压缩加载条件下含水合物沉积物蠕变特性分析

水合物开采可能诱发海底滑坡或其他工程地质灾害。实现水合物商业化开采需要中长期稳定产气,长期荷载下储层的蠕变特性是地层稳定性评价的基础力学参数。利用南海水合物储层粉黏土为试验介质在压缩加载条件下的系列固结排水蠕变测量试验结果,对粉黏土的蠕变特性进行了分析。结果表明,加载过程中,含水合物沉积物经历瞬时变形、固结变形和蠕变变形3个阶段;随着加载应力和水合物饱和度的提高,蠕变应变不断增加;修正的Singh-Mitchell蠕变模型可以较好预测不同应力水平和水合物饱和度下粉黏土的蠕变特性。     

煤矿智能化关键技术研究与实践

针对煤矿非全断面巷道条件下掘进机器人移机难度大、效率低下等问题,分析了煤矿井下非结构化环境特征及掘进机器人运动特性,提出了基于深度强化学习的掘进机器人机身路径规划方法。利用深度相机将巷道环境实时重建,在虚拟环境中建立掘进机器人与巷道环境的碰撞检测模型,并使用层次包围盒法进行虚拟环境碰撞检测,形成巷道边界受限下的避障策略。考虑到掘进机器人形体大小且路径规划过程目标单一,在传统SAC算法的基础上引入后见经验回放技术,提出HER-SAC算法,该算法通过环境初始目标得到的轨迹扩展目标子集,以增加训练样本、提高训练速度。在此基础上,基于奖惩机制建立智能体,根据掘进机器人运动特性定义其状态空间与动作空间,在同一场景下分别使用3种算法对智能体进行训练,综合平均奖励值、最高奖励值、达到最高奖励值的步数以及鲁棒性4项性能指标进行对比分析。为进一步验证所提方法的可靠性,采用虚实结合的方式,通过调整目标位置设置2种实验场景进行掘进机器人的路径规划,并将传统SAC算法和HER-SAC算法的路径结果进行对比。结果表明：相较于PPO算法和SAC算法,HER-SAC算法收敛速度更快、综合性能达到最优;在2种实验场景下,HER-SAC算法相比传统SAC算法规划出的路径更加平滑、路径长度更短、路径终点与目标位置的误差在3.53 cm以内,能够有效地完成移机路径规划任务。该方法为煤矿掘进机器人的自主移机控制奠定了理论基础,为煤矿掘进设备自动化提供了新方法。

     

皖江自然湿地土壤碳密度及其开垦为农田后的变化

于2005年分别采集了安徽沿江4个淡水湖泊的自然湿地及其周边围垦农田的代表性土壤剖面样品,测定了总有机碳含量,讨论了天然淡水湿地有机碳密度与深度分布特征及其开垦为农田后的变化。结果显示,湿地表层（0～30cm）和全剖面（0～100cm）中的碳密度分别为42．5～57．4t／hm^2和81．5～91．6t／hm^2;而农田则分别为22．4～48．4t／hm^2和41．4～76．5t／hm^2。湿地开垦为农田后,土壤表层和全剖面的土壤有机碳含量明显降低,且有机碳含量的变异性增大。表明湿地开垦为农田后,其碳库失去稳定性。但是,开垦的旱地土壤的有机碳含量和碳密度显著低于开垦的稻田,故湿地开垦为旱地更不利于湿地碳库保护。因而,将湿地垦殖为水田是相对较有利于湿地碳库保护的人为土地利用方式。湿地开垦的碳库损失可能是土壤的大气CO2源效应的主要途径。     

