雄安新区D01井岩溶热储下伏太古界中热流测定研究

【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少。2018年以来,在雄安新区牛驼镇地热田实施了D01深部地热参数井,揭穿了高于庄组岩溶热储,并揭露太古界厚度达1723.67m,给该地区岩溶热储下伏太古界的热流测定研究提供了条件。【研究方法】本文基于近稳态钻孔测温及岩心热导率测试,对D01井太古界进行了热流测定及分析。【研究结果】结果表明：D01井太古界呈显著的传导型地温特征,地温梯度为18.3℃/km,相比于新近系地温梯度48.6℃/km偏低。测得25块D01井太古界片麻岩岩心样品的热导率平均值为（2.41±0.40）W/(K·m)。根据钻孔测温数据及热导率测试,计算出D01井太古界2300～2700m深度的热流值为（44.1±7.0）mW/m²。同时,估算了D01井新近系400～800m深度段的热流值为84.6mW/m²,较太古界高出40.5mW/m²。【结论】分析认为D01井新近系较太古界高出热流主要为高孔渗岩溶白云岩层中地下水侧向热对流作用以及牛东断裂地下水垂向热对流作用共同所致。研究结果对前人提出的地下水运移聚热模式及导热断裂聚热模式提供了数据支撑,对雄安新区深部地热资源成因机制和太古界地温场研究具有重要意义。     

干湿循环效应下玄武岩纤维加筋黄土三轴剪切力学行为研究

通过干湿循环效应下的数字图像三轴剪切试验、CT扫描试验及扫描电镜SEM(scanning electron microscopy)试验,研究了玄武岩纤维加筋黄土干湿循环过程的三轴剪切力学行为及微细观结构演化机制。结果表明:随干湿循环次数增加,纤维含量较高试样的三轴剪切鼓胀破坏形态转变为剪切带破坏;干湿循环早期阶段,剪切破坏形态随纤维含量增加,由剪切带破坏转变为鼓胀破坏。干湿循环作用和纤维含量对应力-应变曲线的类型及特征无明显影响,均表现为应变硬化型。破坏偏应力随干湿循环次数增加而逐渐减小,但衰减速率逐渐减小;破坏偏应力随纤维含量增大先增加而后减小,呈抛物线变化特征,存在一个最佳纤维含量为0.6%。CT数均值ME值呈现与破坏偏应力相似的变化规律。干湿循环作用下筋-土界面产生一定的开裂和松弛现象,弱化了纤维的加筋效应,但与素黄土相比,纤维加筋黄土的微观结构表现出显著的整体稳定性。构建了干湿循环效应下玄武岩纤维加筋黄土的宏细观损伤变量,其表现出一致的变化规律。     

钙质砂一维蠕变分形破碎特性宏微观试验研究

钙质砂是远洋地区港口、机场和民用建筑等构筑物的天然地基材料。通过钙质砂一维压缩蠕变试验和微观结构测试,发现了蠕变前后表面孔隙面积减小且呈分散分布的规律以及试验过程中试样瞬时变形、快速变形和衰减变形特征与粒径的高度相关性;利用基于分形理论改进的相对颗粒破碎率和质量分形维数描述了蠕变前后颗粒破碎程度,得到了分形维数和蠕变与时间的衰减形态曲线关系以及宏观质量分形维数和微观表面分形维数的线性关系,并在此基础上对单一粒径组钙质砂蠕变过程中的分形破碎行为进行了多尺度分析和宏微观跨尺度关联性研究,获得了蠕变过程中颗粒破碎发展以及微观孔隙变化规律,证明了钙质砂蠕变过程中的颗粒重组排列、破碎和研磨行为,揭示了钙质砂蠕变机制。     

