基于混合边界条件的有限单元法GPR正演模拟

从Maxwell方程组出发,推导了探地雷达(GPR)有限元波动方程.阐述了透射边界条件和Sarma边界条件的原理,推导了这两种边界条件的理论公式;通过在衰减层内加入过渡带优化了Sarma边界条件的加载方法,压制了介质区和衰减层交界面处的人为反射.考虑到透射边界条件与Sarma边界条件不同的理论机制,提出了一种结合透射边界条件和Sarma边界条件的混合边界条件,它利用Sarma边界条件对到达边界区域的GPR波能量衰减功能和透射边界对GPR波能量的透射功能,使GPR波经过Sarma边界条件的衰减吸收后,再通过透射边界条件将剩余能量透射出去,集成了二者的优势.并以二维均匀模型中的中心脉冲激励源方式为例,通过Matlab程序实现,以GPR的全波场快照的直观方式,对比了有、无边界条件及不同边界条件对人工截断边界的处理效果,说明了该混合边界条件对到达截断边界处的GPR波的处理优于单一边界条件.最后,以基于混合边界条件的有限单元法对两个典型的GPR地电模型进行了正演模拟,指导了GPR数据处理与工程实践.     

黏弹性介质中瑞雷波有限差分数值模拟与波场分析

瑞雷面波经常被用来反演地表浅层横波速度,受到越来越广泛的关注。对瑞雷波的研究一般都基于完全弹性介质,而实际地层更接近黏弹性介质,对黏弹性介质中的瑞雷面波进行模拟更具实际意义。本文采用广义标准线性体模型来描述黏弹性介质,并采用交错网格有限差分法对考虑水平自由表面的黏弹介质进行正演模拟,再与弹性介质中的结果进行对比分析。首先采用非线性最优化算法根据期望常数品质因子直接求取松弛时间来拟合常Q模型,并给出广义标准线性固体的具体算例,实施自由表面条件时采用声学-弹性边界近似法,通过剪切模量不变来考虑自由表面上、下横向应力保持连续的条件。对于非自由表面,采用非分裂的多轴卷积完全匹配层来吸收波场。然后对几种典型的数值模型进行正演模拟计算,数值解与解析解的对比验证了本文方法的准确性与有效性,正演结果的对比表明波场尤其是面波频散会受黏弹性影响,因此有必要在面波勘探中考虑黏弹性因素。     

花岗质岩石中黑云母成分区域性变化对深部物质示踪及成矿的约束：以秦岭地区为例

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育, 是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一, 学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究, 但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸性岩中常见的暗色矿物, 也是指示成矿可能性的重要矿物之一。因此, 本文对秦岭该期花岗质岩石中黑云母成分开展研究, 为解决该问题探索新途径。对秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母成分的研究结果显示, 北秦岭和南秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成物理条件存在系统差异, 揭示其岩浆物源有别, 进而制约了其成矿种类特征。北秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母的成分和形成条件变化范围小, 以MgO(8%~13%)、TiO₂(3%~5%)和Cl(0.02%~0.6%)含量较高, F(0.2%~0.4%)含量较低, 以及较高的氧逸度(logfO₂值为-16.96~-14.62)和温度(682~771℃)为特征; 而南秦岭的成分和形成条件总体变化范围较大, 具有MgO(3%~15%)、TiO₂(2%~4.5%)、Cl(0.01%~0.18%)含量较低, F(0.1%~1.6%)含量较高, 以及较低的氧逸度(logfO₂值为-20.88~-15.08)和温度(536~754℃)。此外, 研究还显示, 黑云母的形成压力与岩浆演化程度和矿物组合相关, 当岩石中出现黑云母+白云母±石榴子石组合时, 压力较高。秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成条件的差异, 特别是氧逸度和Cl含量的明显不同, 揭示各自的成矿种类和成矿潜力不同, 如北秦岭较高的氧逸度和Cl含量, 形成铜矿的潜力比南秦岭大。同时, 两个构造单元中黑云母的成分差异, 还揭示了岩浆物源及深部物质组成的不同, 即北秦岭比南秦岭具有更为年轻的地壳, 这与区域同位素填图示踪的深部物质组成差异基本一致。由此可见, 对区域上同时代花岗质岩石中黑云母成分的研究, 不仅可以揭示岩浆演化、岩浆结晶过程物理化学条件等, 还可示踪深部物质组成的空间变化与差异及成矿种类和潜力, 有望成为探测深部物质组成的新方法和了解区域成矿背景和潜力的新途径。

     

砂砾土渗流侵蚀中细粒迁移-沉积-滤通的物理水力临界条件

细粒迁移机制是理解砂砾土渗流侵蚀过程的基础与关键,对研究砂砾土斜坡雨水侵蚀过程的细观致灾机制具有重要意义。目前其运移模式及运移状态发生转变的临界条件并不清晰,不同物理水力条件下的细粒运动类型有所不同。为掌握砂砾土侵蚀过程中细粒的整体运动类型及其发生改变的临界条件,采用可视圆柱入渗试验和离散元数值模拟,分析了细粒迁移的影响因素和内部机理。结果表明：（1）细粒迁移受级配和水力梯度影响显著,而受初始孔隙率影响不显著,且级配的影响大于水力梯度;（2）水力作用下细粒整体运动状态可分为沉积和滤通2种模式,内部结构不稳定的砂砾土细粒运动处于滤通状态,内部结构稳定和稳定性过渡型砂砾土随水力梯度升高细粒的运动状态从整体沉积转变为整体滤通;（3）细粒运动状态在粒径比和水力梯度共同作用下存在明显界限,最终得到细粒沉积-滤通转变的临界条件为$ i = 3.4 - $$ 0.12{{\text{e}}^{\left( {{D_{15}}/{d_{85}}} \right)/1.5}} $。研究可为砂砾土斜坡渗蚀失稳防护提供理论指导。     

