基于沉积过程的数字岩石建模方法研究

本文提出模拟地层沉积及成岩过程的矿物沉积算法,建立数字岩石模型,并通过对比Micro-CT扫描图像和数值模型的局部孔隙度及平均渗流概率函数分布特征,评价建模的准确性.结果表明,由二维扫描提取的粒径信息作为输入参数,模拟矿物沉积过程建模得到的三维数字岩石模型,能够准确重构原始岩心的非均质性及渗流特性,成功应用于泥质砂岩、碳酸盐岩、页岩等存在多矿物或多尺度孔隙的数字岩石建模中.数字岩石物理是正在兴起的重要技术.数字岩石采用超高分辨率先进成像装备,采集和表征微纳尺度岩石结构,在岩石弹性、电性、核磁、渗流特性等数值计算中发挥重要作用.但是,由于三维直接成像在有限视域内难以表征足够的岩石非均质性,提取二维结构统计特征,利用统计或地质过程法重构具有代表性的三维岩石结构成为十分有价值的研究课题,而且,对业界大量存在的岩石薄片及电镜高清二维图像的深度开发应用也具有重要的现实意义.本文发展的新方法,复原沉积过程,较好地解决了孔隙尺度岩石物理定量研究中数值建模与理论计算的技术瓶颈.

     

高陡堆积体滑坡半坡桩无效锚固深度分析

半坡桩与普通抗滑桩的受力机制不同,用常规的设计方法半坡桩的锚固深度不足,可能导致治理工程失效。为了分析半坡桩无效锚固深度,在分析高陡堆积体滑坡特点的基础上,根据抗滑桩受力机制重新厘定了半坡桩的概念;以弹性半坡桩为例,用数值分析方法重点研究了弹性半坡桩无效锚固深度与总的锚固深度、滑面倾角及滑坡推力的关系。结果表明,弹性半坡桩的无效锚固深度受总的锚固深度影响较小,当总的锚固深度增加时,无效锚固深度在小范围内波动;弹性半坡桩的无效锚固深度与滑面倾角及滑坡推力呈指数正相关性,随着滑面倾角及滑坡推力的增加,无效锚固深度也在增加。     

压实粉土非线性应力-应变关系的试验研究

对京九线路基粉土用GDS三轴仪进行固结不排水剪试验,研究不同围压、含水量、压实度下压实粉土样的应力-应变关系。结果表明:压实粉土在低围压下为应变软化,高围压下为应变硬化,存在一个屈服应力;含水量和压实度对粉土强度和应力-应变关系影响显著,随着含水量的减小、压实度的增大,压实粉土样强度增大,应力-应变曲线上升。对围压小于屈服应力的应变软化曲线,用常规的土的软化关系式进行拟和;对围压大于屈服应力的应变硬化曲线,用邓肯-张模型进行拟和;这二者的结合能描述压实粉土的应力-应变关系曲线,效果良好。     

天津蓟县锰方硼石矿床

蓟县锰方硼石矿床发现于1971年,是世界上第一个独立形成矿体的锰方硼石矿床.锰方硼石为白色、浅黄色,是一种稀有矿物.矿床赋存于高于庄组桑树鞍亚组中,在蓟县该矿带东西延长30 km,向北西及南东分别延至平谷及遵化.现已勘探完毕的东水厂矿区,从经济意义上讲,它是最大的锰方硼石矿床.文中在以往研究的基础上对该矿床特征及矿物物理化学性质作进一步的研究.     

