大;分时多簇压裂时,裂缝间的扩展会相互干扰,且会较大地影响裂缝扩展的形态和起裂压力,但对裂缝注液点裂缝宽度的影响较小;对于含水平和竖直构造层理的页岩,改变层理内部倾角,水力裂缝会出现不同程度偏转,且其偏转程度随着层理内部倾角的增大而减小;对于含45°方向构造层理的页岩,水力裂缝在层理分别为砂岩、煤岩和泥岩中的偏转程度依次增大,且裂缝偏移比随着最大水平主应力的增大而增大。     

基于CT三维重建的注水煤岩体裂隙扩展规律研究

针对煤层注水防尘过程中注水压力设置不合理、注水渗流效果差等问题,采用CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法,构建了可以表征注水煤岩体内部孔裂隙结构的三维细观非均匀渗流损伤数值模型。通过对经过CT三维重构的煤岩模型进行不同注水压力的渗流损伤模拟,研究了煤层注水压力对煤样的渗流破坏、渗透率演化及声发射特性变化的影响;并通过对重构的煤岩模型进行缩放处理,研究了煤岩尺寸对煤样的渗流破坏和声发射变化的影响。研究结果表明：在煤样微观裂隙扩展过程中,随着注水压力的递增,煤样损伤单元数、渗流运动的渗流场分布范围、渗透率、声发射数目和能量总体呈上升趋势,局部范围内有波动发生,发生波动的原因是由于渗流运动的渗流场与煤样裂隙内部应力场发生临界反应,致使煤样破坏单元位置发生改变;煤样渗透率由3.82×10−5 μm2上升至0.314 μm2,孔隙率由5.45%上升至48.45%,揭示了煤岩体裂隙总体上随注水压力增大而不断扩展贯通,局部上随注水压力增大而扩展趋势有所下降的影响规律;随着煤样尺寸的增加,注水破坏后煤样的孔隙率呈现先下降后逐渐平稳的趋势,声发射特性变化趋势正好与之相反,表明煤样的尺寸对注水煤岩渗流破坏有显著影响,但当煤样尺寸超过40 mm时,煤样尺寸对注水煤岩渗流破坏的影响趋于稳定。CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法能够有效模拟注水煤岩的裂隙渗流扩展行为。     

基于机器学习的表层土壤成矿元素空间预测: 以稀有金属铷元素为例

近些年随着土地质量地球化学调查工作的开展,获取了大量表层土壤样品数据。然而,这些数据也存在一个明显的缺陷,即1∶50 000大比例尺表层土壤数据往往缺少成矿元素。鉴于土壤成矿元素含量对于矿产资源勘查的重要指示作用,尝试基于现有数据对大比例尺表层土壤成矿元素含量提供一个补全方案。以稀有金属铷元素为例,采用随机森林算法把同一区域2 548组1∶250 000小比例尺表层土壤数据按照8∶2的比例随机分为两组,用80%的数据进行训练建模,20%的数据对模型进行验证。采用变量重要性度量排序和构建学习曲线的组合方法优选了8种元素(K、B、Ni、V、Zn、As、Co、Cu)作为预测变量,模型对训练数据和测试数据的拟合优度R²分别达到0.983 2和0.895 6,说明预测变量的优选方法是有效的。随后将1∶50 000表层土壤的上述预测变量数据作为输入变量导入模型中,得到预测的Rb元素含量,预测结果比较符合实际特征。本研究表明将大数据机器学习随机森林算法引入表层土壤地球化学元素含量空间定量预测具有可行性,可进一步拓展土地质量地球化学数据的服务应用维度。     

