华北克拉通的组成及其变质演化

华北克拉通早前寒武纪变质基底主要由五套不同类型的变质岩系组成。克拉通在形成过程中经历了多期构造活动、多期岩浆侵位、多期变质作用以及不同程度的混合岩化和深熔作用,岩石已遭受多次不同地质作用的叠加改造,因此华北克拉通具有复杂的演化历史。从太古宙到古元古代末的克拉通形成,华北克拉通主要经历了五期区域变质作用。鞍山地区的古—中太古代经历了角闪岩相变质作用改造,尚未获得变质年龄数据。但在TTG岩系中已获得3 560 Ma和3 000~3 300 Ma早期的变质年龄。河南鲁山太华杂岩的中太古代斜长角闪岩中获得2 776~2 792 Ma和2 671~2 651 Ma两期变质作用年龄信息,代表了新太古代早期的变质作用。新太古代麻粒岩-TTG岩系和新太古代花岗-绿岩系都经历了新太古代晚期—古元古代初的变质作用改造。在古元古代阶段,在华北克拉通北缘在1 965~1 900 Ma期间发生了中低压/高压麻粒岩相变质,局部发生超高温变质,这期变质作用与陆块间的俯冲碰撞及其后的地幔上涌有关。在古元古代晚期(1 890~1 800 Ma)在华北克拉通的中部及东部的胶—辽—吉带发生了高压麻粒岩相-角闪岩相的区域变质,代表了陆块间的碰撞拼合过程。不同变质岩系类型经历的变质作用反映了不同的构造背景。太古宙晚期大量的TTG岩系及呈面状分布的中/低压麻粒岩主要出露在华北克拉通的中北部,普遍具有逆时针的p-T轨迹,反映了地幔柱底板垫托的构造环境。新太古代的花岗-绿岩系在新太古代晚期—古元古代早期经历的变质作用多为顺时针的p-T演化轨迹,反映其发生可能与弧后+地幔柱联合作用的构造背景。古元古代晚期的两期变质作用多表现为高压麻粒岩相的顺时针p-T演化轨迹,反映了不同陆块(地块)之间碰撞拼合的过程,意味着类似显生宙的板块构造体制已经出现。     

构造物理模拟和PIV有限应变分析对构造裂缝预测的启示

油气储层中构造裂缝发育与有限应变状态关系密切,为了探索有限应变分析与构造裂缝预测的新技术方法,此次研究设计完成了一组单侧挤压收敛模型的物理模拟实验,并引入粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术对实验过程进行了定量化分析。实验模型在垂向上为含粘性层的多层结构,实验结果形成了一个肉眼可见的箱状褶皱。通过PIV技术可以获取实验模型变形演化过程中各阶段的位移场数据,计算出各阶段的增量应变,实现从初始状态到褶皱形成之后整个变形过程的有限应变分析,探讨构造裂缝成因机制和分布规律,进行定量化裂缝预测。挤压变形过程初期,应变分布范围很广,有限应变较弱(约4%~8%),在挤压方向上的线应变表现为弱压应变,在垂向上的线应变表现为弱张应变,这种现象是褶皱和断层产生前平行层缩短和层增厚的纯剪变形结果,也是区域型张裂缝和剪裂缝形成的主要机制。褶皱和断层即将发育之时至发育之后,应变局限在断层发育的剪切带及附近区域,有限应变表现为较强(达20%)的剪切应变和剪切张应变,是断层面附近简单剪切变形作用的结果,也是局部型剪裂缝和张剪裂缝形成的主要机制。     

原地栖息真菌Talaromyces flavus作用下不同粒径利蛇纹石的风化作用研究

主要研究了原地栖息真菌Talaromyces flavus作用下不同粒径的蛇纹石矿物粉末的风化作用。蛇纹石矿物粉末被筛分为不同粒度的4组(150~300、100~150、75~100和45~75μm)后进行真菌溶蚀实验,并使用p H计、ICP-OES、FTIR、XRD、SEM对反应产物进行了分析。结果表明,真菌作用显著加快了蛇纹石矿物的溶蚀,当蛇纹石矿物粒度降低到100μm左右时,Mg的溶出率从21.56%明显增加到35.91%。该现象可能与矿物比表面积的增大以及生物物理作用的增强有关。在此基础上粒径进一步减小并未使Mg溶出率明显提高,因此该粒径可以作为真菌对蛇纹石溶解工业化应用的最优粒径。扫描电镜观察与矿物相分析表明,反应过程中真菌分化产生的菌丝与矿物紧密接触,破坏了矿物的晶体结构,导致矿物相的改变。该研究结果可为相关菌种在浸矿等工业领域上的应用提供参考依据。     

