高原湖泊溶解有机质的三维荧光光谱特性初步研究

提要近年来,荧光光谱技术被广泛应用于研究天然水体中溶解有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)的物理化学特性。为了理解高原湖泊中DOM的组成、荧光光谱特性及其在湖泊水体中的垂直分布情况,作者利用荧光发射光谱、三维荧光光谱研究云贵高原湖泊红枫湖和百花湖中的DOM。结果显示,高原湖泊DOM主要表现为类富里酸荧光,包括可见区和紫外区两种类型的荧光峰,各种天然水体中都有报道的类蛋白荧光在红枫湖DOM中并不明显,而在百花湖DOM中则有较强的类蛋白荧光。溶解有机质所含三种类型荧光峰(PeakA:紫外区类富里酸荧光峰;PeakB:可见区类富里酸荧光峰;PeakC:类蛋白荧光峰)的荧光强度与溶解有机碳之间没有明显的线性相关关系,可能与高原湖泊水体pH值、DOM在湖泊不同深度由于受到光降解、微生物降解等作用存在差异等因素有关。与有机质结构和成熟度有关的荧光峰比值r(A,C)在1.40—2.09范围内,红枫湖南湖、百花湖DOM样品的r(A,C)值随着水体深度有下降的趋势,而红枫湖北湖DOM的r(A,C)值则随着水体深度有较大起伏,揭示了高原湖泊水体中DOM的结构以及分布情况存在差异。另外,r(A,C)值与pH之间具有良好的正相关关系,其相关系数红枫湖南湖DOM为0.95,百花湖两个采样点DOM分别为0.67、0.75,而红枫湖北湖DOM则显示出一定的负相关性(R2=0.45)。     

基于3DDelaunay剖分算法的重力建模与分析

地质体的重力建模是正确解释和应用重力资料的关键问题之一.针对非规则形状变密度的三度体,本文提出了基于3D Delaunay剖分算法的重力建模方法.采用3D Delaunay剖分算法将三维目标地质体分解为若干变密度四面体体元,推导了基于四面体体元的重力正演公式,建立了剩余密度值与重力异常值的线性方程组;以变密度的长方体和倾斜台阶组合体为例,比较分析了常规块体算法和3D Delaunay剖分算法应用于重力正演的有效性,并采用共轭梯度法加密度约束条件对非规则形状变密度的倾斜台阶组合体进行了密度反演.计算结果验证了本文方法的正确性和有效性.基于3D Delaunay剖分算法的重力建模可应用于存在褶皱、断层、裂缝等复杂地质体的重力正反演计算.     

2017年精河MS6.6地震邻区构造应力场特征与发震断层性质的厘定

2017年8月9日新疆精河发生M_S6.6地震,深入了解该地震的构造应力背景及其所破裂断层的活动特性对理解其孕震过程及震后的地震危险性估计十分重要.本研究自GCMT目录收集了2017年8月9日新疆精河M_S6.6地震震中及其邻区的253个震源机制解,应用MSATSI软件反演了该地震及其邻区的应力场.反演结果显示,西北区域应力场的最大主压应力轴的方位从西到东呈现出NNW-NS-NNE的渐变过程,东南区域应力场最大主压应力轴的方位稳定于NNE向,倾角都较小;最大主张应力轴都基本沿东西向,倾角相对较大;西北区域较大的R值显示出区域应力场主要受近NS向水平挤压作用,中部挤压分量相对较大,西部和东部挤压分量相对较小.根据所反演的区域构造应力场,结合发震的库松木契克山前断裂的地质调查参数,估算该断裂的理论滑动角为137.7°,误差为21.3°,验证了地质上得到的库松木契克山前断裂的逆冲兼右旋走滑性质.判断该断裂滑动性质的另一种方法是通过发生在该断裂上地震的震源机制验证.本研究首先计算了发生在库松木契克山前断裂不同机构给出的震源机制节面在所反演的局部应力场作用下的理论滑动角,发现理论滑动角与实际地震震源机制滑动角相差很小,验证了反演的局部应力场的正确性;而后计算了局部应力场作用下的库松木契克山前断裂上的理论震源机制与实际发生地震震源机制的三维空间旋转角,发现两者在给定的误差范围内是一致的.本研究自地球物理角度确证了库松木契克山前断裂的滑动性质,为该地区的地震孕育环境、地震活动性和地球动力学研究提供了基础.

     

三维激发极化法反演研究及其在金属矿勘探中的应用

激发极化法在金属矿、硫化矿等资源勘探方面应用较广.随着勘探设备与计算机硬件的发展,所采集到的数据具有观测数据量大、布极方式多样等特点.针对实测数据的特点,我们研究完成了基于并行技术的激发极化法对数反演算法,该算法具有如下特点：（1）通过压缩存储技术和并行技术的集成实现了可以处理大数据特征的反演算法;（2）利用对数反演来约束每次计算得到新模型的电导率恒为正,充电率在0到1之间变化,从而保证反演的稳定性和可靠性.本文首先设计了两组对比模型进行试验,通过对不同区块数据采用不同加权的方式来减弱噪声对反演结果影响的效果;其次,采用并行技术提高了反演的计算速度,并利用理论模型分析了不同电极装置对反演分辨率的影响.最后,在甘肃某金属矿开发前景区利用激发极化法开展了中梯装置的采集工作,利用加权后的观测数据反演推断出了测区金属矿开发靶区的大致位置及分布特征.

