岩石I型裂纹定向扩展规律试验研究

为精准获得岩石I型裂纹扩展演化全过程,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展了不同岩性试样裂纹扩展试验研究,借助声发射及数字散斑技术对裂纹扩展全过程进行了监测,建立了裂纹定向扩展力学模型,分析了裂纹扩展过程中声发射及变形场的演化规律,提出了评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,探讨了I型裂纹定向起裂扩展机制。结果表明：该简易裂纹定向扩展装置能够有效实现I型裂纹沿预定方向稳定扩展,其起裂角均小于10º,同时通过简化力学模型计算得到白砂岩、灰砂岩的裂纹扩展峰值强度与巴西劈裂抗拉强度相比偏差分别为22.76%、7.53%;根据变形场演化规律,可将裂纹扩展分为微裂隙发育（散斑变形场分区不明显）、主控裂纹孕育（散斑变形场出现分区现象）和主控裂纹扩展3个阶段;声发射演化过程可分为平静期、缓增期、急增期和降低期4个阶段,由于灰砂岩相较于白砂岩质地更致密、更坚硬,导致其声发射平静期长,而后3个阶段持续时间短;将载荷−位移曲线峰前与峰后的面积之比定义为评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,计算得到灰砂岩、白砂岩的CE分别为13～16、1～2,表明CE可有效评价岩石I型裂纹扩展难易程度;岩石I型裂纹起裂扩展机制可概况为：在加载峰值前裂隙尖端受最大拉应力作用,存储的弹性能快速增加、耗散能缓慢增加,但在加载峰值后裂隙尖端存储弹性能超过其储能极限迅速释放,此时输入能大部分转化为耗散能促进主控裂纹快速扩展。后续将对裂纹定向扩展试验装置进一步优化改进,以期为裂纹扩展机制、岩石破坏前兆信息、裂纹止裂原理等研究提供一种新方法,同时为工程现场煤岩层定向爆破、压裂、止裂等相关技术优化提供理论指导。     

透明地质保障技术构建方法

煤炭地质保障技术贯穿于煤炭工业的全生命周期,是实现煤炭资源安全高效智能绿色开采的基础和前提,在灾害防治、隐蔽致灾因素探查、煤炭智能开采等方面发挥着关键作用,而地质透明是提高智能分析与决策、自动精准控制与高效采煤能力的关键核心任务。以乌海矿区为例,为解决矿区智能化建设面临的地质条件复杂、透明地质保障能力薄弱的问题,采用以随掘地震、随采地震为代表的智能探测技术,获取采掘工作面实时地质数据;通过构建数据底座,利用多源数据融合技术,实现海量地质数据的融合分析;基于多源数据融合结果,构建三维地质几何模型和水、火、瓦斯等多属性模型,利用实时地质数据驱动模型更新,实现构造、水、火、瓦斯等隐蔽地质规律与分布特征的数字化表达。以地质模型为基础,融合地质异常体空间位置、几何大小、属性信息等,构建透明地质保障系统,实现隐蔽致灾因素的地质预报,为煤矿安全高效开采提供智能决策。研究成果为实现乌海矿区煤炭智能化开采提供地质保障,对于推动全国煤矿智能化建设具有重要的借鉴意义。      

贵州三都下排正地区金锑矿地质特征及找矿潜力

贵州三都地区发现许多汞、金、锑、铅锌矿床（点）,在以往地质工作对矿床地质特征、成矿规律及矿床成因认识基础上,通过遥感、物探、化探方法对各矿床（点）间的空白带开展地质找矿工作,在下排正地区发现了金锑矿体。下排正地区金锑矿产于F₃₃断层上盘,围岩为上寒武统三都组一段（∈₃s¹）条带状灰岩,蚀变有黄铁矿化和毒砂化;综合分析发现,该区具有较大的金锑矿找矿潜力。     

松潘-甘孜地体下仓界地区晚三叠世基性岩的发现及其地质意义

笔者在松潘-甘孜地体下仓界地区发现了晚三叠世基性岩,对其开展了岩相学、地球化学、斜锆石U-Pb年代学等研究。该基性岩由玄武岩和辉绿岩组成,均为钙碱性系列,蚀变较强,形成时代为208.0±7.0 Ma。岩石La/Nb值为1.13～1.95,La/Ta值为7.96～25.79,TiO₂含量为1.51%～2.22%,Zr/Nb值为11.35～16.33,指示岩浆源自岩石圈地幔与软流圈地幔的混合源区。根据(Yb/Sm)_P-(Tb/Yb)_P模型计算结果,推测下仓界基性岩可能源于软流圈物质诱发岩石圈地幔尖晶石-石榴子石过渡相(石榴子石约占0～25%)发生约5%的部分熔融。岩石中发现捕获的古老斜锆石,轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,Nb、Ta和Ti元素弱亏损。结合区域地质资料,认为松潘-甘孜地体应该具有陆壳基底,其晚三叠世(<211 Ma)的构造环境为碰撞后的板内伸展环境。     

冀北两种类型钼矿床地质特征与控矿因素差异性分析

冀北(张家口—承德)目前已发现的钼矿床可分为两种类型, 一是主要分布于冀北南部燕山裂陷带中, 钼矿化发生时间与矿区酸性岩体侵位时间接近或相当, 金属矿物以辉钼矿为主, 围岩蚀变主要为钾化、硅化, 成矿流体以高温、高盐度为特征; 另一类主要分布于华北地台北缘隆起带内中生代火山断陷盆地中, 金属矿物以低温胶硫钼矿物为主, 多与铀矿共生, 围岩蚀变以水云母化、萤石化、胶黄铁矿化为主, 成矿流体显示低温、低盐度特征。以胶硫钼为主的铀钼矿床由于缺少合适的钼矿化定年矿物, 目前年龄测试数据多限于铀矿化, 测试结果表明铀矿化与区内酸性岩体及赋矿地层之间存在显著的岩矿时差。在冀北及邻区已有地质资料基础上, 本文对冀北上述两种类型钼矿床存在的地质问题及研究现状进行了评述, 指出分布于中生代火山断陷盆地中钼矿化成矿时代厘定问题是分析该类型铀钼矿床成矿作用过程、确定成因类型、评价深部找矿潜力的关键。     

