全风化花岗岩地层中高固相离析浆液灌浆机理研究

全风化花岗岩地层稳定性差、遇水易发生崩解,工程上使用常规材料防渗加固注浆时效果较差。针对这一情况,依托湖南省郴州市莽山水库防渗加固灌浆项目,通过自主设计的全风化花岗岩地层注浆室内模拟试验装置,进行模拟注浆试验,实现了浆液在整个注浆过程中的扩散情况模拟,对不同注浆压力、不同位置点所取试样开展单轴抗压、抗剪强度及渗透率测试试验,对不同注浆压力下完整结石体取样观察,研究以全风化花岗岩颗粒为配方主体材料的高固相离析浆液在全风化花岗岩地层的防渗加固效果及浆液扩散模式。结果表明:该浆液在全风化花岗岩地层扩散过程中经历了渗透扩散、挤密压缩、劈裂扩展三个阶段,是一种复合注浆形式;以全风化花岗岩颗粒为主体的高固相离析浆液在全风化花岗岩地层注浆中效果显著,随着注浆压力提升,单轴抗压强度显著提升为原土体的3.25～13.67倍,抗剪强度在不同法向压力情况下提升为原土体的1.63～2.69倍,渗透系数从10?4 cm/s下降至10?5 cm/s甚至10?6 cm/s。     

粤港澳大湾区地下水资源特征及开发潜力

粤港澳大湾区是中国开放程度最高、经济活力最强的区域之一,在国家发展大局中具有重要的战略地位,大湾区未来的发展离不开水资源的支撑和良好的水生态环境。近年来,随着大湾区经济的快速发展,人口激增,需水量上升,水资源环境问题也日益突出,水安全保障程度不足;地下水是水资源的重要组成部分,具有水量稳定、水质较好的特点,可作为重要的应急备用水源。本文从地下水资源着手,系统梳理了大湾区水资源环境条件、地下水资源状况、特征和开发利用潜力,并提出了应急后备水源地建议,得到以下认识:(1)地下水可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水三大类,其中松散岩类孔隙水和基岩裂隙水分布最广;(2)湾区内地下水水化学类型较为复杂,丘陵山区以HCO_3-Na型、HCO_3-Ca型及HCO_3-Na+Ca型为主,冲积平原及山间盆地以HCO_3+Cl-Na型及HCO_3+Cl-Na+Ca型为主,三角洲地区以Cl-Na型微咸-咸水为主;(3)西江、北江及东江干流构成湾区内地下水排泄的总渠道,各支流为地下水的局部排泄基准面,地下水动态变化具季节性特征;(4)地下水整体水质较好,Ⅰ-Ⅲ类水占比高达66.25%,从丘陵山区到三角洲平原,水质呈变差趋势,尤其在广州、江门、中山、东莞等城市周边水质较差,超标因子主要为氨氮、氯化物、氟化物、硫酸盐等,三角洲地区发育大量"铁质水"和"氨氮水",水质性缺水问题突出;(5)地下水开发利用程度很低,东莞及中山等城市基本未开发利用地下水,在各类地下水中,碳酸盐岩岩溶裂隙水具有规模开采的开发利用潜力;(6)综合分析相关资料,提出将广花盆地等10处富水块段作为应急水源地备选,经初步计算每年可为大湾区提供约4.18亿m~3的应急水源保障。为应对突发性水质污染及极端干旱气候等大规模供水危机,保障粤港澳大湾区用水安全,促进大湾区高质量发展,建议加强大湾区的基础水文地质调查工作,掌握地下水的水位、水质、水量的动态变化特征,精准计算可用于应急备用开采的地下水储存量。     

冰层空气反循环快速钻进方法及冰屑运移研究

空气反循环钻进技术具有钻速快、能耗低、可不提钻连续取心取样、能有效避免积雪层漏失等优点,在冰层钻探中极具应用潜力。本文针对冰层钻探技术特点,提出了双壁钻杆式、双通道高压胶管式和寄生高压胶管式等三种空气反循环冰层钻探技术,分别介绍了其工作原理及特点。基于气力输送和气体钻井基本理论,对冰屑颗粒气体介质中的悬浮速度进行了分析,建立了单颗粒冰屑悬浮、运移方程和冰屑颗粒群悬浮方程,并设计了冰屑悬浮实验台,对冰屑悬浮所需的风速进行了实验测试。理论计算值与实验实测值吻合较好,最大误差约10.91%,可用本文建立的冰屑运动方程来计算实际钻进时携带冰屑所需的风量,为后续在极地实施冰层空气反循环钻进技术提供了依据。     