织金区块煤层气合采生产特征及开发策略

针对南方煤层层数多、单层薄,煤层气有效开发难度大的问题,以贵州织金区块煤层气井实际生产数据为基础,分析定向井不同煤组合采、薄煤层水平井生产特征及产气影响因素,并提出相应开发建议。分析表明,不同煤组合采产气差异较大,受地层供液能力、解吸液面高度及合采跨度影响,中、下煤组合采效果好于上、中、下煤组合采效果,其中16/17/20/23/27/30号煤层合采是区块最优合采层位;压裂规模显著影响煤层气井产气效果,压裂规模越大产气效果越好,增大压裂规模,提高压裂改造效果是多煤层煤层气有效开发的重要手段之一;水平井产气效果是定向井3~4倍,薄煤层水平井适应性得到证实,根据地质及地表条件采用水平井、定向井组合开发,可提高多煤层煤层气开发效果。综合认为,在地质条件有利的区域优选合采层位,增大压裂规模,优选实施水平井,可提高多薄煤层煤层气开发效果。     

巴东组典型红层软岩单轴压缩试验细观组构特征

红色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩是巴东组特殊性岩土的代表,具有遇水易崩解特性。根据岩样单轴压缩试验,基于PFC_2D程序,建立中硬岩、软岩单轴压缩试验数值模型;模型选用平行黏结颗粒接触模型。根据应力-应变曲线特征,采用分段定量参数标定法对软岩试样的细观参数进行标定;且通过调整法向和切向黏结强度比值2D program. With the characteristics of stress-strain curve, subsection quantitative parameter calibration method was used to calibrate the microscopic parameters of soft rock samples. The adjustment method and the ratio of tangential bond strength(σ_c/τ_c) control specimen under uniaxial compression failure mode. The uniaxial compression test of silty mudstone and argillaceous siltstone with different weathering degree under saturated and natural state was simulated. The distribution and evolution of meso-fabric parameters such as normal contact force, tangential contact force, coordination number and porosity were analyzed. The results show that the numerical method can well simulate the uniaxial compression test process of medium hard rock and soft rock. Except for medium weathered silty mudstone, weathering degree and water immersion condition can only affect the size of the contact force of sample particles in the statistical angle range, but cannot affect the distribution form. At the same time, weathering degree and water immersion condition prolonged the loading time of significantly decreased coordination number, which decreased with the increase of the number of cracks. Flooding condition and weathering degree have great influence on the porosity evolution of argillaceous siltstone. The degree of weathering has a great influence on the porosity evolution of silty mudstone, but the condition of flooding has little influence.      

长江中游沿岸过江大桥工程建设适宜性评价与地学建议

基于长江中游沿岸地质环境条件及过江大桥场地建设基本要求,优选地形地貌、工程地质条件及区域稳定性3个评价因素,运用层次分析法开展长江中游沿岸过江大桥工程场地建设适宜性评价,将长江中游沿岸过江大桥工程分为适宜开发岸线、较适宜开发岸线、一般适宜开发岸线及非优先开发岸线4个等级.长江中游沿岸地区以较适宜开发岸线和一般适宜开发岸线为主,长度分别为625.19 km和598.99 km,分别占岸线总长度的31.35%和30.04%.针对长江中游不同等级岸线的地质特征,提出了相应的地学建议,为长江中游沿岸过江大桥优化选址提供地学指导,进一步促进长江经济带国土资源空间规划与岸线资源保护利用工作的开展.     

