基于快速行进迎风线性插值的微震定位算法研究

准确的微震定位方法是微震监测技术进行岩体稳定性分析的基础,而初至波走时计算方法是决定微震定位精度重要因素之一。引入一种由快速行进法(fast marching methods, FMM)与线性插值射线追踪法(LTI ray tracing)改进而来的线性插值算法,实现了在复杂岩体中相对准确的微震初至走时计算,并在均一速度模型和Marmousi模型中得到了验证。在此基础上,采用常微分方程数值算法中的单步高精度Runge-Kutta法,得到了震源点和传感器之间的射线路径,并在分层和带空洞的岩体模型中验证了其合理性。选取最小二乘法为目标函数,通过寻找目标函数值最小的方式来获得最优节点实现微震定位。在所建立的加入地下硐室的Marmousi岩体模型中,对于预设震源点的定位结果误差分别为1.41、1.00、2.83、1.41、1.41m,验证了所提方法在复杂岩体速度模型中能够实现较准确的微震定位,为进一步提高工程岩体的微震定位精度提供了新思路。     

考虑循环软化的非线性动力本构模型在FLAC3D中的实现

已有震害研究表明,震后边坡会因持续变形而破坏,且伴随着土体强度逐渐降低的现象,即土的循环软化行为。因此,有必要研究考虑循环软化的非线性动力本构模型以用于复杂条件下地震边坡稳定性分析。在已有的非线性动力本构模型基础上,提出了考虑循环软化的处理方法。同时,在FLAC3D平台上实现了本构模型二次开发,并通过了理论公式与已有文献中试验数据的验证。结果表明：计算出的骨干曲线与理论公式一致,且计算出的动剪切模量比及阻尼比与试验数据吻合较好,能够克服Hardin-Drnevich模型和Davidenkov模型在较大应变处（>0.01%）过高地估算阻尼比的缺陷;考虑了循环软化后,计算出的剪切强度有明显降低,且当遇到骨干曲线剪应力可以连续地过渡到软化后的主干曲线上,模型的收敛性较好。所开发的本构模型可为大应变条件下软土场地及边坡地震灾害评估提供支持。     

广州地区花岗岩残积土力学特性试验及参数研究

花岗岩残积土属区域性特殊土,一般具有较强的结构性,准确获得其力学参数是进行基坑等工程设计的前提条件。针对广州地区花岗岩残积土,开展系列力学特性试验研究,包括压板载荷试验、标贯试验以及室内侧限压缩、直剪等常规试验,基于试验结果得到工程中常用的花岗岩残积土力学参数,并进行对比分析及验证。结果表明,由花岗岩残积土室内直剪试验强度参数（黏聚力c、内摩擦角 ）计算得到的地基极限承载力以及由室内侧限压缩试验得到的花岗岩残积土变形参数均明显小于实测值;由压板载荷试验反算得到的花岗岩残积土c、 和变形模量E50计算p-s曲线结果与实测结果较为吻合;由标贯试验结果得到的花岗岩残积土E50则与由压板载荷试验得到的E50结果接近,说明压板载荷试验、标贯试验可作为花岗岩残积土力学参数的合理确定方法之一。     

基于无网格法的含缺陷岩石变形局部化数值模拟研究

利用自主开发的基于无网格法的岩石力学计算分析程序,采用Mohr-Coulomb破坏准则,考虑材料塑性屈服后的软化特性,研究单轴压缩条件下含一个缺陷的岩石试样的变形特性,探讨含缺陷材料的岩石变形局部化的演化规律。计算结果表明,岩石试件的破坏是一个渐进破坏的过程;加载过程中试件中的缺陷弱粒子首先出现粒子破坏并产生声发射,随加载进行试件产生微裂隙并扩张形成一个变形局部化带,局部化带扩张、发展,最终形成一个明显的剪切破坏带,缺陷粒子对试件的破坏起到了控制作用。岩石的声发射记录了岩石材料的塑性破坏过程,岩石试件的剪切破坏带与塑性区的发展具有非常类似的规律,但塑性区面积要大于剪切破坏带,从所处位置来看剪切破坏带位于塑性区之内,通过研究声发射特征信息发现变形局部化发生在应力-加载步（应变）达到峰值强度前。     

