古构造应力场数值模拟及危险性预测研究

在精确确定构造序列与构造格架的基础上,探索出一套从建立构造模型、确定边界条件、选取岩体力学参数与危险性判断准则、计算古构造应力值、预测危险区与安全岛的基本思路与方法。采用有限元法,建立了矿区平面应力与三维构造模型,从加载方式和加载大小两方面模拟历史时期作用于成庄煤矿上的古构造应力。根据地表岩体和深部煤层中的节理,计算其内摩擦角和岩体抵抗变形破坏的能力,获得了古构造应力作用下地表表层、3#煤层的临界区、危险区与安全区。结合研究区节理、断层、褶皱、陷落柱等构造形迹特征,对危险性分区进行综合预测。预测结果揭示,山西晋城成庄煤矿区存在先南北向、后东西向的两期大的古构造运动,即先东西向加载60 MPa,再南北向加载110～180 MPa,可能的危险区分东、西两带,该结论对煤层岩体应力集中带和瓦斯突出区的预测具有重要的意义。     

伊通盆地莫里青断陷地层压力演化与油气运聚

以伊通盆地莫里青断陷现今压力场特征及单井超压演化历史的研究为基础,应用2D盆地模拟方法,对伊通盆地莫里青断陷地层压力演化进行了模拟恢复,并探讨了压力演化与构造运动及油气运聚的关系。研究结果表明：莫里青断陷地层压力演化明显经历了始新世早-中期(57.8～39 Ma)、中始新世-晚渐新世(39～23.7 Ma)、晚渐新世-现今(23.7～0 Ma)3个“增压-泄压”旋回,现今地层压力基本为常压,仅靠山凹陷底部发育弱超压;压力演化的旋回性主要受控于构造运动的旋回性;地层压力演化对油气运聚具有重要的影响作用,超压释放期油气运聚活跃,断裂是超压释放与油气运移的主要通道,与断裂输导体系有关的区带为有利的油气勘探对象。     

松辽盆地火山岩储层三维可视化描述

以松辽盆地升平地区作为目标区,优选出Petrel软件。首先利用构造层面及断层数据建立了构造模型和断层模型,然后通过确定性建模和随机建模结合的方法,同时结合断层和构造模型建立了该区火山岩相三维地质模型,在三维空间上详细刻画了典型火山岩体的岩相特征和在三度空间的变化规律,实现了对营城组升平地区复杂构造目标区火山岩储层的三维可视化动态表述和展示。通过三维构造模型可以看出,工区西北部及南部缺失营城组地层,其内部发育由两个构造高点所构成的穹窿构造,该构造以-2 810 m等深线圈闭,构造面积32.45 km²,构造高点海拔为-2 660.5 m,构造幅度150.5 m,断层多为南北向展布,长度一般为2～5 km,断距一般为8～30 m。     

油气运移聚集定量化模拟

动态再现油气运移聚集过程的难点在于运移聚集模型的建立.传统的基于达西定律的油气运聚模拟有其局限性, 而采用流线模拟模型, 基于浮力驱动, 跟踪计算油气运移轨迹流线, 并将关于油气运聚的一些公认的地质模型转化成定量化的数学模型, 体现在模拟中, 实现了油气在非均匀介质中的充注动态过程模拟.基于此模拟结果, 可进行区带资源评价, 同时为地质家解释油气运移主通道提供一个可视化的直观的分析工具.实际模拟计算表明, 该定量化模型合理可靠, 能够满足实际地质分析需要.      

多层支撑深基坑变形数值模拟正交试验设计研究

分析了多层支撑深基坑设计中的多个参数,对诸如挡墙和支撑的刚度指标等参数选取进行了分析。对深开挖进行了多因素多水平的有限元数值模拟,在此基础上进行了支撑刚度、位移柔度数、土体变性及强度参数等5因素的4水平正交试验设计,得出了深开挖中的各个参数对多层支撑深开挖变形的影响程度和各个参数的灵敏度。分析结果表明,墙体的位移柔度数是控制基坑开挖变形的主要参数,其他的参数诸如土体的弹性模量等对基坑变形的影响较小。     

三维地形大地电磁场的边界元模拟方法

提出了一种用边界元法计算大地电磁场三维地形影响的数值模拟方法.首先用矢量积分理论和电磁场边界条件, 将上半空间(空气)和下半空间(地下介质)两个区域电磁场边值问题变为仅对地形界面的两个矢量面积分方程, 其中一个计算磁场, 称磁场方程; 另一个计算电场, 称电场方程.然后将对地形界面的积分剖分为一系列的三角单元积分.在三角单元积分中, 假设单元中电磁场为水平均匀大地空间电磁场与地形影响的迭加, 并假设地形影响为常项, 这样既保证了计算精度又使得计算方法简便.通过分解和计算, 每一个矢量面积分方程分解为对应3个坐标方向的3个常量线性方程, 这些线性方程组成了对角占优的线性方程组, 可用SSOR方法求解.文中给出了2个三维地形上大地电磁视电阻率曲线的计算结果.      

