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。     

滑坡碎屑化运动物理模型相似材料特性研究

高速远程滑坡物理模型试验中,岩石相似材料的选择是模型试验成功的关键,然而目前滑坡相似材料强度高、难以在缩尺试验中模拟滑坡破碎过程。以重晶石、石英砂为骨料,石膏为胶结剂,羧甲基纤维素钠、甘油、水作为辅助材料,进行可破碎岩石相似材料的配比试验。采用控制变量法研究重晶石与石英砂比例（重石比）、骨料与胶结物比例（骨胶比）、羧甲基纤维素钠含量、拌合水量、甘油含量对相似材料物理力学性质的影响。试验结果表明:所有配比情况下各相似材料物理力学参数的范围分别为单轴抗压强度为0.12～1.47 MPa,弹性模量为25.51～148.12 MPa,黏聚力为1.63～87.39 kPa,内摩擦角为22.70°～35.89°,脆性指标主要分布在0.033～0.145之间;重石比主要控制岩石相似材料的内摩擦角;骨胶比减小,对应的黏聚力和内摩擦角先增大后减小;羧甲基纤维素钠对材料的单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力等材料的力学特性以及材料的脆性指标影响均比较大,其中对单轴抗压强度的影响最大。因此,控制羧甲基纤维素钠和拌合水量的含量,并合理调节重石比与骨胶比,在相似比约为1∶600的试验尺度下,最终确定了适用于高速远程滑坡碎屑化过程模拟的低强度高脆性岩石相似材料的配比区间。     

冲击地压关键层远程区域水力压裂防治技术

针对我国目前冲击地压防治工程人员身处冲击危险区域,无法实现区域先行、超前治理的局面,论文提出了矿井冲击地压关键层远程钻孔水力压裂防治技术。分析了我国冲击地压矿井的地质条件和近几年重大冲击地压灾害的特点,认为华北石炭—二叠系煤田和侏罗系煤田很多冲击地压煤矿煤层上覆地层,普遍发育厚层坚硬的砂岩关键层,能量的释放符合冲击地压形成的“3因素”理论。经论证,关键层脆性强,硬度大,易于压裂,利用水力压裂法解除地应力是合适的;井下长钻孔、地面深孔和地面导斜钻孔的施工技术和钻孔水力压裂技术已成熟,实现远程钻孔水力压裂区域性的防治冲击地压是可行的。工业性试验显示,井下长钻孔顺层分段水力压裂长度可达800 m,水压可达40 MPa,裂缝半径为40 m;地面垂直钻孔分段压裂深度可达3000 m,压裂段高>100 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~200 m;地面导斜钻孔水平顺层段长度达1000 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~150 m;压裂前后煤体应力或支架压力的检测数据对比显示,压裂后的应力较压裂前降低了10 MPa以上,满足区域治理的要求,钻孔远程水力压裂在防治冲击地压上较传统方法具有显著超前优势、区域优势、效率优势、安全优势和环保优势,可以做到冲击地压防治区段的无人化,满足区域先行、超前治理的国家要求。     

广西大瑶山东南缘侏罗纪埃达克质花岗岩的特征、成因及构造意义

对钦杭结合带西南段大瑶山东南缘的中晚侏罗世埃达克质花岗岩（165~153 Ma）进行了岩石学、地球化学研究,并探讨了埃达克质和TTG岩类的特征属性。岩石SiO₂含量63.76%~72.13%,总体具高Al₂O₃（Al₂O₃≥15%）、低MgO （<3%）,亏损重稀土元素（HREE）、正Eu异常或弱的负Eu异常,低Y （≤18×10^-6）和Yb （≤1.9×10^-6）,高Sr （>300×10^-6）和Sr/Y值（>20）等埃达克岩独特的地球化学特征。结合区域构造演化分析认为,该侏罗纪埃达克质花岗岩形成于陆内伸展构造背景,为大陆板内加厚（隆起区）的下地壳底部岩石部分熔融的产物,属大陆板内环境I型花岗岩。具有类似于低镁安山岩/闪长岩系列（LMA）和镁安山岩/闪长岩系列（MA）两种高压型TTG亚类的属性,为古俯冲增生带下地壳弧型岩石熔融的继承性特征,与中生代古太平洋俯冲板片熔融过程无关,属非俯冲成因的埃达克/TTG岩类。其空间上与大瑶山东南缘早古生代俯冲增生带高度重合,且与早古生代TTG侵入岩组合紧密相邻,提示它们可能源自于早古生代洋壳俯冲带或大陆边缘弧下地壳玄武质岩石的部分熔融,因而具有洋俯冲成因的特征属性。     