巯基改性蒙脱石对中国北方中碱性农田土壤镉钝化效果研究

农田土壤重金属污染是影响中国农产品环境质量安全的主要因素。钝化材料是修复农田重金属污染土壤的关键材料,研究开发出高效土壤重金属钝化材料,对于修复重金属污染农田和保障农产品食用安全非常重要。本文以蒙脱石为原材料,将巯基基团负载在其表面或层间制备巯基改性蒙脱石,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等技术表征巯基改性蒙脱石的特性,并开展室内土培试验,采用二乙三胺五乙酸浸提-火焰原子吸收分光光度法分析土壤镉的有效态,通过Tessier修正顺序七步提取法分析土壤镉的赋存形态。结果表明：蒙脱石经巯基改性后不仅新增了C−H、S−H共价键,而且增强了−OH和C=O化学键的活性,能与Cd2+发生巯基及羟基配位吸附。供试土壤添加巯基改性蒙脱石后,由于巯基配位吸附作用使土壤离子交换态镉转化为铁锰氧化物结合态,而增强的羟基配位吸附作用使其转化为碳酸盐结合态,结果使土壤中镉的赋存形态发生显著改变,离子交换态大幅减少,作物根系可吸收的土壤有效镉显著降低。添加1%、3%、5%巯基改性蒙脱石后,土壤有效镉分别降低21.92%、69.11%、82.90%;而作为对照组添加1%、3%、5%蒙脱石仅分别降低3.37%、1.80%、6.71%。蒙脱石经巯基改性后对土壤镉的钝化效果得到显著提升,土壤有效镉的降低幅度有随巯基改性蒙脱石添加量增加而提高的趋势。巯基改性蒙脱石对中国北方中碱性农田土壤镉的钝化效果显著,具有一定的参考应用价值。     

四川彭州大宝山铜矿矿石与三星堆青铜器关联性研究

四川省广汉三星堆遗址出土了大量青铜器,目前关于三星堆青铜器铜料来源的研究尚无定论,通过对大宝山铜矿遗留矿洞进行实际调查,并在不同采矿点采集矿石以及冶炼弃渣样品进行铅同位素测定以及Cu、Pb、Zn等主要金属元素,Au、Ag、Se、As、Sb等亲铜元素和Ni、Co等亲铁元素的含量测定。采用铅同位素比值法和微量元素示踪法,与前人对三星堆青铜器化学成分的研究结果进行比对,综合分析大宝山铜矿与三星堆青铜器铜料来源的关联性,结果揭示：（1）大宝山铜矿石为普通铅,用铅同位素比值法对三星堆这类含特殊铅青铜器的铜料进行溯源研究不能准确的得到其铜矿石来源。（2）微量元素含量特征表明三星堆青铜器中大部分青铜器的微量元素组合特征与大宝山铜矿的微量元素特征接近。（3）通过微量元素的进一步因子分析和聚类分析,表明三星堆部分青铜器的微量元素组合特征与大宝山铜矿大部分样品相似,该部分青铜器铜料很可能来自大宝山铜矿。     

云南洱海炭屑记录揭示的近千年来古火演化历史

中国云南地区是森林火灾多发的典型区域, 了解该地区近千年来古火灾的演化历史及其驱动机制对于未来区域森林火灾的防护与治理以及生物多样性的保护具有重要的科学意义。本研究以滇西北地区洱海湖泊的3个沉积岩芯(EHB1岩芯, 58.5 cm; EHN1岩芯, 78.5 cm; EHB2岩芯, 80 cm)为研究对象, 通过对沉积物中高分辨率炭屑记录的分析, 基于 ²¹⁰Pb/¹³⁷Cs和加速器质谱法(AMS)¹⁴C测年技术建立的年代序列, 重建了洱海地区近千年来的古火演化历史。研究结果表明, 基于洱海湖泊沉积岩芯上部大炭屑指标重建的火事件与现代森林火灾记载资料的对比, 确定了大炭屑指标反映湖泊周围约10 km范围即大理市的古火活动情况, 验证了炭屑记录在重建古火灾活动方面的可靠性。古火历史的重建结果显示近千年来洱海地区共发生20次火事件, 其主要集中在1200~1350 A.D.期间和1540~2000 A.D.期间; 近千年来, 洱海地区古火活动的强度整体上呈现先降后升的趋势, 其中火事件的发生频率及其强度在近100年均达到千年来的最高值, 分别对应10次/300年和652.4粒/cm²/peak。炭屑记录和古火活动与区域高分辨率气候记录、植被状况以及人口历史资料的相关分析、冗余分析(RDA)和对比分析结果表明, 大理州人口变化是洱海地区近千年来古火活动最重要的驱动因子, 其次为区域降雨量和植被类型, 温度和植物量则对区域古火活动的影响较小。