纳米氧化物颗粒对水基钻井液润滑性能影响的试验研究

通过在水基钻井液中添加纳米氧化物颗粒,来改善其润滑性能。选用了Al2O3、TiO2及SiO2三种纳米氧化物颗粒作为钻井液改性添加剂,利用极压润滑仪及销盘摩擦磨损实验仪研究了添加不同种类和浓度纳米颗粒氧化物对水基钻井液的润滑性能及减摩效果的影响。结果表明,所添加的3种球形纳米颗粒均有润滑减阻减摩的效果,其中SiO2颗粒的钻井液的润滑性能、滤失性能以及减摩效果都是最好的。当纳米SiO2颗粒加量为0.4%时,滤失量最小,润滑系数降低率达到15.6%,摩擦系数降低率为32.0%,磨痕轨迹平滑,减摩效果最为明显。当纳米颗粒浓度超过0.5%时,减摩效果降低,磨盘脱层磨损明显。     

Underwater Navigation Based on Real-Time Simultaneous Sound Speed Profile Correction

Precise sound speed profile (SSP) information is critical when using sonar for underwater terrain navigation. Nevertheless, acquiring SSP information in real-time is difficult, especially in underwater navigation environment. To account for this problem, this paper presents an underwater navigation method that applies real-time SSP correction to the terrain measurements. The method uses a probe to measure the surface sound speed simultaneously. Meanwhile, redundancy of topographic measurement data is exploited to derive the equivalent SSP information. The acquired equivalent SSP is updated continuously with particle filter algorithm. The terrain measurements can be corrected in real-time with the equivalent SSP to improve the performance of underwater terrain navigation. By removing the impact of inaccurate SSP from the terrain measurements, the proposed method can achieve precise and robust underwater navigation result without using an underway-profiling instrument. Simulated results confirm the good performance of the proposed method.     

Effects of Mudstone Particle Content on Shear Strength of a Crushed Sandstone–Mudstone Particle Mixture

The present study focuses on the shear strength, deformation, and particle crushing of sand which is mixed by crushed sandstone and mudstone particles. Two triaxial tests—one for unsaturated specimens and the other for saturated specimens—were performed, along with sieve analysis tests. Results obtained from the triaxial tests indicate that, with the increment of the mudstone particle content by weight, the angle of internal friction decreases, the cohesion increases and then decreases, and both the initial angle of shearing resistance at the atmospheric pressure and decremental angle increase and then decrease. Compared to the unsaturated specimens, the deviator stress or normalized deviator stress of the saturated specimens at the same axial stress may decrease due to the wetting action. Thus, the shear strength of the tested materials may be reduced by the wetting action. Results of sieve analysis tests indicate that the mixing of some mudstone particles into the sandstone particle mixture may reduce the amount of particle crushing, but the wetting action may increase the amount. The amount of the crushed particle may arrive at a minimum of 40% of mudstone particle content by weight.     