晚中生代沂沭断裂带左旋韧性剪切与岩浆迁移规律

沂沭断裂带内部的岩浆侵入与断裂活动关系密切,开展沂沭断裂带内部岩浆年代学研究,对于沂沭断裂带构造背景研究具有积极的参考意义。选取沂沭断裂带内部的莒县浮来山正长岩体、边部的莒南官坊石英正长岩体及侵入该岩体的闪长玢岩脉,开展岩石学及年代学研究。首次发现晚中生代沂沭断裂带左旋韧性剪切,获得浮来山岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(125.1±1.7) Ma,官坊岩体年龄为(125.6±2.0) Ma, 发生韧性变形的闪长玢岩脉年龄为(122.8±2.1) Ma。获得的125 Ma岩浆活动年龄与沂沭断裂带东侧的五莲变质核杂岩快速剥露(122~128 Ma)、诸城断陷盆地快速沉降的时间相吻合,该时期沂沭断裂带处于岩石圈减薄与破坏强烈的时期;闪长玢岩脉的122.8 Ma结晶年龄,与五莲变质核杂岩后构造岩体(石场、坊子岩体等)结晶年龄一致,该时期沂沭断裂带处于弱伸展状态,同时也说明胶东半岛岩石圈减薄具有时间上的一致性。晚中生代时期,沂沭断裂带两侧岩浆活动具有逆时针迁移的规律,这一规律可能与伊佐奈岐板块向欧亚板块俯冲的方向、角度、速度的变换有关。     

CSAMT与AMT数据“拼接”处理——以湖南仁里铌钽矿床7号剖面为例

音频大地电磁测深(AMT)与可控源音频大地电磁测深(CSAMT)均为深部勘查常用方法。AMT方法采集频带较宽,但存在“死频带”,在“死频带”范围无法完全得到地质体响应。CSAMT信噪比高,但通常受发射功率的限制,收发距离一般放置不够远,容易过早进入“近区”。本文展示了将两种方法数据拼接组合的一种处理方式:首先在前人理论研究的基础上,利用CSAMT和AMT均匀半空间模型进行了正演计算,结果表明,CSAMT远区与AMT数据拼接具有可行性;选择湖南仁里铌钽矿床7号剖面的野外实测数据进行实验,将同测点位置的CSAMT远区数据和AMT同测点同模式数据相“拼接”,合成新AMT数据;最后进行反演,反演结果与钻探结果对应较好,表明该方法具有一定的效果。     

Comparative Study of Acid and Alkaline Stimulants with Granite in an Enhanced Geothermal System

The Enhanced Geothermal System (EGS) is an artificial geothermal system that aims to economically extract heat from hot dry rock (HDR) through the creation of an artificial geothermal reservoir. Chemical stimulation is thought to be an effective method to create fracture networks and open existing fractures in hot dry rocks by injecting chemical agents into the reservoir to dissolve the minerals. Granite is a common type of hot dry rock. In this paper, a series of chemical stimulation experiments were implemented using acid and alkaline agents under high temperature and pressure conditions that mimic the environment of formation. Granite rock samples used in the experiments are collected from the potential EGS reservoir in the Matouying area, Hebei, China. Laboratory experimental results show that the corrosion ratio per unit area of rock is 3.2% in static acid chemical experiments and 0.51% in static alkaline chemical experiments. The permeability of the core is increased by 1.62 times in dynamic acid chemical experiments and 2.45 times in dynamic alkaline chemical experiments. A scanning electron microscope analysis of the core illustrates that secondary minerals, such as chlorite, spherical silica, and montmorillonite, were formed, due to acid-rock interaction with plagioclase being precipitated by alkaline-rock interactions. Masking agents in alkaline chemical agents can slightly reduce the degree of plagioclase formation. A chemical simulation model was built using TOUGHREACT, the mineral dissolution and associated ion concentration variation being reproduced by this reactive transport model.     