四川盆地回龙地区下侏罗统自流井组大安寨段混积岩特征及模式

川西回龙地区自流井组大安寨段发育湖相碳酸盐岩和碎屑岩的混合沉积,结合野外露头、钻井岩芯、测井和显微组构等资料的综合分析,对该研究区混积岩沉积微相特征进行了精细刻画。研究认为,回龙地区大安寨段属湖泊混合沉积相,分为滨浅湖混合沉积和半深湖混合沉积两个亚相,并划分了五个沉积微相,分别为高能介壳滩混合沉积微相,低能介壳滩混合沉积微相,砂质浅滩混合沉积微相,浅湖混合沉积微相以及半深湖混合沉积微相。基于所划分的混合沉积相的特征和四川盆地以及研究区回龙大安寨段在侏罗纪的沉积相演变过程,分析了该区混积岩的成因及混合沉积演化模式。得出结论:研究区湖相混合沉积主要受物源供给和水动力条件的控制,在五种不同混合沉积微相控制作用下形成了不同类型的混积岩。     

贺兰山及周边地区加里东运动研究

基于对贺兰山及周边地区下古生界详细的野外地质调查,通过碎屑锆石年龄谱的物源分析、地层接触关系追踪、岩性岩相突变特征分析、残留地层分布、古生物组合及亲缘性分析,讨论了阿拉善地块与华北地块和中祁连地块的亲缘关系,探讨了研究区加里东运动的幕次,认为早古生代阿拉善地块和华北地块相互独立,俯冲造山特征建造不清晰,两者之间可能为转换型陆缘。阿拉善地块和中祁连地块之间的加里东运动幕次清晰。加里东运动一幕发生在中-晚寒武世,香山群深水复理石沉积和张夏组浅水碳酸盐台地相沉积呈拼合式接触,生物组合为亲华北-亲祁连混合型,彼时中祁连地块从Rodinia大陆裂离,逐步靠近阿拉善地块;加里东运动二幕发生在早-中奥陶世,下奥陶统碳酸盐岩在全区稳定分布,与下伏香山群不整合接触,与阿不且亥组整合接触,生物相统一,生物组合为华北型,中祁连地块-阿拉善地块-华北地块平和成为一个统一的块体,整体为浅水台地沉积环境;加里东运动三幕发生在奥陶纪末,中-上奥陶统与泥盆系角度不整合接触,商丹洋闭合,扬子地块与阿拉善地块和华北地块靠近,商丹缝合带南部的宽坪洋打开,导致研究区中、晚奥陶世亲华北-亲扬子混合型生物组合类型。     

应用激光拉曼光谱研究锆石LA-ICP-MSU-Pb定年中的α通量基体效应

α通量基体效应是由标准锆石与样品锆石之间的晶体损伤(以α通量表示)不同引起的激光剥蚀速率和坑下分馏行为的差异,已被证实是导致锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果存在系统偏倚的重要原因。α通量越高,剥蚀速率越快,坑下分馏越明显,然而α通量基体效应的校正尚未引起足够的重视。本文采用激光拉曼光谱和LA-ICP-MS对八达岭花岗杂岩样品进行研究,结果表明:实际α通量(D_α~P)≤0.75×1018g-1的锆石样品,蜕晶化程度较弱,其定年结果存在的α通量基体效应可以忽略;D_α~P0.75×1018g~(-1)的锆石样品,蜕晶化程度较高,其定年结果受α通量基体效应的影响明显,依据年龄差-D_α~P经验方程如y=347.8×exp(0.260×10~(-15)x)进行校正可获得准确的年龄结果。本研究认为:采用激光拉曼光谱和半高宽(FWHM)-D_α~P校准曲线获得目标锆石D_α~P,利用年龄差-D_α~P经验方程估计LA-ICP-MS系统偏倚,是校正α通量基体效应的可行途径。     

柴达木盆地东部石炭系页岩气储层渗流特征研究

页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源,页岩气藏具有多尺度的孔渗结构及多种渗流形态,研究页岩气藏储渗特征能够为页岩气的勘探开发提供理论支撑。该研究选取了柴达木盆地东部石炭系克鲁克组与怀头他拉组的页岩钻井岩心共5个样品,应用氩离子抛光扫描电镜实验与孔径分布测试(包括压汞法、氮气吸附法、二氧化碳吸附法)对页岩的孔隙结构特征进行定性定量测试。基于页岩气质量流量渗流模型,给出页岩表观渗透率与平均压力的关系。通过甲烷渗流模拟实验测定页岩的表观渗透率。从表观渗透率随平均压力的变化特征出发,分析页岩储层中的气体渗流规律。研究结果表明：页岩气的渗流形态包括滑脱流、扩散流及达西流。在低压情况下,渗透率低的页岩中以扩散流为主,其次为滑脱流。随渗透率的增大,渗流主要形式转变为滑脱流。当压力大于2 MPa时渗流形态以达西流为主,滑脱与扩散行为不明显。研究区内页岩微孔与中孔发育较多,达西渗透率与大孔的孔隙体积相关性较大,扩散流对表观渗透率的贡献与50 nm以下的孔隙孔体积比例有一定的相关性。低压下扩散流对表观渗透率的贡献较大,扩散流是一种非常重要的页岩气运移形式。     