钻锚机器人钻臂轨迹规划方法研究

为提高煤矿巷道支护效率,改善掘进工作面自动化智能化程度,设计了一种集成悬臂式掘进机和六自由度机械臂的钻锚机器人,研究了钻锚孔孔序规划策略及钻臂轨迹规划方法。首先,基于改进的DH方法建立机械臂结构的运动学模型,分析其运动学正解和逆解,解算钻机空间位姿及对应的关节变量值;其次,基于蒙特卡罗随机数方法分析机械臂运动空间,求解双机械臂运动范围;基于钻锚作业工艺要求提出一种钻锚孔孔序规划策略,在不同条件下两机械臂按照一定锚固顺序完成顶板锚固作业任务;最后,基于五次多项式插值方法完成机械臂轨迹规划,以实现钻臂快速平稳达到目标位置。仿真结果表明,钻锚机器人能满足宽×高为6 000 mm×4 500 mm范围内的巷道支护要求,基于该孔序规划策略和钻臂轨迹规划方法,两钻机在进行顶板锚固作业任务时能有效避免干涉,实现准确、平稳运动至锚固点,完成锚固任务。研究结果为发展自动支护和智能掘进提供了一种思路和方法。     

西藏羌塘盆地鸭湖地区天然气水合物成藏条件

近年来中国陆域冻土区天然气水合物调查研究结果表明,气源条件是制约羌塘盆地天然气水合物找矿突破的关键因素。为明确鸭湖地区天然气水合物成藏潜力,基于近年来的钻探调查成果,从陆域冻土区天然气水合物成藏系统理论出发,系统分析了影响天然气水合物成藏的冻土、气源、储集、构造等地质因素。分析结果显示,鸭湖地区局部具有较好的冻土、地温、气源、储集、构造及水源条件,具备一定的天然气水合物成藏潜力,继续寻找充足的烃类气源是下一步天然气水合物调查的主要方向。同时,选取钻探调查获取的地温梯度、气体组分等参数,结合音频大地电磁测深(AMT)冻土厚度调查成果,对鸭湖地区天然气水合物稳定带的厚度和底界深度进行了预测。结果显示,当甲烷为85%、乙烷为9%、丙烷为6%时,天然气水合物稳定带厚度与冻土厚度分布变化基本一致,稳定带厚度400~630m,底界深度400~680m。当甲烷为98%、乙烷为2%时,天然气水合物稳定带厚度急剧减薄,大部分地区仅有0~30m,最厚仅有150m,局部地区稳定带底界最深仅为240m。结合气测录井结果,认为渐新世唢呐湖组比上三叠统土门格拉组更具备天然气水合物成藏潜力,土门格拉组自身具备较强的生排烃能力,可作为寻找常规油气或页岩气的一个重要层位。     

互花米草入侵下福建漳江口红树林湿地土壤生态化学变化

采集了福建云霄漳江口米草入侵下红树林自然湿地保护区内红树林群落、米草群落、红树林—米草交互群落以及光滩的剖面土壤样品,分析了土壤的总养分库、有效养分库及微生物活性等指标。结果表明,不同植被群落下土壤理化性质均存在明显差异。土壤有机质、全氮、全磷、阳离子交换量和微生物生物量碳、氮在同一深度的含量变化为：红树林>红树林—米草混作>米草>光滩;土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶等酶活性指标也表现出相似的变化趋势。从深度变化而言,上述各项土壤质量指标均随剖面深度而降低。米草入侵后土壤的各项养分指标均有明显下降,湿地土壤生态化学性质发生了明显的退化。土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、氮含量以及土壤蔗糖酶与磷酸酶活性对滨海湿地土壤退化的反映最为强烈, 可以作为指示性指标。     

从《IPCC 2006国家温室气体排放清单增补:2013湿地》谈湿地温室气体计量进展及问题

通过对《IPCC 2006国家温室气体排放清单增补:2013湿地》出台的背景、湿地类别的划分、温室气体计量方法学进行解读,从温室气体排放源、计量方法和排放因子3个方面对湿地温室气体排放的计量进行了分析,重点探讨了对《IPCC 2006国家温室气体排放清单指南》中方法学的更新与改进,结合我国湿地研究的现状,进一步指出我国湿地研究中亟待解决的关键问题和未来研究的主要方向,为我国湿地排放清单指南的编制提供了理论指导。     