青岛连三岛地区“荆山岩群”高压变质岩的变质时代和变质演化特征

青岛连三岛地区原划为古元古界荆山岩群中出露各类片岩、片麻岩。本文在前人研究的基础上,对连三岛地区出露的含榴黑云母斜长片麻岩、含榴云母片岩和含榴黑云母钾长片麻岩,进行详细的岩相学和矿物化学研究,确定其变质温压条件及其P-T演化轨迹,并采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得了3个样品的原岩时代和变质时代,为全面深入认识其变质属性提供了进一步的重要依据。根据岩相学和矿物化学成分可以识别出两期矿物组合:第一期(峰期变质阶段)为Grt1+Kfs+Aln+Ph+Qtz;第二期(退变质阶段)为Grt2+Pl+Ep+Bt+Qtz;依据多硅白云母Si压力计、锆石Ti温度计以及GB-GBPQ矿物温压计,确定其峰期变质和退变质的温压条件分别为T=600～817℃、P=2.4～2.6GPa和T=431～456℃、P=0.48～0.82GPa。结合白云母部分熔融现象,上述两个变质阶段构成了一个折返早期升温降压,后穿过多硅白云母熔融反应线,最后降温降压的顺时针型演化的P-T轨迹。CL图像显示3个样品的锆石均具有典型的岩浆核-变质边结构;结合LA-ICP-MS锆石原位微区U-Pb定年和微量元素分析,3个样品分别获得了769～756Ma、～223Ma和213～216Ma三组年龄,分别与苏鲁造山带其他高压-超高压变质岩的新元古代原岩时代(700～800Ma)、峰期变质时代(240～225Ma)和角闪岩相退变质时代(215～205Ma)一致。对样品含榴黑云母斜长片麻岩(17LSD-1)和含榴云母片岩(18LSD-2)进行锆石Hf同位素分析,获得样品17LSD-1的ε_(Hf)(t)=-23.2～2.8、t_(DM2)~C(Hf)=1712～2845Ma,表明其原岩主要来源于古元古代陆壳重熔;样品18LSD-2的ε_(Hf)(t)=-13.9～8.6、t_(DM2)~C(Hf)=1113～2358Ma,表明样品形成时壳源物质成分占主导地位,同时部分幔源或新生地壳物质的加入,导致少部分ε_(Hf)(t)偏正值。Hf同位素结果表明连三岛变质岩原岩的形成与扬子板块新太古代-早古元古代的陆壳重熔有关。对比前人的相关数据,无论是原岩时代、变质年龄还是变质演化特征,本文研究的连三岛地区片岩/片麻岩与苏鲁造山带的部分变质岩均具有相似的原岩属性和变质属性,因此推断其应归属为苏鲁超高压变质带的一部分,是三叠纪扬子板块向华北板块俯冲碰撞引发的高压-超高压变质事件的产物,不应再作为岩石地层单元划归为"荆山岩群"。     

基于颗粒识别分析系统的碎屑流堆积物颗粒识别和统计方法研究

碎屑流堆积物颗粒识别和统计是碎屑流灾害的研究重点。文章基于图像处理孔隙（颗粒）及裂隙图像识别与分析系统（PCAS）,以贵州纳雍普洒村崩塌-碎屑流为例,结合纳雍崩塌堆积物粒径实测结果,通过阐释识别过程中阈值、孔喉封闭半径、最小孔隙面积的参数意义,研究PCAS软件在碎屑流颗粒识别与统计中的应用,并提出了颗粒识别时这些参数的选取方法。分析结果表明:（1）PCAS能自动准确地识别碎屑流堆积物颗粒与孔隙,相比人工计数更精细,所识别堆积物各区小颗粒比重较大,0～2 m颗粒粒径各区占比都在50%以上;（2）当阈值为170（像素）时能获得精细的二值图像,颗粒与孔隙得到了准确地区分;（3）不同参数取值下获得堆积物颗粒粒径分布结果不同,碎屑流堆积物颗粒识别宜采用较大的孔喉封闭半径和较小孔隙面积,当二者比值为3/30（像素）时能更好地反应颗粒粒径分布情况;（4）PCAS具有较高的可行性,统计结果显示,各粒径含量变化趋势与人工统计相近,两种统计方法各粒径占比、分布规律基本吻合,说明利用PCAS可以实现对崩塌碎屑流颗粒粒径分布的高效便捷分析。     

基于非均质地层参数表征的颗粒流模型构建

非均质地层参数的获取与表征方法是浅层地质体改造的重要依据。基于非均质地层的地质建模,表征具有随机不确定性和模糊不确定性的土体表观参数和物理力学参数。利用 Weibull 分布统计描述局部地层信息,并应用Diamond-Square分形插值方法,结合差分盒子维计算非均质地层分形维数,进一步合理演算整体地层参数。采用PFC3D数值模拟软件,结合马尔科夫链蒙特卡洛方法采样数据,对非均质地层块石颗粒及土颗粒进行建模。通过非均质地层模拟结果,发现其破坏过程与应力应变曲线要比均质土体复杂得多,由于块石大颗粒的含量、分布特性对土样力学性质影响显著。本文建模方法有助于非均质地层参数表征研究。     

温室气体排放的环境库兹涅茨曲线检验与减排路径的冲击动态——基于黑龙江省统计核算数据

基于2001-2015年黑龙江省温室气体排放统计核算数据,对地区GDP与温室气体排放的环境库兹涅茨曲线关系检验呈现倒U型,预期2019年达到理论拐点;通过偏最小二乘回归模型得到4个减排路径的年平均减排效果顺序依次为单位GDP化石能源消费量减少、经济结构调整、人均GDP增长、贸易结构变化;减排路径对应脉冲响应函数的动态冲击效果分别为波动性增排、收敛性减排、发散性减排、转变的排放作用;推动黑龙江省温室气体减排的路径顺序为控制化石能源消费量、优化经济结构、发展低碳经济、调整贸易结构。