基于数据挖掘的土−水特征曲线演化规律研究

土−水特征曲线是非饱和土持水性能和水气运移规律的重要表征,由于其测试过程繁杂、影响因素众多,很难通过系列试验和数学模型全面表达。为探索土的类型和物理状态对土−水特征曲线的影响,以国内外大量试验数据为基础,以反映其形态的3个特征值（进气值、减湿率、残余含水率）为对象,采用数据分析统计方法揭示不同赋存条件对特征值的作用规律,采用机器学习方法探究影响因素的敏感性。研究结果表明：土体的物质组成（颗粒级配、粒径尺度、塑性指数）及赋存状态（密实程度、饱和含水率、干湿循环作用、环境温度）是影响其持水性能的常见分析指标,各影响因素对3个特征值的影响特征既有巨大差异也有相互联系,敏感性成果表明代表黏粒含量的塑性指数和反映密实程度的干密度是影响土体持水性能的最主导因素,给出的特征值分布范围考虑了两个主导因素的影响,具有较强的代表性和借鉴意义。     

我国北方冬季灰霾主要有机单颗粒类型及耐热性

我国北方冬季气溶胶中有机物所占比重大,对其气候效应、人体健康及大气环境影响进行评估是大气化学研究的热点问题。为了探究冬季灰霾主要有机单颗粒类型及耐热性,本研究利用透射电镜发现北方冬季灰霾中一次有机颗粒较为普遍,根据内混颗粒物的化学组分差异将其分为三种:有机物–矿物颗粒(3%)、有机物–烟尘颗粒(16%)和有机物–二次无机盐颗粒(81%)。此外,本研究还使用管式炉对采集的大气单颗粒样品进行高温加热,再利用透射电镜对加热后的几类典型有机单颗粒形貌和组分特征进行原位跟踪分析。结果显示,近圆形一次有机物经过300℃和500℃加热过程之后,形貌特征无明显变化,表明该类一次有机颗粒具有耐高温特性;半透明穹顶状有机物在300℃下粒径增大且颜色更加透明,表明在此温度下该类颗粒中大部分有机组分能够挥发;将具有有机包裹层的颗粒物在室温及300℃下的形貌特征对比测量,发现虽然二次有机包裹层留有部分痕迹,但是大部分已挥发,进一步升温至500℃时,半透明穹顶状的有机物和有机包裹层在高温过程中挥发完毕。本研究证明北方冬季燃煤排放的圆形一次有机物含有大量的难挥发耐热有机组分,外场观测和实验室分析应考虑此类一次有机颗...     

常见稀有气体采样容器研究进展及意义

稀有气体是地学研究的重要手段之一,在研究成矿流体来源、壳幔相互作用过程中具有重要的研究意义,其组成及同位素比值是研究天体和地质体来源、成岩机理及各种地质和物理化学过程的关键,可作为地球化学示踪剂。如何有效地在大气圈、水圈和岩石圈进行稀有气体同位素样品的提取,是气体同位素研究急需解决的基础科学问题,所以气体采样容器和取样技术显得尤为重要。本文在文献调研的基础上,对常见的采样容器的优缺点进行对比,并总结了不同采样容器对稀有气体取样的优劣性。常见的气体采集容器包括不锈钢瓶、铜管、玻璃瓶、气体采样袋、注射器等,而稀有气体的采集容器常为不锈钢瓶和铜管等;通过对比表明不锈钢瓶具有耐高温、耐高压、抗强腐蚀、不易燃、不易爆等特点和优越性,在气体样品采集和运输过程中稳定性最好,实验效果也最好;铜管采样效果和密封性好,但操作较为复杂;玻璃采样容器效果次之;石英玻璃瓶虽然操作简便,但是运输保存不便;气体采样袋和注射器的采集和运输储存效果较差。因此建议稀有气体样品采集使用不锈钢瓶和铜管以及钠钙材质的玻璃瓶,不建议将石英材质玻璃容器以及注射器和气袋作为稀有气体的采样工具。该工作可为气体地球化学的研究提供新的参考。     

Dynamic selection of emergency plans of geological disaster based on case-based reasoning and prospect theory

Natural Hazards - The Three Gorges reservoir area in the Yangtze River economic belt has frequent geological disasters. To assist decision-makers make effective emergency decisions based on their...     