黔水地1井钻探施工技术难点及对策

总结了桂中-南盘江地区页岩气调查黔水地1井在钻进过程中出现的严重井漏、卡埋钻、起下钻或通井遇阻等技术难点及相应的处理措施。由于钻遇的地层较为复杂,因此综合采取了回填粘土、商砼封堵、顶漏钻进、岩屑打捞、空气钻进、跟管钻进、套管封隔等多种措施进行处理;此外,结合实际工程应用提出了针对该复杂地层的多种钻井液配方,均取得了一定的效果。处理技术难点的过程中所积累的钻探技术和钻井液技术的优化经验能够为日后黔西南复杂构造区页岩气勘探的实施提供一定的参考依据。     

CSAMT与AMT数据“拼接”处理——以湖南仁里铌钽矿床7号剖面为例

音频大地电磁测深(AMT)与可控源音频大地电磁测深(CSAMT)均为深部勘查常用方法。AMT方法采集频带较宽,但存在“死频带”,在“死频带”范围无法完全得到地质体响应。CSAMT信噪比高,但通常受发射功率的限制,收发距离一般放置不够远,容易过早进入“近区”。本文展示了将两种方法数据拼接组合的一种处理方式:首先在前人理论研究的基础上,利用CSAMT和AMT均匀半空间模型进行了正演计算,结果表明,CSAMT远区与AMT数据拼接具有可行性;选择湖南仁里铌钽矿床7号剖面的野外实测数据进行实验,将同测点位置的CSAMT远区数据和AMT同测点同模式数据相“拼接”,合成新AMT数据;最后进行反演,反演结果与钻探结果对应较好,表明该方法具有一定的效果。     

辽东地区古元古代变基性岩床的成因和构造意义

辽东地区胶-辽-吉造山带发育大量的变基性岩墙/床,这些岩墙/床对研究造山带古元古代构造演化过程具有重要意义.本文通过对辽东地区辽河群中的变基性岩床进行岩石学、岩石地球化学和锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究,探讨其成因和形成的构造背景,有助于深入认识胶-辽-吉造山带古元古代地质演化过程.辽东地区变基性岩床顺层侵入于辽河群大石桥组大理岩中,发生角闪岩相变质作用,岩石类型以斜长角闪岩和石榴斜长角闪岩为主,主要矿物为角闪石和斜长石,其他矿物有石榴子石、石英、黑云母、磁铁矿和黄铁矿等.变基性岩床样品的锆石具特征的环带结构和较低的Th/U值(0.01～0.34),指示锆石为变质成因,4个样品的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果(1854±11 Ma、1846±12 Ma、1847±9 Ma和1848±7 Ma)表明基性岩床发生变质作用的时间为～1.85 Ga,与华北克拉通最终碰撞拼合的时间一致.根据基性岩床与胶-辽-吉造山带其他地区～2.1 Ga的基性岩具有相似的野外产状、岩石学和地球化学特征,推断其侵位时代可能为～2.1 Ga.基性岩床样品的SiO2含量为47.07％～52.18％,K2O+Na2O含量为1.78％～4.70％,MgO含量为3.92％～8.59％,属于拉斑玄武岩系列.大部分样品的稀土总量较低(47.3×10-6～109.5×10-6),富集轻稀土元素和大离子亲石元素(如Rb、Ba、La),亏损高场强元素(如Nb、Ta),Zr、Hf没有明显的亏损且未发生分馏作用.所有样品的Al2O3、CaO和Fe2O3T含量在主量元素相关性图解上分布规律且与MgO含量呈较好的相关性,Nb/La值(0.52～0.73)随SiO2和MgO含量的变化较小,表明岩浆在侵位过程中受地壳混染的程度较低,似"岛弧"型地球化学特征是富集岩石圈地幔源区遭受古俯冲组分改造的结果.结合已有的辽河群变质火山-沉积岩、辽吉花岗岩和基性岩的研究成果,胶-辽-吉造山带在～2.1 Ga处于陆内裂谷环境.     

中国钙华沉积与气候变化关系研究

钙华是第四纪研究中的重要标志物,它记录了地质构造活动和气候变化信息.钙华沉积和气候变化之间可能存在联系,但它们之间的确切关系还不清楚.本文收集了中国的50处钙华地理坐标及98个已发表的钙华年龄数据,并使用钙华数量出现峰值的年龄与第四纪典型气候事件发生的时间进行比较分析,以检验钙华沉积受气候变化调节的假设.数据分析表明,中国钙华在空间上主要分布在水量充足气候温暖且地势起伏大、水动力强的西南地区;在时间上钙华数量出现峰值的频率大致对应于气候的10万年(100 ka)冰期旋回,每100 ka的最大峰值均出现在间冰期或过渡期(冰川期向间冰期过渡时期)这两个较温暖时期.并得出中国钙华在气候温暖且降水或地下水丰富的时期沉积速率更高,而在气温降低水量减少时期沉积速率较低.     