沉积条件和埋藏过程对深层地层超压的影响

针对沉积条件和埋藏过程对深层地层超压影响缺乏定量化的认识问题,通过构建反映不同沉积条件和不同埋藏过程的地质模型,运用盆地模拟软件数值模拟了不同岩性组合、不同上覆盖层厚度、不同埋藏方式和不同沉积速率条件下深层不同岩性地层超压的分布,并定量分析总结了沉积条件和埋藏过程对深层地层超压的影响。结果表明,随着沉积速率和上覆盖层厚度的各自增大,深层地层中形成的超压强度都会随之增大,并且这种增大作用在深层泥岩中比在深层砂岩中稍大;随着地层中泥岩含量的增大,深层地层中形成的超压强度也会随之增大,相比沉积速率和上覆盖层厚度,地层中泥岩含量的增大引起的深层地层中超压强度的增大作用更为明显;地层埋藏方式的改变可不同程度地引起深层地层中超压强度的改变,这种超压强度的大小改变规律在深层砂岩和泥岩之间、深层不同埋深泥岩之间不一定具有一致性,这与不同埋藏方式下地层中超压的形成同时受到多种演变规律不同因素的叠加效应有关。该研究可为深化认识深层地层超压的形成机制提供重要依据。     

中国页岩油的形成和分布理论综述

页岩油是指生成并滞留在烃源岩中,以游离或吸附状态赋存在地层微纳米级储集空间中,基本未运移或极短距离运移的低熟—半熟油气.通过总结泥页岩低孔低渗的特点,对页岩油的形成机制、演化条件、保存条件以及分布特征进行了讨论.泥页岩中有机质的丰度、类型以及演化成熟度是泥页岩生油能力的主要影响因素.生油能力较好的Ⅰ或Ⅱ型干酪根是良好的有机质类型,而Ⅲ型干酪根则以生气为主.在适当的埋藏深度下,达到生油门限,即可发生热化学反应产生大量液态烃.弱水动力条件以及相对长时间稳定的构造活动,都能使得有机质及沉积物缓慢沉降并演化.陆上优质泥页岩由于分布范围广、类型多、时代跨度大、陆相湖盆面积小、物源丰富且湖平面变化等原因,有利于页岩油气形成.     

河南省栾川县石瑶沟钼矿成矿地质条件分析

在东秦岭钼成矿带最近探明的石窑沟大型钼矿床,位于近东西向马超营断裂带与北东向焦园断裂带的交汇部位,获得钼金属储量10余万吨.平均品位0.064%.矿区位于狮子庙金矿田上,钼矿外围有多个金及多金属矿床及矿点.笔者根据石瑶沟钼矿的赋矿地质条件和化探异常特征,阐述了钼矿的成矿地质条件,钼矿与外围金(银)矿之间的成因联系,提出本区成矿母岩为隐伏的小斑岩体,矿化富集部位为小岩体内外接触带,金银矿质来源主要为坡前街组地层,其成矿与岩浆活动关系密切.同时指出钼矿与金(银)矿床应属于同一成矿系统.据化探成果和钻探资料推测,在隐伏小岩体的周边还存在有类似石瑶沟隐伏岩体的小隐伏岩体,为该区今后的工作提出了新的找矿思路.     

物理模拟技术在沁水煤层气藏水动力研究中的应用

通过煤层气成藏模拟实验,研究了水动力条件对煤层气成藏的控制作用。实验结果表明：在强烈的水动力交替作用下,煤层气藏中的甲烷碳同位素由-29.50‰变为-36.60‰,且变轻过程中具有阶段性特征;甲烷体积分数由96.35%减小为12.42%;二氧化碳由0.75%变为0.68%,随后增大到1.13%;氮气体积分数由2.9%变为86.45%。这些变化一方面说明煤层气成藏过程的复杂性,另一方面表明强烈的水动力作用对煤层气成藏会造成不利影响。通过对以高煤阶为典型特点的沁水盆地南部水动力条件的分析,认为径流强度与煤层含气量之间呈负相关性,弱径流区有可能成为高煤阶煤层气富集的高产区。     

内蒙古维拉斯托锌铜矿床选矿试验研究

维拉斯托锌铜多金属矿床矿石中富含多种元素,其中铜、铅、锌、砷、银、钨、钴等元素具有综合利用价值,矿石类型属于比较难选多金属矿石.采用混合浮选铜铅（-0.076 mm为65%）-依次浮选锌、砷（钴）-再浮选钨-重选（摇床）选钨的选矿工艺流程,对选矿pH值、药剂种类及用量等系列选矿条件进行了实验研究,达到较为理想的选矿效果,为矿山生产提供了技术保证.     

鄂西地区中二叠统栖霞组下部烃源岩形成机理

中二叠统栖霞组下部烃源岩广泛发育于扬子地台台内盆地和台地边缘。多种古环境参数V/(V+Ni)、V/Cr、Cu、Ni、Zn、Hf、Nb、自生U含量和烃类百分含量的研究表明,栖霞组烃源岩周期性变化的有机质埋藏量主要受控于海洋表层初级生产力,而生产力的变化受气候引起的海平面变化的影响。海平面的上升带来丰富的营养物质,提高海洋初级生产力,导致大量有机质在海底堆积。细菌分解有机质对氧的消耗以及盆地水体循环的减弱促使底水贫氧。海平面变化是栖霞组有机质富集的最终因素。