塔西台地寒武纪沉积环境演化与海陆耦合

碳酸盐岩台地作为陆地与深海间的过渡带,其沉积记录了海洋和邻近陆地的演化。结合已有的沉积学工作,对塔里木盆地西部台地寒武系碳酸盐岩进行全岩及酸不溶物地球化学研究。塔西台地寒武纪主要发育局限台地、局限-蒸发台地或蒸发台地相沉积。碳酸盐岩的地球化学特征主要受沉积环境和成岩作用影响,对研究区寒武系白云岩来说,其元素组成极易受沉积微相的控制,氧同位素组成则很可能已被成岩作用改造,仅原生、准同生白云岩的Sr/Ba、Fe/Mn和C同位素可反映沉积相演化对应的古盐度、离岸距离等沉积环境特征的变化,酸不溶物化学蚀变指数（CIA值）则指示邻近陆地的化学风化强度与气候特征。寒武纪时期,塔西台地在相对海平面较高时发育局限台地相沉积,以水体盐度较低、沉积环境离岸较远和生物活动相对较弱为特征,陆地化学风化强度适中,气候温暖湿润;在相对海平面较低时发育蒸发台地相沉积,具有水体盐度较高、沉积环境离岸较近和生物活动相对较强等特点,陆地化学风化强烈,气候炎热极端;在相对海平面适中时发育局限-蒸发台地,沉积环境和邻近陆地的特征介于前述二者之间。沉积相演化对应的较长周期的海陆演化可能主要受全球海平面升降及宏观气候变化控制,具体表现为相对海平面升降所导致的海相沉积环境的变化,以及气候变化引起的陆地化学风化强度的变化。寒武纪塔西台地所处区域的海洋-陆地演化具有高度耦合的特征。     

煤层气泡沫水泥浆固井工艺技术及现场应用

针对沁水盆地南部煤层气井储层压力低、易漏失、易坍塌的特点,开发了超低密度泡沫水泥浆体系及暂堵型前置液体系,并形成了泡沫水泥浆固井技术。泡沫水泥浆体系密度为1.10~1.20 g/cm3,具有良好的流动性能、无游离液、沉降稳定性好、API失水量小于50 mL/30 min、稠化时间合理、水泥石强度高等优点;暂堵型前置液体系具有良好的流变性能,对3号煤层具有良好的堵漏能力。根据钻井过程中出现的漏失情况、完钻后的钻井液返出情况及井壁稳定情况,从固井浆体的用量、顶替液的顶替排量等方面总结了泡沫水泥浆固井的配套工艺措施。在沁水盆地南部现场试验了4口井,取得了较好的效果。      

水-力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例,通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上,通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数,并建立了隧道三维有限元数值模型,分别对考虑水-力耦合效应、不考虑水-力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨,分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水-力耦合效应的影响程度,并提出了围岩破坏变形机制。结果表明:（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形,围岩应力可分为增长期（ < 20d）、调整期（20~60d）、稳定期（>60d）3个阶段,且整体应力水平较高,下台阶含水量大于上台阶,孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64.0kPa,内摩擦角为27.7°。（3）数值分析表明,隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显,这是由地下水流速场的改变引起的,水力坡降在衬砌面附近最为明显,渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形;考虑水-力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响,地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙,最终汇集于隧底;受开挖、地下水渗流的影响,围岩节理裂隙进一步扩张,成为地下水良好的运移通道;围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大,围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降,反过来,高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性,建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。     

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定水系沉积物中的铌钽锆铪

建立电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定水系沉积物中铌、钽、锆、铪四种元素的分析方法。将样品与氢氧化钠、过氧化钠混合物放入高温炉中,熔融分解完全,用热水提取,过滤后弃去滤液,将滤纸及沉淀用酒石酸-盐酸溶液溶解,稀释至刻度测定。方法检出限(3s)为:LD(Nb)=0.08μg/g,LD(Ta)=0.04μg/g,LD(Zr)=0.5μg/g,LD(Hf)=0.04μg/g,精密度(RSD%,n=6)为:0.84%~4.21%。该测定方法具有灵敏度高、精密度好、分析速度快、线性范围宽、操作性强等优势。采用该方法对国家一级标准物质进行测定表明,其结果与标准值吻合。此方法已在实际地质调查样品分析中得到应用。     

基于势流理论和OpenFOAM的耦合模型对多向不规则波浪的模拟

基于势流理论的数值水池可以快速计算波浪的传播及其对建筑物的作用,但是势流理论是基于波浪的无黏性假设的,而在工程中,通常需要在固体边界及波浪破碎的区域考虑黏性效应。针对基于求解Navier-Stokes方程的黏性水池计算量较大、速度较慢的缺点,采用耦合的方法模拟多向不规则波浪的传播,即在外域通过基于势流理论的数值水池产生多向不规则波浪,内域采用求解Navier-Stokes方程和流体体积法(VOF方法)对自由表面进行追踪,通过外域所提供的边界波浪,内域计算可以在较小区域进行计算,从而达到减少计算量、提高计算效率的目的。     

裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型

基于复合单元法建立了裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型。该模型前处理简便快捷,网格剖分不受限制,可依据裂隙的真实信息自动将其离散在单元内。其次,采用交叉迭代算法,对裂隙岩体的渗流场和温度场进行耦合分析,耦合算法不仅考虑了温度对流体运动黏度的影响,而且可计算裂隙中流体与相邻岩块间渗流-传热过程以及两者间的渗流量和热量交换。通过与已有近似解析解相比较,验证了复合单元耦合算法的可靠性。算例分析表明,渗流-传热耦合作用对裂隙岩体的渗流场和温度场均有一定的影响。分析了不同岩块热传导系数和裂隙开度对热能提取效率的影响,结果显示,岩块热传导系数越大、裂隙开度越大,低温流体从高温岩块中吸取的热能会较多,出口处流体温度下降得较快。     

土体三轴试验固结过程解析解

三轴试验是获取土体强度和应力变形特性的一个重要室内试验手段。三轴试验中,排水固结阶段试样的孔压消散及固结完成情况是非常重要的两个核心要素,它是进行后续剪切试验的基础和依据。基于等应变假设,推导了土体三轴剪切试验排水固结过程的解析解,以用于分析整个排水固结过程的孔压消散和固结完成程度。针对室内三轴固结排水(CD)试验,利用所推导的解析解对其排水固结过程的孔压和固结度进行了验算对比。结果表明,解析解计算得到的固结度和孔压消散曲线与室内三轴剪切试验的相应曲线吻合得较好,说明解析解可应用于三轴剪切试验排水固结过程分析。     

均生函数与BP神经网络耦合模拟预测模型(MGF-BP-I)的建立与应用

水文气候因子模拟预测对气候变化研究、农业墒情预报、生态环境改善、水资源合理开发利用等具有一定参考意义。均生函数、BP神经网络及其结合改进方式在模拟预测中各有优点,被广泛应用,但仍有进一步改进空间。针对MGF、MGF-OSR、MGF-OSR-BP等方法粗选因子集、粗选集组合筛选、收敛适应性、精度控制等可改进空间,进一步发挥均生函数和BP神经网络优势,建立了MGF-BP-I模拟预测模型。利用MGF-OSR、MGF-OSR-BP、MGF-BP-I对科尔沁沙地区域平均年降水进行了模拟预测。结果表明,建模期MGF-OSR-BP、MGF-BP-I拟合效果均较好,MGF-BP-I建模阶段最优模式精度优于MGF-OSR-BP,MGF-BP-I整体同时最优模式结果也非常好。检验期,MGF-BP-I检验阶段最优及整体同时最优两种模式拟合效果最好,相比其他模式精度有所提高。MGF-BP-I考虑更加全面,充分发挥了均生函数和BP神经网络优势,精度远高于MGF-OSR和MGF-OSR-BP,MGF-BP-I整体同时最优模式更符合实际应用,效果理想,可用于水文气候因子模拟预测。     

低固相冲洗液在赣南再里地区的应用研究

钻进过程中,孔壁的稳定性和冲洗液的渗漏是影响钻进效率和钻孔质量的重要因素。孔内情况越复杂,施工周期越长,对冲洗液性能的要求也越高。赣南再里地区施工区构造发育复杂,地层中存在大量的松散、胶结性差的砂岩以及高岭土、绿泥石等水敏性地层,钻探施工钻孔容易缩径,孔壁稳定性差,极易出现剥落、掉块、坍塌等现象,试验采用了低固相不分散冲洗液,取得了良好的钻进效果。     

固相吸附毒素跟踪技术(SPATT)在浙江南麂海域的应用

浙江南麂岛海域是我国近岸贝类的重点养殖区,近年来一直遭受脂溶性贝类毒素(lipophilic shellfish toxins,LSTs)的污染,威胁着人类健康。为了建立有效的食品安全预警方法,本研究利用固相吸附毒素跟踪技术(solid phase adsorption toxin tracking,SPATT)在该海域进行了为期一年的野外监测和LSTs毒素分析。结果表明:7种LSTs毒素在SPATT(DIAION?HP20)中被检出,分别是大田软海绵酸(okadaic acid,OA)、鳍藻毒素-1(dinophysistoxin-1,DTX-1)、虾夷扇贝毒素(yessotoxin,YTX)及其衍生物homo YTX、扇贝毒素-2(pectenotoxin-2,PTX-2)及其衍生物7-epi-PTX2sa和环亚胺毒素(gymnodimine,GYM);有8种毒素在厚壳贻贝(Mytilus galloprovincialis)中被检出,分别是OA、DTX1、homo YTX、PTX2、7-epi-PTX2sa、GYM、原多甲藻酸贝类毒素-3(azaspiracid-3,AZA-3)和虾夷扇贝毒素衍生物45-OH-homo YTX。整体而言,SPATT(HP20)中吸附的毒素种类与贝肉中监测出的毒素种类大体上一致,且两者间OA、DTX1和PTX2的浓度在时间上具有较好的相关性,可见SPATT(HP20)对这些LSTs毒素具有较高的灵敏度,有望作为水体中LSTs毒素的预警监测材料。南麂岛海域LSTs分布特征明显,夏季最高,其次是春秋季,冬季最低,其中2014年夏季贝肉中OA毒素含量高达77.19ng/g贝肉,超出国家限量标准(45ng/g贝肉)比例达11.76%,为浙江南麂海域贻贝的食用安全带来隐患。