东北帕米尔中新世中下地壳物质的折返过程：公格尔西滑脱剪切带的构造变形与年代学证据

公格尔西滑脱剪切带位于东北帕米尔公格尔片麻岩穹窿西缘。通过我们详细的野外观测、显微构造观察、石英电子背散射衍射(EBSD)测试以及锆石U-Pb测年,对公格尔西滑脱剪切带的几何学、运动学特征及其形成演化时限进行了研究。公格尔西滑脱剪切带糜棱岩中大量的石榴子石、矽线石和蓝晶石等表明其为高级变质产物。S/C组构、旋转碎斑及不对称褶皱等变形现象说明剪切带上盘向W或SW低角度剪切的运动特征。高级变质糜棱岩和浅色岩脉记录约20 Ma的206 U-238Pb锆石年龄,说明公格尔西滑脱剪切带初始形成于早中新世。结合前人研究成果,我们认为公格尔西滑脱剪切带曾是狭长的帕米尔中下地壳滑脱带的最北段。由于新生代印度亚洲大陆碰撞以后印度板块仍持续向N俯冲推进,帕米尔地壳由S向N开始增厚,进变质作用最初发生于南帕米尔,约20 Ma时到达北帕米尔。东北帕米尔中下地壳物质开始折返于中新世中期。而直到6~4 Ma,东北帕米尔公格尔地区开始快速隆起,此时公格尔新生代高级变质岩才快速折返。     

莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口地下水的稳定同位素与地球化学

依据地下水咸化机理:蒸发、溶解和混合,海水入侵是地下淡水与较之更咸的海水的混合,海水和淡水的混合包括水分子的混合和溶解盐分的混合。只有溶剂水分子和溶质溶解盐分都发生了相同比例的混合,才能确定二种水体发生了混合。地下淡水变咸并不能都归因于海水入侵,也有可能源于蒸发或溶解。鉴定是否存在海水入侵可运用惰性示踪剂和反应示踪剂来共同识别。惰性示踪剂包括δD、δ~(18)O、Cl~-和Br~-,反应示踪剂包括主要化学成分和微量元素。本研究对莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口的地下水进行了化学成分形成过程的对比研究。莱州采集样品6件,龙口10件,寿光9件。莱州和龙口的碎屑沉积物以硅酸盐矿物为主,而寿光的沉积物来源于南部鲁中南山地的碳酸盐岩。根据莱州采样点地理条件和样品的稳定同位素δD-δ~(18)O分布域确定了当地降雨入渗的多年平均值,进而明确龙口样品也源于就地降雨入渗补给,根据高程效应和当地水文情况确定寿光样品补给来自南部山区的降水,经河道排入洼地后入渗地下。Cl~--δ~(18)O关系表明盐分都来源于淡水溶解的蒸发盐,而非与海水混合。Br~-/Cl~-比值证实了蒸发盐溶解,还存在人为污染物和海侵沉积物中有机质分解的影响。从三线图可看出龙口样品经历了离子交换反应。主要成分和微量元素(HCO_3~-,H_2SiO_3,F~-,Li~+,Sr~(2+)和Ba~(2+))的含量与样品所处含水层的矿物组成有关,反映出水岩作用。所有样品都没有淡水和海水混合的现象。惰性示踪剂分析提供了区域地下水补给的框架,明确了大气水源因溶解蒸发盐而咸化,排除了淡水和海水混合的可能性。用反应示踪剂中主要化学成分和微量元素来分析水中化学成分的形成过程,在和海洋盐分输入对比基础上,二者偏差值主要源自水-岩相互作用结果,包括溶解、沉淀、离子交换等,以及局部样品的污染物输入。所以沿海地带研究地下水咸化,先要解决溶剂的混合问题,在此基础上辅以水文地球化学分析,利用水化学的多种示踪剂,主要解决溶质混合以及盐分来源问题。