近20年来宜兴市域水稻土有机碳动态及其驱动因素

中国农业土壤有机碳的变化一直是国内外农业与全球气候变化研究中十分注意的问题。一些研究提示20世纪末以来我国水稻土尤其是太湖地区水稻土的有机碳储存出现了增长趋势。文章选择了2002年对江苏省宜兴市市域范围水稻土的61个土壤监测点进行系统采样和土壤分析,并与该市分别于1983年和1994年进行的土壤肥力调查结果相对比,从县市区域尺度分析、评价了近20年来太湖地区水稻土表土有机碳储存的变化。尽管20世纪80年代初以前土壤有机碳含量变化以下降为主,但20年来该市域内水稻土有机碳总体上呈上升趋势。统计表明,4个主要土属的表土有机碳密度的增幅以下序递增:湖白土(-2.80tChm2)2)2)2),因而全市74.2×103hm2水稻土表土的总有机碳库从1983年的1.37Tg增加到2002年的2.20Tg。该市水稻土的平均固碳速率达到0.5～0.8tChm2a,这种快速固碳作用与20世纪80年代以来土壤中氮素的富集、秸秆还田的推广和90年代以来该地区不断扩大的冬季休闲有关。目前该市水稻土的固碳潜力仍很大,太湖地区的高产高投入农业不能排除在碳固定上的积极意义。然而,这种快速固碳作用的土壤过程和机理值     

从土壤腐殖质分组到分子有机质组学认识土壤有机质本质

梳理了与土壤生态系统功能相联系的,特别是对固碳减排的土壤有机质本质认识的研究进展及路径,探讨了经典腐殖质学说存在的问题,概述了新近的有机质保护稳定学说及腐殖质组学学说,并追溯了生物标志物有机质分子研究,最后从土壤学的基本理念和理论出发讨论和重新认识土壤有机质的本质及其价值。从形成条件、分离条件和分子鉴定等多方面分析,土壤腐殖质形成和稳定学说越来越显示出局限性;而面向气候变化的碳固定研究可以深入探析土壤有机质的复杂存在状态。越来越认识到土壤有机质是投入土壤的有机物质经不同程度生物利用或降解的产物残留,只是被土壤不同程度地区隔和封闭,本质上仍是分子量变化极大的生命源有机物的集合。因此,可通过生物标志物分子作为靶标在土壤中提取和识别,该技术的发展将孕育萌生土壤有机质分子组学。后者可以用于判读土壤有机质的结构支撑、反应活性和促生功能等方面的本质差别,这些差别可能是由有机分子组成结构及存在状态所决定而不是由有机分子稳定性决定的。从这个概念出发,类似于土壤微生物分子生态,土壤有机质的丰度、组成、结构与功能间的联系可能是土壤有机质本质的核心问题。对这种关系的量化和参数化表征可用以探索土壤有机质永续固定,且可以保持生命活性的土壤有机质的管理策略及技术,并配合土壤的团聚体理论诠释土壤的本质和生态系统功能服务,这将是未来土壤学服务人类可持续发展的理论立足点。     

考虑道间时差相位的瑞雷波波速成像方法研究与应用

现有瑞雷波勘探数据处理方法存在道间距限制、施工量大、水平分辨率低等问题。为解决这些问题,引入道间时差相位概念,对计算出的相位差进行补偿,使道间距在不受限制条件下,计算出瑞雷波相速度。首先利用小波变换对地震原始信号进行去噪;然后利用道间时差相位在时间域截取瑞雷波,计算出相邻地震道的真实相位差,获取两道之间的相速度-深度频散曲线;最后结合多道瑞雷波频散曲线,得到相速度-深度成像图。将本方法应用于工程勘察中的薄板状地质体探测,能准确反映探测目标空间分布位置。相对传统瑞雷波数据处理方法,本方法可突破道间距限制,减小施工量,同时具更高的横向分辨率。