不同水资源情景下干旱区未来土地利用/覆盖变化模拟——以黑河中上游张掖市为例

应用回归分析方法确定对研究区土地利用/覆盖变化有重要贡献的10种驱动因子,用线性规划方法确定模型输入文件中模拟期间每年的各种土地利用类型面积.用ArcView空间分析的方法建立驱动力文件,利用SPSS13.0软件分析每种驱动力的权重(β值),建立Logistic方程,并将其作为模型输入文件.建立可利用水资源总量分别为18.0×10⁸m³,26.5×10⁸m³,35.0×10⁸m³的3种情景假设,应用CLUE-S模型模拟张掖市2001-2020年土地利用/覆盖变化变化.模拟结果显示:1)三种情景下,耕地的面积都在减少,耕地面积的减少量与可利用水资源总量呈负相关;2)林草地面积在3种情景下均增加,林草地面积的变化与可利用水资源总量呈正相关;3)在3种情景假设下,水域面积的变化都不明显;4)城镇用地面积变化与水量也呈正相关;5)未利用地面积持续减少.     

埋藏型岩溶地下水源地的三维数值模拟——以天津市宁河北岩溶地下水源地为例

根据宁河北岩溶地下水源地已有的水文地质勘查成果和大型抽水试验资料,对研究区水文地质条件进行概化,建立地下水流三维非稳定流数学模型并进行数值计算,对开采性抽水试验的地下水位变化过程进行模拟。结果表明,该模型可以刻画埋藏型水源地地下水流场的变化过程,用它对规划的水源地三种开采方案的开采动态进行预测计算也取得了良好的效果。模拟计算中将开采条件下浅层第四系含水层对深层奥陶系灰岩含水层的越流补给处理为边界条件,可以刻画埋藏型水源地在开采条件下获得的补给增量。      

数字图像处理技术在隧道掌子面的应用

在隧道施工过程中,为了解开挖方量以及隧道前方的地质构造等信息,有必要对掌子面图像进行分析。传统分析中大多数以人工素描为主,效果因人而异。为了克服传统方法的局限,将图形、图像处理及三维建模技术引入对掌子面图像的处理中,建立隧道掌子面地质图像画像系统,对一系列跟踪拍摄的掌子面图像进行处理,自动提取出掌子面上不同岩层的边界,获取岩层的特征信息,以此对围岩分级。根据相邻掌子面上岩层目标的对应关系,建立起隧道的三维模型,为隧道施工提供必要的参考信息。     

Effects of water extraction in a vulnerable phreatic aquifer: Consequences for groundwater contamination by pesticides, Sint-Jansteen area, The Netherlands

Pesticides are a potential threat to the quality of extracted groundwater when the water-supply area is used for agricultural activities. This problem is discussed for the water-supply area of Sint-Jansteen, The Netherlands, where measured pesticide concentrations in the extracted water regularly exceed EU limits (0.1 μg/L). Groundwater samples taken from the aquifer within the water-supply area show low contamination, but samples taken from the extracted water occasionally contain pesticides, making the water inadequate for drinking-water purposes. The more intense contamination of the extracted water is caused by the change in the natural groundwater flow pattern near the extraction wells. In this area, pesticide use cannot be avoided easily, and an approach is given to differentiate pesticide use in the area according to expected travel time toward the wells and the chemical characteristics of the pesticides. A groundwater flow model for the area is developed and the effects of groundwater extraction on the natural flow pattern are evaluated. Using particle tracking, the travel-time zones are determined. Combining these results and the degradation behavior of certain pesticides led to an optimal scheme to integrate agricultural activities and groundwater extraction in the area. This is illustrated for five different types of pesticides (atrazine, simazine, bentazone, MCPA, and mecoprop). Received, October 1998/Revised, July 1999, September 1999/Accepted, November 1999