基于分布式光纤传感技术的采动覆岩变形监测

采用基于布里渊背向散射的分布式光纤传感技术（BOTDR）,监测煤层采动过程中覆岩的变形情况。以淮南矿区某工作面为例,在煤层开采之前,通过钻孔安装工艺将分布式传感光缆植入到覆岩中,然后进行封孔注浆,使传感光缆与围岩变形协调。随着工作面的逐步推进,通过获取和分析传感光缆的应变分布特征及其动态变化过程,得到了煤层采动过程中覆岩的变形及破坏状态。最大拉应变位于孔深5m处,应变量是8350με;最大压应变位于孔深37m,应变量约为-550με。光缆应变与地层具有很好的对应关系,在岩性相对较软的地层（如泥岩）中,拉应变值相对较大,而在岩性相对较硬的地层（如砂岩）中,应变量较小且多为压应变。根据光缆的应变分布得到的沿钻孔方向地层的最大变形量为34mm,巷道围岩松动圈范围约为6m。研究结果表明,BOTDR分布式光纤传感技术能够准确地获取覆岩的变形分布及其变化情况,该技术的应用可以为深部煤层的安全高效开采提供可靠的依据。     

四川盆地及周缘下古生界页岩气深埋藏-强改造独特地质作用

四川盆地位于特提斯-喜马拉雅构造域和滨太平洋构造域的交接转换部位,盆地及其周缘海相、海陆过渡相富有机质页岩经历了多旋回构造体系下的深埋藏(高演化)、强隆升、强剥蚀和强变形,强改造作用过程。这是我国南方中上扬子地区页岩与北美页岩气产层在地质特征和演化上的最大不同。晚白垩世以来四川盆地多阶段性隆升过程致使地表普遍具有1 000~4 000m剥蚀厚度。地表差异性剥蚀幅度与陆相地层沉积厚度共同控制着其下伏地层的古埋深。四川盆地及其周缘下志留统龙马溪组底界和下寒武统牛蹄塘组底界古埋深分别大于6 500m和9 000m,等深线总体呈NE-SW展布,且二者底界埋深均具有由北东向南西逐渐减小的趋势。龙马溪组底界古埋深最浅处位于盆地南缘宜宾南绥江地区(约6 000m),最大埋深处为川北地区(约9 000m),古埋深分别向盆地东南缘和北缘明显加深,且盆地中央具有明显的NE-SW向展布低值或浅埋深带,即绥江—宜宾—泸州地区和达州—巴中地区。牛蹄塘组底界古埋深特征与现今埋深特征总体相似,最大埋深处位于川西-川北前陆盆地(古埋深大于11 000m);最小古埋深处位于川中—川西南宜宾—自贡—遂宁一带(古埋深小于8 000m)。四川盆地及其周缘下古生界页岩深埋藏与其高演化具有密切相关性。下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组黑色页岩热成熟度Ro值普遍大于2.4%和2.8%,与其古埋深相似均具有由盆地北东向南西逐渐减小的趋势。强隆升、强剥蚀和强变形作用致使下古生界页岩经历强改造作用,具有动态的应力-应变、温度和压力变化特征,及其保存条件有效性的动态调整。四川盆地及其周缘现今钻探成果揭示差异性埋藏-隆升剥蚀-构造变形作用对下古生界页岩气富集与分布具有较大的控制作用。因此,我国南方中上扬子地区下古生界页岩气地质研究,不仅与北美一样,研究常规油气的优质烃源岩如何转化为非常规页岩气的优质储层,而且还须探讨在强改造作用下页岩气优质储层如何才能成为具商业价值的页岩气产层。     

