渤海湾周缘高温地热异常特征及深部热结构分析

渤海湾周缘高温地热异常区是华北重要的地热资源区,研究其浅层高温地热异常及深层高温地热结构,是解决中国东部高温地热勘查开发瓶颈的重要基础,对加快构建东部现代能源体系、推进“双碳”目标进程具有重要的科学意义。利用最新的中国大陆岩石圈速度模型USTClitho2.0和航磁资料,在大地热流资料约束下,本文计算了渤海湾周缘浅层与深层高温热结构,结果表明:该区居里面平均深度20.8km,居里温度420℃,中、上地壳高温热结构与居里面起伏形态密切相关。上地壳生热率随深度增大而递减,反映了放射性生热元素向上迁移、在浅层富集的垂向分异特征。Moho面温度在600～800℃之间,岩石圈底界面1300℃等温面深度在66.3～97.5 km之间,平均值为76.8 km。依据USTClitho2.0模型Vp、Vs速度结构,本文修正了前人的地壳分层结构及上地壳生热率,计算了研究区内全部91个大地热流点的壳幔热流比,结果表明:Qc/Q=56.4%、Qm/Q=43.6%, Qc/Q>Qm/Q,显示该区为“热壳”结构。前人认为此区是“冷壳热幔”型热结构,本文的计算结果修正了前人的认识,指出上地壳层热流在地表总热流...     

河北保定岩溶地热结垢过程模拟及防垢对策

我国的地热发电以及部分供暖工程出现了比较严重的结垢现象,阻碍了地热能的大规模开发利用,目前地热市场急需成熟的防垢理论和工艺。地热工程的结垢现象尤以碳酸钙结垢最为普遍,为解决碳酸钙结垢问题,本文以华北保定岩溶地热井结垢为研究对象,通过理论和实验相结合的手段研究分析了垢质成分,成垢机理,结垢位置和过程以及防垢措施。研究结果表明:(1)系统降压造成的闪蒸是碳酸钙结垢的主因,液相二氧化碳逸出到气相是碳酸钙结垢的主要驱动力;(2)根据井口参数,结合质量、动量和能量守恒以及两相流压降理论,可以模拟结垢过程,确定结垢位置以及不同深度处的压力、温度、干度和二氧化碳分压等参数;(3)闪蒸造成的碳酸钙结垢,确定了闪蒸位置和闪蒸压力后,可以通过加压和加注阻垢剂的方式进行阻垢。通过模拟计算,确定了加压防垢系统所需的最低压力,通过控制系统压力可防止闪蒸,抑制二氧化碳逸出造成的结垢。设计了阻垢工艺,研制了阻垢剂加注设备,开展了井下化学阻垢实验并评价了阻垢效果,通过加注阻垢剂可有效阻止90%以上的垢生成,论证了通过加注化学阻垢剂可以有效解决碳酸钙结垢。通过上述研究,积累了从结垢原因分析,结垢位置确定,结垢过程模拟,防垢工艺和设备研发,防垢实践到阻垢效果现场评价一整套经验,可为其他地热井碳酸钙结垢问题的解决提供参考依据。     

Universal precursor seismicity pattern before locked-segment rupture and evolutionary rule for landmark earthquakes

Despite extensive investigations, no precursor patterns for reliably predicting major earthquakes have thus far been identified. Seismogenic locked segments that can accumulate adequate strain energy to cause major earthquakes are highly heterogeneous and low brittle. The progressive cracking of the locked segments with these properties can produce an interesting seismic phenomenon: a landmark earthquake and a sequence of smaller subsequent earthquakes (pre-shocks) always arise prior to another landmark earthquake within a well-defined seismic zone and its current seismic period. Applying a mechanical model, magnitude constraint conditions, and case study data of 62 worldwide seismic zones, we show that two adjacent landmark earthquakes reliably occur at the volume-expansion point and peak-stress point (rupture) of a locked segment; thus, the former is an identified precursor for the latter. Such a precursor seismicity pattern before the locked-segment rupture has definite physical meanings, and it is universal regardless of the focal depth. Because the evolution of landmark earthquakes follows a deterministic rule described by the model, they are predictable. The results of this study lay a firm physical foundation for reliably predicting the occurrence of future landmark earthquakes in a seismic zone and can greatly improve our understanding of earthquake generation mechanism.     