     

瞬变电磁场有限差分与数字滤波双模型三维正演方法

瞬变电磁场数字滤波算法计算时间短,精度高,但难以实现三维正演计算;有限差分算法可以实现三维正演计算,但计算时间长,当模型网格剖分数量不足时计算精度较低.结合三维有限差分正演算法和一维数字滤波正演算法各自优势,提出双模型三维正演方法,可以减少计算时间,提高计算精度.首先,给出了瞬变电磁场三维有限差分正演算法和一维数字滤波正演算法.然后,通过理论分析和公式推导,提出了通过三维有限差分正演算法计算异常场,通过一维数字滤波算法计算背景场,然后叠加得到总场的双模型方法,并给出了具体计算公式和流程.最后,建立了经典的Newman均匀介质含低阻长方体模型,以及Commer层状介质含垂直接触带模型,分别采用双模型方法和常规三维有限差分算法进行了正演计算,对计算结果进行了对比分析.结果表明:在相同模型网格数量条件下双模型方法计算精度显著高于常规三维有限差分算法;双模型方法可以通过较少的模型网格数量取得高精度的计算结果,从而可以在保证计算精度的前提下显著提高计算效率.     

堆载下被动桩与土体相互作用的FLAC三维分析

被动桩问题是近年来岩土工程领域的一个研究热点,但是对于堆载下桩、土之间复杂的相互作用一直缺乏系统的三维分析。本文采用FLAC3D建立了有限差分模型,对单排桩三维工作性状进行分析,重点研究堆载条件、桩身刚度及土层分布对桩身位移和桩侧土压力的影响情况,并籍此对软土地基的桩、土共同作用机理加以阐述,得出一些有益结论。分析表明,软土地基中桩侧土压力的分布可简化为线性模式,本文对此进行了线性拟合。     

基于双金属球三维电场探空仪的一次雷暴云内电荷结构观测研究

本文自主研制性能稳定的双金属球三维电场探空仪,并结合气象探空仪等构建了雷暴电场-气象综合探空系统,实现了雷暴云内三维电场及温度、湿度的同步测量.2019年夏季对华北平原地区雷暴开展穿云观测,并结合地面大气电场、雷达回波、变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)反演的动力场等资料进行综合研究,首次给出该地区雷暴云内的电场和电荷结构分布特征.对2019年8月7日发生的一次中尺度对流系统电场探空发现,在雷暴减弱阶段,其弱回波区内存在5个极性交替的电荷区：4.4~5.6 km之间的上部正电荷区(0℃附近)、3.6~4.4 km之间的中部负电荷区和1.0~3.6 km之间的下部正电荷区,此外在1 km下方有一个负极性电荷区,雷暴云顶附近5.7~6.9 km之间为一个弱负极性屏蔽电荷区.其中,中部负电荷区和下部正电荷区由多个不同强度、不同厚度的电荷层构成.此外,电场探空系统在中部负电荷区高度范围内经历的上升—下沉—再次上升的往返探空数据表明,雷暴云内动力环境复杂,电荷结构分布相似但又有所差异,反映了实际雷暴云内电荷分布的时空不均匀性和复杂性.

     

裂缝-孔隙介质储层渗透率表征及其影响因素分析

含裂缝多孔介质渗透率预测是非常规油气资源勘探开发的一个紧迫问题.现有多孔介质岩石物理模型通常利用圆形孔管模拟宏观岩石孔隙空间,难以定量描述软孔隙/裂缝在压力作用下的闭合情况,缺乏裂缝/孔隙间流量交换的连通机制.本文提出含三维裂缝/软孔隙网络多孔介质模型,将储层岩石裂缝/软孔隙表示为椭圆截面微管,建立了周期性压力作用下微观裂缝流量表达式,通过网络模型和流量守恒条件,得到含有三维裂缝/软孔隙网络的多孔介质渗透率计算方法.数值算例表明,预测结果与实验数据分布范围吻合很好,能够给出不同类型岩心对应孔隙纵横比的分布图.三维裂缝/软孔隙网络模型建立了宏观可观测量与裂缝参数之间关系,能够定量分析岩石渗透率随裂缝体密度、纵横比、孔隙流体类型和围压等因素的变化规律,为复杂条件下储层渗透率预测提供了一种有效方法.

     

内蒙古双尖子山矿集区三维电性结构及成矿意义

双尖子山矿集区作为中国北方东部大型的银铅锌多金属矿集区,具有多期叠加成矿的特征.为了揭示双尖子山矿集区2000 m以浅成矿要素的空间展布,本文基于有限内存拟牛顿法(L-BFGS)对覆盖矿集区的 6 条可控源音频大地电磁测深数据进行含源三维反演,获得了双尖子山矿集区2000 m以浅三维精细电性结构.结合重磁、区域地质、钻...     

桩筏基础变形分析简化程序DRAB的扩充

桩筏基础变形分析简化程序PRAB采用了以下混合模型。柔性筏、桩和土体分别被模型化为薄板、弹性梁和弹簧。将其扩充到能够考虑土体有限深度的影响。对设置在有限深度的均质土体中的桩筏基础和群桩基础的变形,采用PRAB和三维有限元法分别进行了分析,两种计算方法的结果非常吻合。结果表明,与群桩相比,桩筏基础中桩体所受的力和变形都相对较小。因而仅讨论了采用线弹性模型的情况,非线性模型也可以扩充到PRAB程序中去。