喜马拉雅淡色花岗岩

在青藏高原南部的喜马拉雅地区,分布有两条世界瞩目的淡色花岗岩带。南带主要沿高喜马拉雅和特提斯喜马拉雅之间的藏南拆离系(STDS)分布,俗称高喜马拉雅淡色花岗岩带,构成喜马拉雅山的主体。北带淡色花岗岩位于特提斯喜马拉雅单元内,又被称之为特提斯喜马拉雅淡色花岗岩带。这些花岗岩多以规模不等的岩席形式侵入到周边沉积-变质岩系之中,或者呈岩株状产出于变质穹窿的核部。岩体本身大多岩性均匀,变形程度不等,但岩体边缘可见较多的围岩捕虏体,并在部分情况下见及围岩的接触变质作用,反映它们的异地侵位特征。上述两带中的淡色花岗岩在矿物组成和岩石类型上表现为惊人的相似性,主要由不同比例的石英、钾长石、斜长石、黑云母(5%)、白云母、电气石和石榴石等构成二云母花岗岩、电气石花岗岩和石榴石花岗岩三大主要岩石类型。从不同地区的野外观察来看,二云母花岗岩为喜马拉雅淡色花岗岩的主体岩石类型,而电气石花岗岩和石榴石花岗岩主要以规模不等的脉体形式赋存于二云母花岗岩之中,反映前两者晚期侵位的特征。地球化学特征上,这些花岗岩具有高Si、Al、K,低Ca、Mg、Fe、Ti的特点,接近花岗岩的低共熔点组分。绝大多数淡色花岗岩具有较高的含铝指数,属于过铝花岗岩。微量元素表现为较大的变化范围,但总体上表现为富集大离子亲石元素K、Rb和放射性元素U,而不同程度亏损Ba、Th、Nb、Sr、Ti等元素。稀土元素总量总体上明显低于世界上酸性岩的平均丰度,且绝大部分表现为轻-中等程度的稀土元素分馏和不同程度的Eu负异常。传统认为,喜马拉雅淡色花岗岩是原地-近原地侵位的纯地壳来源的低熔花岗岩。但本文通过分析提出,该花岗岩可能是从一种高温的花岗岩浆演化而来,其岩浆源区的性质或成因类型目前还难以确定。该岩浆在上升侵位的过程中曾经历过大规模地壳物质的混染,并发生了高度分离结晶作用。因此,喜马拉雅淡色花岗岩首先是一种高分异型的花岗岩,是真正意义上的异地深成侵入体,而并不是原地或半原地的部分熔融体。这种以大规模地壳混染和结晶分异作用为特征的花岗岩系,在花岗岩的研究内容中还未被充分地讨论。以前根据相关信息认为这些岩石来自于沉积岩部分熔融的结论,只是较多地注意到了后期地壳混染和结晶分异作用的特征。即使这些岩石的原始岩浆将来被证明真的来源于沉积岩系的部分熔融,那以前的结论也只能说是"歪打正着"。根据形成年龄和地质-地球化学特征,本文将这些花岗岩划分为原喜马拉雅(44~26Ma)、新喜马拉雅(26~13Ma)和后喜马拉雅(13~7Ma)三大阶段。其中第一阶段对应印度-亚洲汇聚而导致的大陆碰撞造山作用,而后两个阶段同加厚的喜马拉雅-青藏高原碰撞造山带拆沉作用有关,对应青藏高原的全面隆升。根据这些淡色花岗岩的岩石与地球化学特征,我们还不能支持青藏高原存在广泛的中地壳流动的模型。相反,俯冲的高喜马拉雅岩系在深部的部分熔融及随该岩系折返而发生的分离结晶作用可很好地解释淡色花岗岩所具有的系列特征。     