1980—2017年祁连山水源涵养量时空变化特征

祁连山是中国西北地区十分重要的生态安全屏障,也是当地极为关键的水源涵养区。基于InVEST模型中的产水量模块,对祁连山水源涵养量和时空变化进行了分析并探讨其影响因素。结果表明：祁连山多年平均产水总量和水源涵养总量约为93.03×10⁸ m³和57.83×10⁸ m³。从时间变化来看,水源涵养量呈上升趋势,上升速率约为0.196 mm·a^-1;在空间上呈“东多西少”的分布格局,与年降水量的空间分布大致相同。不同土地利用类型下的水源涵养总量依次为：草地（31.87×10⁸ m³）>林地（16.71×10⁸ m³）>耕地（4.92×10⁸ m³）>其他用地（2.29×10⁸ m³）>建设用地（0.63×10⁸ m³）。降水量与水源涵养量在所有研究时段内均存在显著正相关性。不同时期土地利用类型的变化也会对水源涵养量产生重要影响,研究区草地面积变化对水源涵养量影响较大。根据建立的经验公式并参考已有研究成果,估算得出研究区多年冻土地下冰储量在550 km³以上,在全球气候变暖的背景下,消融趋势明显。研究可为祁连山水资源合理配置和生态系统保护提供参考。     

构造活动影响下地质事件沉积序列：以鄂尔多斯盆地延长组长7油层组为例

中晚三叠世,印支运动I幕导致秦岭隆升,同期地震、火山活动频发,在鄂尔多斯湖盆中保存了大量地质事件沉积层。为了认识构造活动影响下地质事件沉积序列,探讨地质历史时期内各类地质事件的耦合关系,从全新的角度认识大型坳陷湖盆的形成和演化过程,笔者等以鄂尔多斯盆地内部及周缘的长7油层组野外露头及钻井岩心中发育的关键事件沉积层为研究对象,对地震事件、浊流事件、火山事件、缺氧事件沉积特征和叠置关系进行研究。研究结果表明：在长7期,湖盆中多种事件沉积类型主要受控于中—晚三叠世秦岭造山运动,构造活动引起湖盆沉降,为事件沉积层的保存提供了条件;火山事件喷发的火山灰降落在湖盆中形成凝灰岩层,同时,也为湖盆缺氧事件创造了条件;沉积层因地震活动形成震积岩,而地震活动又是诱发浊流事件发生的关键因素;这些构造活动影响下的地质事件交替发生,共同构成长7油层组内各类事件沉积层的相互叠置关系。     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组甜点页岩油微观赋存特征及成因机制

准噶尔盆地吉木萨尔页岩油是中国典型的陆相页岩油。通过场发射扫描电镜、激光共聚焦、纳米CT、核磁共振等实验技术联合对微纳米孔隙中页岩油赋存特征进行研究,结果表明甜点储层具有纳米—亚微米—微米全尺度含油特征。在微纳米尺度,油、水赋存特征表现为重质组分油附着于2~5 μm以上孔隙的孔壁及充填于2~5 μm以下的孔隙中,中质组分油赋存于2~5 μm以上孔隙的中央,孔隙水含量较少,呈孤立状赋存于2~5 μm以上孔隙的中央,并被中质组分油包裹。页岩油在微纳米孔隙中的赋存不仅受生烃超压充注控制,还受吸附作用及多期次成藏影响。孔隙表面润湿性由亲水润湿反转为亲油润湿是烃类发生吸附的主要原因,多期次成藏造成微纳米孔隙中油质差异及高的含油饱和度。早期生烃超压充注进储层的重质组分油在孔隙表面亲油润湿下吸附于孔隙表面,随着吸附层变厚,纳米级孔隙逐渐被充满,孔隙水被驱替到较大的孔隙中间;后期成熟的中质组分油以此方式进一步充注和调整。研究认为埋深较大的凹陷西部是有利勘探方向。微纳米孔隙中的重质组分油是未来页岩油提高采收率的方向。吉木萨尔页岩油微观赋存特征及成因机制可能具有普遍性,对于中国陆相页岩油的深入研究具有借鉴意义。