典型断陷盆地流域生态系统服务价值时空差异研究

以典型断陷盆地——小江流域为研究对象,以1982年的TM影像、2003年的Landsat ETM+影像和2016年的Landsat OLI影像为数据源,结合云南省测绘局所提供的150 000的土地利用状况图,采用 Costanza 公式对生态系统服务价值进行评估,精细刻画出云南小江流域“盆—山”共存的地质分异结构下生态系统服务价值的时空变化特征。结果表明:（1）小江流域以农田生态系统为主,研究期内生态系统格局总体稳定,耕地、建设用地、林地和园地都有不同程度的增加,而未利用地面积减少,水域面积基本不变;（2）1982-2016年,研究区生态系统服务总价值呈上升趋势,1982、2003和2016年生态系统服务总价值分别为90.11×108元、105.65×108元和136.81×108元,耕地、林地、园地和水域的生态系统服务价值整体上升,而未利用地的生态系统服务价值减少;（3）整体上,小江流域南部和东部生态系统服务价值增加明显,而中部和西部地区生态系统服务价值呈阶段性变化或持续下降趋势,小江岩溶河谷区的生态系统服务价值最高,而沉积平坝区的生态系统服务价值密度最低,且为唯一一个衰退型生态系统服务功能区;（4）研究期内小江流域各项生态系统服务价值均呈上升趋势,调节服务居主导地位,且以气候调节服务价值最高。小江流域生态系统服务价值缺乏弹性,水域生态系统面积变化对研究区生态系统价值的变化具有放大作用。实施封山育林、退耕还林、小流域治理工程等石漠化综合治理工程可增加生态系统服务价值。      

四川巴塘县茶洛地区温泉及间歇喷泉水化学特征和成因分析

温泉的水化学和成因研究对地热资源的开发利用有重要意义。四川巴塘县茶洛温泉的分布受茶洛—松多断层带的控制,沿北东—南西向的河流两岸出露,附近出露三叠系灰岩、砾岩和燕山期花岗岩。在温泉区出露有近20个泉眼,对其中10个泉眼进行采样测试。受出露点冷水混入的影响,东北部的两个泉眼温度为45~51 ℃,中西部地区的泉眼温度为77~89 ℃,部分为沸泉泉眼;各泉眼流量为0.01~1.8 L/s;pH值为6.1~8.1,矿化度为0.39~1.06 g/L,F^-含量为15~22 mg/L,偏硅酸含量为69~356 mg/L。泉水主要阳离子为Na⁺、K⁺和Ca²⁺,主要阴离子为 {\mathrm{CO}}_3^{2-}、 {\mathrm{HCO}}_3^{-}、Cl^-和 {\mathrm{SO}}_4^{2-},水化学类型为HCO₃-Na型。氢氧同位素数据表明,研究区地下热水来源于大气降水,补给高程约为4 400~4 800 m,补给区年均气温在-10 ℃左右。利用SiO₂温标估算茶洛温泉热储层温度约为150~200 ℃,热水循环深度约为2 810~3 480 m。茶洛温泉为大气降水入渗后在地下深循环过程中被大地热流加热,再沿断层带在河谷涌出地表而形成的温泉。在河流西北岸分布有灰岩,地下水溶蚀形成空洞,来自浅处的冷水和来自深部的热水在空洞中混合并被加热至沸点,导致热水间歇性上升喷出地面,形成间歇喷泉。     

Coupled three-dimensional discrete element–finite difference simulation of dynamic compaction

Discrete element method has been widely adopted to simulate processes that are challenging to continuum-based approaches. However, its computational efficiency can be greatly compromised when large number of particles are required to model regions of less interest to researchers. Due to this, the application of DEM to boundary value problems has been limited. This paper introduces a three-dimensional discrete element–finite difference coupling method, in which the discrete–continuum interactions are modeled in local coordinate systems where the force and displacement compatibilities between the coupled subdomains are considered. The method is validated using a model dynamic compaction test on sand. The comparison between the numerical and physical test results shows that the coupling method can effectively simulate the dynamic compaction process. The responses of the DEM model show that dynamic stress propagation (compaction mechanism) and tamper penetration (bearing capacity mechanism) play very different roles in soil deformations. Under impact loading, the soil undergoes a transient weakening process induced by dynamic stress propagation, which makes the soil easier to densify under bearing capacity mechanism. The distribution of tamping energy between the two mechanisms can influence the compaction efficiency, and allocating higher compaction energy to bearing capacity mechanism could improve the efficiency of dynamic compaction.