A new multiscale scheme for computing statistical moments in single phase flow in heterogeneous porous media

In this work we develop a new multiscale procedure to compute numerically the statistical moments of the stochastic variables which govern single phase flow in heterogeneous porous media. The technique explores the properties of the log-normally distributed hydraulic conductivity, characterized by power-law or exponential covariances, which shows invariance in its statistical structure upon a simultaneous change of the scale of observation and strength of heterogeneity. We construct a family of equivalent stochastic hydrodynamic variables satisfying the same flow equations at different scales and strengths of heterogeneity or correlation lengths. Within the new procedure the governing equations are solved in a scaled geology and the numerical results are mapped onto the original medium at coarser scales by a straightforward rescaling. The new procedure is implemented numerically within the Monte Carlo algorithm and also in conjunction with the discretization of the low-order effective equations derived from perturbation analysis. Numerical results obtained by the finite element method show the accuracy of the new procedure to approximated the two first moments of the pressure and velocity along with its potential in reducing drastically the computational cost involved in the numerical modeling of both power-law and exponential covariance functions.     

太原地震台记录的四川汶川地震震相分析

四川汶川系列地震距太原基准地震台约1000km,介于近震与远震之间,震相特殊,识别困难。本文通过对汶川主、余震和四川其他地区远震波形的对照,及对主要震相周期、幅度及波形特点的分析,认为PN、SG两个震相是太原地震台记录四川汶川地震的主要定位震相。     

Transformation relationship among different magnetic minerals within loess-paleosol sediments of the Chinese Loess Plateau

The dominant magnetic minerals and carriers of magnetic signals within the Chinese Loess Plateau are magnetite, maghemite, hematite, and goethite. In this study, we investigated the provenance and evolution of magnetic minerals during loess pedogenesis, using X-ray diffraction (XRD) and optical and electron microscopy, including field emission scanning electron microscopy (FESEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Our results reveal that single- and multiphase mineral assemblages among magnetic minerals in the loess-paleosol sequence have been formed. Partial oxidation of coarse eolian magnetite has occurred in the desert source area and the oxidation degree is enhanced after deposition of the dust upon the Chinese Loess Plateau. This mode of origin resulted in a microtexture consisting of an inner magnetite core surrounded by a hematite rim, and strongly affected the magnetic characteristics of the loess. Goethite coexists with hematite in the loess and paleosol, and nanometer-scale hematite is formed upon goethite rims via dehydration. Our study provides direct mineralogical evidence of the magnetic record and paleoclimatic implications of the loess-paleosol sequence of the Chinese Loess Plateau. Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 40772032 and 40573054) and National Basic Research Program (Grant No. 2007CB815603)     

中、强震数字记录波形及震相特征分析

本文从地质构造、波列特征、P波初动、S-P到时差、主要震相、最大振幅、震中距等方面着手对沈阳台记录到的中、强震进行分析,力求归纳出国内和国外不同区域的波形和震相特征。     

多年冻土区桩基温度场研究

为了解决多年冻土区桥梁桩基浇筑混凝土对冻土层地温的影响,把握后续工程施工,需要对多年冻土区桩基温度场进行认真分析与研究。结合冻土桩的特点,根据冻融循环条件下土体热量迁移的基本规律,基于多孔介质和热力学理论,建立了多年冻土区桩基温度场控制方程。该控制方程不仅包括了热传导和相变潜热对温度分布的影响,而且考虑了混凝土水化热的释放规律,并将研究成果与的西藏某大直径灌注桩温度场现场试验结果进行对比分析。结果表明：所建立的冻土区桩基温度场控制方程计算结果与实测结果吻合较好。在此基础上,应用该模型作数值分析,着重分析了不同深度处桩侧土层温度随时间变化规律和混凝土浇注后不同时期温度沿桩径方向的变化规律,于解决西部多年冻土地区公路运营安全和行车性能,准确掌握多年冻土地区已建桥涵和新建桥涵基础稳定性,具有非常重要的理论和实际意义。     

基于小波变换和GALSSVM的边坡位移预测

边坡变形是一个受多种因素综合作用的复杂非线性动力学演化过程,用现有的物理模型来解决边坡变形的预测问题有很大难度。大量的研究工作表明,用实测的边坡位移时间序列来预测边坡未来变形更为准确,而将多种方法组合起来进行预测成为研究的主要趋势。在此基础上,建立了一种基于小波变换和进化最小二乘支持向量机(GALSSVM)的边坡位移预测模型。首先利用小波变换将边坡时间序列分解为低频分量和高频分量,然后利用互信息法和伪近邻法得到各分量的时间延迟和嵌入维数并进行相空间重构,再根据各个相空间的特点建立相应的GALSSVM预测模型,最后把各分量的预测结果进行小波重构,重构后的结果即为最终的边坡位移预测结果。对丹巴滑坡预测研究表明,这种新的预测模型具有较高的预测精度,可以应用于实际工程     