东疆二叠纪镁铁-超镁铁岩体中辉石的成分特征及其对成岩和Ni-Cu成矿的指示

新疆东部早二叠世镁铁-超镁铁岩体主要分布在天山东段觉罗塔格构造带、中天山地块和北山地区,与这类岩体相关的Ni-Cu矿床主要产出在觉罗塔格带和中天山地区,北山目前并未发现典型Ni-Cu矿床。这些岩体中的斜方辉石主要为古铜辉石,少量为紫苏辉石;单斜辉石属透辉石、次透辉石或普通辉石。矿物成分系统变化显示橄榄石Fo值北山最高、觉罗塔格带到中天山逐次降低的特点,橄榄石Fo值在78~86和Ni含量低于1800×10-6范围内更有利于Cu-Ni成矿;斜方辉石En端元和单斜辉石Wo端元极差值也显示北山最高、觉罗塔格带和中天山较低的规律,且相对小的极差值更有利于成矿。单斜辉石AlⅣ/AlⅥ比值结果显示北山岩体在矿物结晶过程中压力较低,硫溶解度较大,可能是其矿化程度弱于觉罗塔格带和中天山的一个重要因素。觉罗塔格带、中天山和北山镁铁-超镁铁质岩体的母岩浆为非碱性系列、大陆拉斑玄武质岩浆。根据北山和觉罗塔格带岩体单斜辉石微量元素成分估算的母岩浆具有LREE富集以及Nb、Ta、Zr、Hf负异常的特征,指示出两者源区为受俯冲板片交代的地幔,且坡北源区俯冲交代程度更低。觉罗塔格带和中天山单斜辉石Alz vs.Ti显示裂谷堆晶趋势向弧堆晶趋势演化,而北山单斜辉石Alz vs.Ti则显示明显的裂谷堆晶趋势,这说明俯冲交代作用在觉罗塔格带和中天山地区表现的更为强烈。北山镁铁-超镁铁岩体中发现单斜辉石Ti的高异常及矿物温压计算结果显示,表明北山地区具有比觉罗塔格带和中天山更高的岩浆温度,这可能与塔里木二叠纪地幔柱的活动有关。     

西藏扎布耶盐湖铀源初探

扎布耶盐湖蕴藏着丰富的矿产资源,具有超百万吨的锂矿资源。盐湖卤水中铀浓度亦很高,达到1818~3273μg·L-1,文章对该盐湖的地质背景及水中铀浓度概况进行了阐述,初步分析了其铀的来源。     

西秦岭阳山金矿带安坝矿床热液蚀变作用

安坝金矿床是阳山金矿带内已探明金资源储量最大的金矿床,矿体受NEE向的区域性安昌河-观音坝断裂带及其次级断裂-裂隙系统控制,主要赋存于紧邻断裂带的千枚岩和斜长花岗斑岩中。围绕断裂-裂隙系统的赋矿围岩硫化、硅化、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化、绿帘石化和粘土化蚀变发育,其中前三种蚀变与金成矿作用关系最为密切。论文在厘定安坝金矿床热液蚀变类型、矿物组合特征、以及断裂变形与蚀变空间变化关系的基础上,通过对蚀变岩及其原岩的地球化学分析,剖析了热液蚀变作用过程与机理。研究结果表明,硅化蚀变贯穿发育于成矿前、成矿期和成矿后,绢云母化蚀变为成矿前和成矿期的产物,碳酸盐化蚀变主要发育于成矿晚阶段和成矿后,而粘土化蚀变为成矿后的产物。在长石蚀变为绢云母的过程中,有少量Al2O3带出,而TiO 2在蚀变过程中相对稳定,为此选取TiO 2作为不活动组分,开展质量平衡计算得出:在硅化过程中,明显带入的组分有SiO 2、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、C、S、Au、As、Hg、Pb和Zn,而被带出的元素为Rb和Ba;在绢云母化过程中,明显带入的组分为SiO 2、Fe2O3、CaO、C、S、Au、As、Hg、Pb、Zn、Rb和Ba,带出组分为Na2O。稀土元素地球化学特征显示千枚岩原岩稀土元素含量比硅化和绢云母化千枚岩的稀土元素含量高,表明在蚀变过程中有稀土元素的流失。此外,千枚岩原岩的δEu=0.70,δCe=0.95;硅化千枚岩的δEu=0.72,δCe=1.00;绢云母化千枚岩的δEu=0.76,δCe=0.95。硅化、绢云母化千枚岩与千枚岩原岩的REE球粒陨石标准化配分模式曲线变化趋势相似,表现为明显的Eu负异常、无Ce异常的富轻稀土的右倾型曲线。含矿流体沿断裂带运移并与围岩反应,形成了石英和绢云母等蚀变矿物。硅化过程中,含矿流体中还原硫活度降低导致金沉淀;而绢云母化过程中,含矿流体的pH增大及K+和H+含量的减少和CO2含量的增加,致使载金黄铁矿、毒砂和金的沉淀。     