龙门山中、新生界软沉积物变形及构造演化

龙门山是由三条主要断裂组成的山体。汶川—茂县断裂,也称后山断裂,构成龙门山的西部边界;映秀—北川断裂为龙门山的中央断裂;灌县—安县断裂为龙门山的东部边界,也称前山断裂。龙门山断裂带以东为始自晚三叠世末的不同时期的前陆盆地。前陆盆地中从晚三叠世至2008年5月12日汶川地震(MS8.0),在不同年代地层中均有丰富的软沉积物变形构造(SSDS)记录,包括液化变形、重力作用变形、水塑性变形及其他相关的变形。这些变形层的地点紧邻龙门山的三条断裂,这些断裂在不同时期的活动诱发不同时期的强地震,导致当时尚未固结的沉积物变形(震积岩)。上三叠统小塘子组的软沉积的变形构造有液化角砾岩、液化滴状体、液化底辟、触变底辟、卷曲变形、拉伸布丁、负载、球-枕构造、枕状层及粒序断层等。侏罗系、白垩系主要为粗粒沉积物,除少数层位发现有液化变形外,主要的软沉积变形类型为各种形态、大尺度的砾岩负载构造。古近系为湖相沉积,沉积物粒度较细,软沉积物变形又出现大量液化变形构造,如液化混插、液化角砾岩等。2008年5月12日汶川地震(MS8.0)诱发大规模地表以下沙层液化,形成一系列液化变形构造与微地貌:液化沙堆、液化席状沙、沙火山、液化丘、坑状地形与混杂堆积。应用龙门山反射地震成果、古地震记录,结合区域构造可以给出龙门山断裂带发生的时间顺序与地震造山时期:(1)松潘—甘孜造山带与扬子板块的碰撞发生于晚三叠世早期,二者的边界即现在的汶川—茂县断裂;汶川—茂县断裂于晚三叠世末逆冲推覆造山,三叠纪末龙门山地区的山地可称松潘-甘孜山,在其东侧形成前陆盆地;晚三叠世印支造山旋回的大陆动力作用是龙门山诞生与孕育的阶段。(2)映秀—北川断裂与灌县—安县断裂的逆冲活动时间为侏罗纪—早白垩世,形成高山与前陆盆地。(3)早白垩世的龙门山已是一个由三条逆冲断裂组成的断裂带山体,可称古龙门山,山高约3 500m。(4)三条断裂在古近纪的活动诱发古近系软沉积物变形,但断裂未发生逆冲推覆造山,沉积物为湖相细粒沉积,古近纪是一个地震活动期,但不是造山的阶段。(5)中生代龙门山经历了多次瞬时地震造山与平静期山脉剥蚀降低的过程,现在的龙门山是晚新生代期间多次地震瞬时造山的产物。与众多的龙门山地学研究者不同,本文系采用另一种思维——软沉积物变形构造,即通过古地震途径讨论龙门山地区的构造演化。     

医巫闾山地区早白垩世同伸展花岗岩就位机制

石山岩体形成的时间约为124Ma,是医巫闾山地区早白垩世NWW向伸展变形的同构造花岗岩体。花岗岩的主量、微量元素含量表现出埃达克质岩浆的特点,SiO 2、Al2O3及碱性组分含量较高,而Fe2OT3和MgO含量较低,岩浆锆石εHf(t)值=-26.7~-20.3、tDM2=2.0~2.3Ga,表明岩浆来源于华北陆块加厚下地壳的部分熔融。通过对围岩变形组构与岩体中岩浆组构的分析,可将石山岩体的就位过程划分为三个阶段。在岩浆底劈、膨胀作用和围岩伸展滑移的共同影响下,石山岩体最终形成了主体呈近圆形、西部发育两个岩墙的形态。岩浆就位过程与围岩变形组构的相互关系,表明中、浅部地壳的伸展变形可以控制岩浆的就位过程和最终形态,但与下地壳部分熔融的关系不大,岩石圈减薄及区域伸展应力场是下地壳发生部分熔融的诱因。     

城市生活垃圾卫生填埋场沉降变形分析

城市生活垃圾填埋场地基沉降和垃圾堆体沉降受到的影响因素多,现行规范的计算方法直接采用与实际相差较大,为减少不均匀沉降对垃圾防渗层的影响、准确确定垃圾储量和保证垃圾堆体的稳定,开展垃圾填埋场沉降研究具有重要意义。垃圾填埋场沉降变形包括地基沉降和垃圾堆体沉降,垃圾堆体沉降又分为主沉降和次沉降,主沉降完成时间短于次沉降。通过对陕西省宝鸡市垃圾填埋场地基土进行沉降计算,最大沉降差超过100 mm,对垃圾防渗层不利影响较大;而对垃圾堆体沉降计算,修正后的计算值与沉降观测值非常接近。考虑不同地区地层差异和垃圾成分差异,积累沉降观测资料具有重要意义。     