利用量子力学势能数据预测温度、压力、盐度和沉积物孔径对甲烷水合物形成和分解的影响

介绍一个预测不同温度、压力、盐度和沉积物毛细管孔径条件下甲烷水合物 溶液 气体多相平衡模型。该模型以Van der Waals和 Platteeuw热力学模型、量子力学从头算粒子相互作用势能、DMW 92状态方程和Pitzer电解质理论为基础,能在很宽广温压范围内预测温度、压力、盐度和毛细管力对甲烷水合物形成和分解的影响。通过对比本模型的预测结果与实验数据,可知本模型能够准确地预测海水和多孔介质中甲烷水合物的相平衡条件。对于一定盐度下多孔介质中甲烷水合物的形成温压条件的在线计算可浏览: www.geochem model.org/models.htm。     

多孔介质中非水相流体运移的数值模拟

针对多孔介质中水、气和非水相流体(NAPLs)的多相流动特点,建立了非水相流体(NAPLs)污染物迁移模型,分析了非水相流体在土壤非饱和区和地下水系统中的运移规律。通过有限元数值解对轻非水相流体和重非水相流体在土壤系统中的迁移过程进行模拟,得到了污染物的时空分布特征和污染范围。计算结果表明,数值模拟方法能够合理地描述非水相流体的运移过程和污染特征。土体渗透性和污染物残余饱和度是其重要影响因素。     

变质玄武岩体系相平衡及矿物 熔体微量元素分配：限定TTG/埃达克岩形成条件和大陆壳生长模型

埃达克质岩石是高Na、Al和Sr、低Y和HREE以及Nb、Ta亏损的钠质花岗质岩石,奥长花岗岩-英云闪长岩-花岗闪长岩(TTG)是早期(太古宙)大陆壳主要组分,成分与埃达克质岩石相似,这些成分独特的岩石总体上认为是俯冲洋壳、下地壳和拆沉的下地壳中变质玄武岩部分熔融的产物。文中综述我们近年来在变质玄武岩体系相平衡和矿物-熔体微量元素分配实验研究成果:相平衡实验和熔体微量元素特征研究表明,变质玄武岩部分熔融过程中金红石是导致TTG/埃达克岩浆Nb、Ta亏损的必要残留矿物,从而否定了前人“TTG由无金红石的角闪岩熔融产生”的观点;证实金红石仅仅在压力1.5GPa以上才能稳定存在,从而限定TTG/埃达克岩熔体必定产生在大约50km以上,表明TTG/埃达克岩是在相对较深的含金红石榴辉岩相条件下熔融产生的。矿物(石榴子石、角闪石,单斜辉石和金红石)-熔体微量元素分配系数测定和部分熔融模拟结果进一步限定俯冲洋壳和下地壳起源的TTG/埃达克岩浆由含金红石角闪榴辉岩熔融产生,而拆沉下地壳起源的埃达克岩浆的产生要求软流圈地幔高温,由无水或含有少量含水矿物的榴辉岩熔融产生。     

白云岩体表生成岩裸露期古风化壳岩溶的规模

白云岩体表生成岩裸露期古风化壳岩溶对白云岩体古岩溶储渗体的形成至关重要。表生成岩裸露期古风化壳岩溶可形成地表残积层和表层之下大小不等的溶蚀空间。地表残积层与上覆盖层间可成为油气的储渗空间和通道,表层之下大小不等的溶蚀空间则可被塌积岩、冲积岩、填积岩和淀积岩充填,但其内常可保存部分孔隙,并为后来的埋藏溶解提供流体扩溶的初始空间和流体流动的通道。野外露头和井下岩心中的大量现象和事实说明,白云岩体表生成岩裸露期古风化壳的规模远小于石灰岩体。最主要原因是白云岩(石)可溶性远较石灰岩(方解石)小,同样组构的白云岩的物理力学强度亦较石灰岩小。白云岩体本身的岩性和组构、层理类型、泥质含量、构造裂隙的发育程度等都会影响裸露期古风化壳的规模。