大定源瞬变电磁一维自适应正则化反演

自适应正则化反演对初始模型要求较低,直接对瞬变电磁响应数据进行反演。正则化因子通过计算每次迭代的数据目标函数和模型目标函数自适应的得到,从而快速获得地下的地电结构。本文采用自适应正则化反演算法对大定源回线瞬变电磁一维层状模型进行反演,使用均匀半空间作为初始模型,首次采用模型对深度的二阶导数极小的模型约束,通过典型理论模型的反演计算,证明了TEM自适应正则化一维反演算法拟合效果好、精度高,由于不用反复搜索正则化因子,并且收敛速度快,体现了良好的稳定性和可靠性。     

低软化点防塌减阻剂研究及在复杂地层中的应用

为解决现有沥青类防塌剂软化点高及较低温度条件下润滑性差等问题,采用沥青及石油树脂等为主要原料,研制出软化点30℃~60℃可调的防塌减阻剂GFT。室内性能评价表明,GFT具有胶体稳定性好、软化点低、乳液粒径小及润滑能力强等特点,而且与冲洗液配伍性强,不会明显增加冲洗液的粘度,并能有效地降低冲洗液的滤失量。在淡水膨润土基浆中加入1%软化点为46℃的防塌减阻剂,基浆的润滑系数降低率达69%。经在山东及安徽等地多个复杂地层钻孔中现场应用,证明了防塌减阻剂GFT对松散破碎地层、见水易分散地层及硬碎地层具有良好的护壁效果,同时能较好地降低钻具扭矩及摩擦阻力。     

基于实际材料图的三维断层模型动态构建方法

三维地质模型是地质调查信息表达从传统二维平面向三维空间转变的一次重大突破。中国正在开展的三维地质填图作为国家的重要基础地质调查工作部署,将调查与研究相结合,在推动三维地质建模从研究走向实践具有重大意义。三维地质填图过程中如何准确、快速地构建三维断层模型是其中的关键点及难点。通过对数字填图过程不同阶段数据源的分析,详细分析了实际材料图建立断层数据以及与野外路线数据的关系映射规则,提出并实现了由线及面的断层模型构建方法。该方法强调断层模型构建与业务流程的一致性、动态性和快速性,构建模型的数据源始于野外第一手资料,充分利用填图业务过程中不同阶段数据的关联、约束与继承关系,能够满足在填图过程中根据地质认识的深入快速、动态地重构模型的要求,同时也可根据直观的三维断层模型时时验证地质连图的合理性。算法已在实际野外三维地质填图工作进行了多次实验,获得较好的成果。实验说明,基于实际材料图的三维断层模型构建方法与实际业务过程同步,具有操作便捷性,可直接应用于三维地质填图的实际工作要求。     

BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点

随着中国BeiDou系统与欧盟Galileo系统的出现以及俄罗斯GLONASS系统的恢复完善,过去单一的GPS导航卫星系统时代已经逐步过渡为多系统并存且相互兼容的全球性卫星导航系统(multi-constellation global navigation satellite systems,multi-GNSS)时代,多系统GNSS融合精密定位将成为未来GNSS精密定位技术的发展趋势。本文采用GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 4大卫星导航定位系统融合的精密单点定位(precise point positioning,PPP)实测数据,初步研究并分析了4系统融合PPP的定位性能。试验结果表明:在单系统观测几何构型不理想的区域,多系统融合能显著提高PPP的定位精度和收敛速度。4大系统融合的PPP收敛速度相对于单GNSS可提高30%~50%,定位精度可提高10%~30%,特别是对高程方向的贡献更为明显。此外,在卫星截止高度角大于30°的观测环境下,单系统由于可见卫星数不足导致无法连续定位,而多系统融合仍然可以获得PPP定位结果,尤其是水平方向具有较高的定位精度。这对于山区、城市以及遮挡严重的区域具有非常重要的应用价值。     

三维激光扫描技术在复杂地质隧道岩体信息获取中的优化

为了更高效、高精度地获取岩体结构面信息,借助三维激光扫描技术,提出并建立一种基于Kriging算子和最小二乘法组合的点云插值方法。首先对获取的隧道点云数据利用单一的最小二乘法进行插值,并以此为基础,结合Kriging算子的适应度函数建立组合插值模型。在利用三维激光扫描仪已获取的某岩溶隧道的原始点云数据的基础上,运用组合模型进行插值处理,以此获取岩体结构面信息,并将组合方法得到的结果与单一的插值方法进行对比,发现组合方法插值效果较好,误差也较小。基于Kriging算法和最小二乘法结合的插值方法,在利用三维激光扫描技术获取岩溶隧道岩体几何信息—结构面产状的过程中能更加精确、全面,并可以用于岩体稳定性评价。     

基于激光点云数据的古建筑BIM几何模型构建

针对古建筑BIM各种信息模型中几何模型构建的问题,提出应用三维激光点云数据和CloudWorx软件进行建模的方法。应用Cyclone软件对点云数据进行去噪、配准,按构件进行分割;应用CloudWorx软件进行模型的构建。研究古建筑的瓦片、柱体、梁、墙体、围栏等构件的建模方法,通过模型合并生成古建筑的整体几何模型。