非静力AREM模式设计及其数值模拟II:数值模拟试验

在程锐等（2018）中,我们完成了非静力AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）模式动力框架设计。本文将通过理想和实例试验检验其模拟能力。设计理想试验并通过与国际成熟的中尺度非静力框架比较,直接检验非静力AREM三维动力框架在细致分辨率（约1 km）下的模拟性能。可以看出,非静力AREM与ARPS（Advanced Regional Prediction System）、WRF（Weather Research and Forecasting Model）模拟出类似的积云对流结构及演变特征,从而基本确证了本文发展的非静力框架的正确性。结合原静力平衡模式的初始化和物理参数化过程,形成非静力AREM模式系统。台风实例模拟表明,粗分辨率下静力、非静力AREM模式性能接近;但在高分辨率下,非静力明显优于静力模式。我们还开展了批量降水试验检验,对非静力AREM模式性能进行了进一步的验证。     

2018年夏季海洋大气特征及对我国气候的影响

为更好地了解2018年夏季（6—8月）我国主要气候异常特征及成因,本文利用我国气象要素站点资料、再分析大气环流资料和全球海温数据分析了2018年夏季我国降水和气温的异常特征、东亚大气环流特征及海温对我国气候的影响。结果显示2018年夏季全国平均降水量较常年同期偏多9.6%,我国中东部地区降水呈现“南北多、中间少”的分布特征,北方和华南大部降水较常年同期偏多、长江中下游降水明显偏少。降水的上述异常特征受到东亚副热带和中高纬大气环流的共同影响。2018年夏季东亚副热带高空急流和西太平洋副热带高压位置都明显偏北,东亚沿岸由南至北为“负—正—负”的高度距平分布, 呈现出“东亚—太平洋型”遥相关负位相的特征,菲律宾附近对流层低层大气维持异常的气旋式环流,东亚副热带夏季风异常偏强。同时,欧亚中高纬度大气呈现“两槽一脊”的异常高度分布特征。在副热带和中高纬大气环流的这种配置下,我国北方地区以异常偏南风为主,有利于暖湿气流的输送,降水偏多;华南地区在偏强的热带对流活动影响下,降水也总体偏多;而长江中下游地区则以明显的辐散下沉运动为主,降水偏少。从外强迫因子来看,2017年10月至2018年4月发生的La Nina事件对东亚夏季风偏强及我国降水“南北多、中间少”的异常特征起到了重要作用。     

上海二次温室大棚区强尘卷风的成因分析

尘卷风是近地面气层中的小旋风,使沙尘或其他细小物体随风卷起而形成的一种天气现象。2011年10月27日11时10分和2015年9月13日11时12分发生于上海地区的两次强尘卷风天气过程(北京时,下同)均造成了不同程度的灾害。两次尘卷风均发生在温室大棚区,其下垫面性质和干旱区裸露地面和水泥沥青城市地面极不相同,因此了解其发生原因很有必要。本文利用常规天气图、温度对数压力图、100 m以下5层铁塔风和温度、微波辐射仪以及温室大棚基地自动气象站等资料对这两次尘卷风过程进行了分析。发现.在常规探空都未探测到明显的超绝热现象,但在铁塔观测的地表面层温度垂直廓线结合微波辐射仪及自动气象站等资料揭示了尘卷风发生时近地面气层都具备了超绝热条件。尘卷风发生前后10∶00—12∶00的10～70 m温度垂直递减率γ平均达1.58℃/100 m,极大值达2.33℃/100 m,为干绝热递减率的两倍还多。上海地区10座铁塔测风网获得的10、30、50、70 m近地层风场的旋转和辐合特征揭示了尘卷风旋转的角动量来源。通过分析500、700、850 hPa天气形势探讨了有利于发生尘卷风的大尺度环流条件为尘卷风预报提供参考。最后对这两次尘卷风发生在温室大棚区域而不是自然农田的机理提出了初步看法供进一步讨论。     

燕山山地伊逊河下游河流阶地沉积物特征及古环境意义

河流沉积物蕴藏着其形成之时水动力条件及古气候变化等重要信息,因此研究河流相沉积物不仅可指示其沉积之时的水动力条件,还可对其反演的古气候进行一定的探索。伊逊河地处燕山东段,开展其下游河流相沉积物粒度、磁化率及形成年代的探讨,可为燕山山地河流相沉积物蕴藏的古环境意义研究提供参考。笔者等通过野外实地调查、光释光测年、粒度分析及磁化率实验对伊逊河下游三级阶地（T3）前缘剖面展开研究,初步确立了伊逊河下游T3的形成时间,大致为晚更新世晚期至全新世早期（13.14±0.76 ka BP至9.55±0.58 ka BP）,结合野外实测及实验数据分析发现此剖面可划分为11层,探讨了伊逊河在晚更新世晚期至全新世早期水动力条件的变化,厘定了伊逊河下游9次较为明显的水文事件,并提出新仙女木事件始末及全新世初期此剖面沉积物记录与多种气候变化指标和区域气候变化有较高的一致性,揭示了伊逊河下游河流阶地沉积物对气候变化的响应较为明显,研究结果为该地区古环境研究提供了基础地质依据。