Ore-forming Fluid Characteristics of the Saishitang Cu-polymetallic Deposit in Qinghai Province, China

Saishitang Cu-polymetallic deposit is located in the southeast section of Late Paleozoic arcfold in the southeastern margin of Qaidam platform. Accoring to the geological process of the deposit,four mineralization episodes were identified: melt/fluid coexisting period(O),skarn period(A),first sulfide period(B) and second sulfide period(C),and 10 stages were finally subdivided. Three types of inclusions were classified in seven stages,namely crystal bearing inclusions(type I),aqueous inclusions(type II) and pure liquid inclusions(type III). Type I and II inclusions were observed in stage O1,having homogenization temperature from 252 to 431°C,and salinities ranging from 24.3% to 48.0%. Type I inclusion was present in stage A1,having homogenization temperature from 506 to 548°C,and salinities ranging from 39.4% to 44.6%. In stage B1,type II and III inclusions were observed,with homogenization temperature concentrating between 300–400°C,and salinities from 0.4% to 4.3%. Type II inclusions were present in stage B2,with homogenization temperature varying from 403 to 550°C. In stage C1,type I and II inclusion commonly coexisted,and constituted a boiling inclusion group,having homogenization temperatures at 187–463°C,and salinities in a range of 29.4%–46.8% and 2.2%–11.0%. Type II and III inclusions were developed in stage C2,having homogenization temperature at 124–350°C,and salinities ranging between 1.6% and 15.4%. In stage C3,type II and III inclusions were presented,with a homogenization temperature range of 164–360°C,and salinities varying from 4.0% to 11.0%. The results of micro-thermal analysis show that fluids are characterized by high temperature and high salinity in stage O1 and A1,and experienced slight decrease in temperature and dramatic decrease in salinity in stage B1 and B2. In stage C1,the salinity of fluid increased greatly and a further decrease of temperature and salinity occurred in stage C2 and C3. Fluids boiled in stage C1. With calculated pressure of 22 MPa from the trapping temperature of 284–289°C,a mineralization depth of 2.2 km was inferred. Results of Laser Raman Spectroscopy show high density of H2 O,CH4 and CO2 were found as gas composition. H-O isotope study indicates the oreforming fluids were the mixture of magmatic water and meteoric water. Physicochemical parameters of fluids show oxygen and sulfur fugacity experienced a decrease,and redox state is weakly reducing. Along with fluid evolution,oxidation has increased slightly. Comprehensive analysis shows that melt exsolution occurred during the formation of quartz diorite and that metal elements existed and migrated in the form of chlorine complex. Immiscible fluid separation and boiling widely occurred after addition of new fluids,bringing about dissociation of chlorine-complex,resulting in a great deal of copper precipitation. In conclusion,Saishitang deposit,controlled by regional tectonics,is formed by metasomatism between highly fractionated mineralization rock body and wall rock,and belongs to banded skarn Cu-polymetallic deposit.     

The Oil-Bearing Pore Size Distribution of Lacustrine Shale from E2S42 Sub-Member in Damintun Sag, Liaohe Depression, Bohai Bay Basin, China

<正>1 Introduction There is a set of organic rich shale at E22S4sub-member in damnintun sag.The organic material is typically type I.In recent years,breakthrough was obtained in shale oil exploration.The wettability of organic and inorganic pore is different.As a result,the mobility of oil in organic and inorganic pore is different.So it’s necessary to distinguish     

北京山区泥石流自动监测预警系统的建立与应用

自动监测预警系统,是目前山区突发地质灾害预警预报有效的预警模式。本系统是在详细调查的基础上,以调查数据为底层分析数据库,以.net为语言运行环境,经所建立的预警模型分析计算后,产生预警预报产品,进行预警发布。