皂角沱崩塌形成机制数值模拟

以位于"5·12"汶川大地震震中区的皂角沱崩塌为研究对象,通过对崩塌所处的自然地理、工程地质环境进行野外调查,分析崩塌的发育特征;采用不连续变形分析软件DDA,对坡体失稳崩塌的全过程进行模拟研究。结果表明,斜坡地形放大效应在震中区是客观存在的,具倾向坡外的陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波具有明显的放大作用。该坡体崩塌失稳模式为:峰值加速度放大→增加的振幅迫使岩体沿陡倾坡外的控制性结构面迅速拉裂→沿滑动面发生崩滑→高速脱离滑源区→巨大的势能和动能驱动块体做长距离运动。通过数值模拟可知,随着斜坡坡高的增大,地震加速度和速度无论是在水平向,还是在竖直向均存在放大效应,但是水平向的放大效应较竖直向更明显;结构面监测点的加速度和速度放大系数相比稳定的坡体要大得多,地震袭来,当遇到陡倾坡外的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终危岩体沿控制性结构面发生崩滑破坏。     

桩锚支护深基坑施工过程变形特征分析

以济南市某大型深基坑工程为依托,通过FLAC3D对深基坑工程不同施工阶段的变形特性进行了数值计算分析;桩锚支护深基坑,地表最大竖向变行产生在距离基坑边缘10 m位置处,且最大竖向变形量为46.16 mm;最大水平位移发生在桩顶冠梁位置处,最大水平位移为53.45 mm,是基坑支护最薄弱环节,基坑呈现三角形状向内侧滑动的趋势。     

阿尔金北缘岩石变形机制——来自X光组构分析的证据

对阿尔金北缘地区变形蚀变花岗岩、花岗质糜棱岩、变形酸性火山岩和变形英安质凝灰岩中石英和绢云母2种矿物进行X光岩石组构分析,认为本区岩石变形比较明显,宏观面理近于东西向展布,绢云母变形较强,平行于面理定向排列;而石英以底面或近底面滑移为主,部分样品兼有柱面Ⅰ型滑移和柱面Ⅱ型滑移,反映本区岩石变形机制为中浅层次的脆-韧性变形(10~15km、250~350℃、0.25~0.40GPa)。通过岩石组构特征与宏观面理产状,推断本区韧性变形以右行运动为主,与板块碰撞在阿尔金北缘大平沟地区产生的韧性变形带特征一致。     

鄂尔多斯盆地南部地区延长组深水沉积构造特征及地质意义

鄂尔多斯盆地南部地区上三叠统延长组长7段发育有典型的重力流沉积。对野外露头剖面进行大量调查研究,发现研究区重力流沉积发育丰富的沉积构造,底层面构造、软沉积变形构造是主要的两种类型。这种深水沉积构造组合能够很好地揭示研究区广泛发育的一定坡度背景下深水重力流沉积体系。滑移-滑塌沉积、砂质碎屑流沉积、浊流沉积是研究区发育最为广泛的深水重力流沉积类型,滑移-滑塌及软沉积变形构造为触发机制沉积响应,底层面构造为砂质碎屑流沉积及浊流沉积响应。综合分析研究区地层发育的大量凝灰岩夹层、深水泥岩中发育的植物碎屑、深水砂岩中发育的大量浅黄色泥砾等沉积特征,认为地震、火山喷发及季节性洪水为研究区深水重力流沉积最有利的触发因素。     

H Odé剪切变形理论在纳米尺度的表象

通常认为岩石是被剪破或张裂的,那么,为何我们能寻觅到位于同压力垂直方向的破裂构造呢?H Odé剪切变形理论给出一个精辟的回答:在塑性或粘-弹性变形中,由于介质的分异作用,存在一个从屈服条件中获得的速度不连续性,这样,其介质就能沿着等速的特征面剪切滑移.该理论亦称为塑性剪切作用准则,之前是从宏观-直观力学表象予以验证,如构造挤压带的破裂面、正压力下Griffith裂隙端点裂开和垂直压力下的碎裂流动等.进而,我们对花岗岩标本实施高温/高压实验,并取其位于轴压垂直方向裂隙的薄壳表层做扫描电镜观测.然后把从其表层观察的具有H Odé力学表象的微纳米现象,同一般剪切作用的屈服效应结构,从3个方面相比较鉴别.（1）粘-弹性变形:高温-高压的实验样品更容易产生塑性压缩容积流动,不仅具粘性也具弹性变形,随之,样品可展现纳米涂层作用和纳米分层作用.（2）纳米尺度结构:纳米尺度颗粒能成为单一纳米粒-纳米线-纳米层结构,且复体的纳米粒可细分成粒状的、线状的和片粒状的结构等.（3）有序组构:尽管H Odé破裂的粒化流动和纹理流动的优选方位,同普通剪切作用相比,处于弱势范畴,然而综合分析观之,这两者的屈服特征是完全一致的.反之,我们应用H Odé剪切理论去研究一些非常规的变形现象,必能拓展纳米地质学的研讨范畴和认知能力.