新疆色尔特能地区超镁铁岩岩石地球化学特征及构造环境分析

通过对出露在康古尔韧性剪切带西段的色尔特能超镁铁岩的野外地质调查和岩石学、岩石地球化学方面的分析研究工作,结果显示：色尔特能超镁铁岩发生了强烈蛇纹石化,基本蚀变成蛇纹岩;岩石主量元素具高Mg （w（MgO）=36.15%~37.96%）、高Cr （w（Cr₂O₃）=0.32%~0.36%）、高Ni （w（NiO）=0.17%~0.21%）、低Si （w（SiO₂）=40.50%~41.92%）、贫Al （w（Al₂O₃）=1.19%~1.77%）、低Fe （w（TFeO）=6.98%~7.87%）特征,Mg^#值为94.71~97.73,m/f值为8.03~9.42,属于典型镁质超镁铁岩,推测原岩为斜方辉石橄榄岩;稀土元素总量w（ΣREE）=1.44×10^-6~2.92×10^-6,配分模式为轻稀土微弱富集近平坦型,w（La）_N/w（Yb）_N=3.09~5.49,具一定程度的负Eu异常（δEu=0.48~1.09）和负Ce异常（δCe=0.53~0.60）;微量元素富集Ba、U、Ta,亏损Nb、Ti。色尔特能超镁铁岩属变质橄榄岩,是SSZ型蛇绿岩的底部组成单元,由原始地幔经2%~10%部分熔融形成的亏损地幔岩,其形成于俯冲带环境中的洋内弧后盆地。     

特提斯喜马拉雅铅锌锑金成矿带含炭质岩石中热液脉型矿床的综合电法勘探——以西藏扎西康铅锌锑多金属矿为例

扎西康铅锌锑多金属矿床产出于特提斯喜马拉雅炭质板岩的断裂带内,是特提斯喜马拉雅铅锌锑金成矿带内典型的热液脉型矿床。由于含炭质岩石和金属硫化物都呈现出相似的低阻高极化电性特征,加之热液脉型矿床的矿体普遍较小,使得在含炭质岩石中对金属硫化物矿体进行电法勘探存在较大困难。本文通过对扎西康矿床已知矿体的音频大地电磁测深和激电中梯测量,发现矿区的炭质板岩呈现低电阻率(10^-0.4~10⁰Ω·m)和高极化率(9%~20%)特征,而矿体呈现出高电阻率(10²~10³Ω·m)和低极化率(1%~5%)的特征。经研究分析,认为造成这种现象的原因有两方面：(1)扎西康炭质板岩中的炭质物质量分数平均为0.79%,变质温度约在300±25℃~340±25℃,炭质物电阻率为6.1×10^-5~6.8×10^-4Ω·m,显示极好的导电性;此外,炭质板岩中存在大量黏土矿物,黏土矿物的吸水性促进了炭质物的连通性,因此炭质物高导电性与连通性的耦合使得炭质板岩呈现低阻高极化电性特征;(2)扎西康矿床的脉型矿体除包含金属硫化物外,还产出大量的脉石矿物,脉石矿物普遍具有高阻低极化电性特征,是造成整个矿体在炭质板岩中呈现高阻低极化异常的根本原因。据此,本文提出在炭质板岩中通过识别脉石矿物引起的高阻低极化异常带间接找矿的新思路,相应的技术方法组合为：利用激电中梯测量定位高阻低极化带的平面位置,再利用音频大地电磁测深探测其深部产状。     

河北平原廊固凹陷ACX03孔晚上新世以来地层与沉积*

基于河北平原廊固凹陷东北部ACX03孔(深300.0 m)浅部¹⁴C年龄和磁性地层,建立钻孔第四纪地层格架,依据ACX03孔岩心沉积物、测井曲线和微体古生物特征划分沉积层段并分析沉积环境。研究结果表明: ACX03孔B/M(布容/松山)、M/G(松山/高斯)极性界线分别位于83.8 m、220.2 m,孔底年龄约3.2 Ma,划分13个沉积层段。上新统(220.2~300.0 m)为河道、河漫滩夹湖泊沉积,下更新统(85.2~220.2 m)为河道、湖泊、河漫滩沉积,中更新统(61.5~85.2 m)为分支河道夹河漫滩及河间洼地—湖沼沉积,上更新统(23.2~61.5 m)为河漫滩、分支河道沉积,全新统(0~23.2 m)为泛滥平原、河曲—牛轭湖沉积。对比ACX03孔与邻近钻孔第四纪地层认为,河北平原廊坊—固安一带早更新世差异性沉降最强,之后一直到全新世越来越弱。