Identification of Milankovitch Cycles and Calculation of Net Primary Productivity of Paleo-peatlands using Geophysical Logs of Coal Seams

Individual coal seams formed in paleo-peatlands represent sustained periods of terrestrial carbon accumulation and a key environmental indicator attributed to this record is the rate of carbon accumulation. Determining the rate of carbon accumulation requires a measure of time contained within the coal. This study aimed to determine this rate via the identification of Milankovitch orbital cycles in the coals. The geophysical log is an ideal paleoclimate proxy and has been widely used in the study of sedimentary records using spectral analysis. Spectral analyses of geophysical log from thick coal seams can be used to identify the Milankovitch cycles and to calculate the period of the coal deposition. By considering the carbon loss during coalification, the long-term average carbon accumulation rate and net primary productivity (NPP) of paleo-peatlands in coal seams can be obtained. This review paper presents the procedures of analysis, assessment of results and interpretation of geophysical logs in determining the NPP of paleo-peatlands.     

基于结构水文地质学的采掘诱发高势能突水溃砂主动防控

在谷德振先生“水文地质结构”学术思想指引下,本文提出建立结构水文地质学的设想,论述了其基础理论框架。从方法论角度将矿山水害防控分为被动防控和主动防控两种方法。以结构水文地质学指导煤矿高势能突水溃砂防控,分析了被动防控可能产生突水溃砂灾害的机理; 提出了主动地质工程防控的原理,包括地质材料性质改造、结构隔水性能重构、赋存水动力环境改造、减轻采掘诱发覆岩破坏等具体方法。抛砖引玉,以期催生符合中国矿山防治水实践需要的创新理论和方法。     

构造物理化学条件对煤变质作用的控制

煤是对温度和压力等地质因素十分敏感的有机岩,各种构造-热事件控制下的物理化学条件,是促进煤岩演化的根本动力。本文对煤变质作用过程的研究现状进行了综述,着重讨论了煤岩在高煤阶-石墨演化阶段的控制因素、演化过程和演化机制。煤变质作用包括煤化作用阶段和石墨化作用阶段,共同构成一个连续的有机质演化过程,总体趋势是分子结构有序化、化学成分单一化,最终演变为以碳元素为主、三维有序结构的石墨。温度和压力(应力)是控制煤变质作用两大因素,在不同的演化阶段,这两大因素所起的作用和演变机理都有所差异。在低、中煤阶演化阶段,温度是煤化学结构演化的主要控制因素,为化学键断裂提供活化能,应力缩聚和应力降解则对煤化学结构演化具有催化作用。高煤阶-石墨化阶段的主要机制是导致基本结构单元BSUs之间相互联结使短程有序化范围增大的拼叠作用,构造应力在其中起到关键作用,BSUs定向和面网间距不断减小,促进大分子物理结构演化。加强煤变质作用的高级阶段-石墨演化过程的研究,将丰富和深化对煤-石墨物理化学结构完整演化序列的认识。煤系石墨成矿机制的高温高压模拟实验,则为煤变质作用构造物理化学条件研究提供了可行的技术手段。     

伊拉克A油田白垩系孔隙型生屑灰岩高渗透层成因及分布特征

伊拉克A油田白垩系孔隙型碳酸盐岩高渗透储层具有分布普遍、类型复杂、成因多样等特征。岩石类型主要为泥晶生屑砂屑灰岩、亮晶生屑砂屑灰岩及泥晶生屑灰岩;生物扰动加剧了碳酸盐岩储层非均质性,导致高渗透储层在全油田广泛分布。通过岩心观察、常规薄片和铸体薄片的观察和测量,孔隙度、渗透率和毛管压力的测定,综合区域地质研究成果,发现高渗层的形成受层序演化、次级相对海平面变化、沉积环境、硬底形成、生物扰动及(准)同生期暴露淋滤等复杂多因素共同控制。高渗透储层形成模式表现为Khasib组沉积时期为晚高位域期,在Kh2-1-2L段上部沉积过程中,发生首次次级相对海平面下降,形成沉积间断。沉积间断期间硬底和区域规模性的生物扰动同时发育,在Kh2-1-2L段硬底尚未被胶结的相对疏松的基质中掘穴,形成厚几十厘米、迂曲状互相贯通的生物扰动通道。沉积间断结束后,在晚期高位域层序背景下,次级相对海平面上升,松散生屑砂屑充填扰动通道。由于沉积物堆积速率较快,限制了胶结作用的发生,使扰动通道内充填物能够发育连通性好的粒间孔,而后次级相对海平面再次下降,发生(准)同生期暴露淋滤。由于扰动部位连通性好,成为溶蚀流体优势通道,导致沿扰动部位发育溶孔及扩溶缝,形成了“粒间孔+溶孔+溶缝”高渗透网络。A油田高渗透储层物性表现出发育强烈生物扰动的部位具有明显高渗特征,其孔喉较粗,排驱压力低,孔喉配位数高、连通性好。高渗层全区稳定发育,由西至东厚度逐渐增大,高渗层的分布对油田单井产量、含水上升和油田采出程度影响较大。     

基于InSAR技术的川西高山峡谷区地质灾害早期识别研究——以小金川河流域为例

采用短基线集时序干涉测量(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)技术,利用多时相合成孔径雷达数据,对川西高山峡谷区开展地表多时相、长时序形变监测与地质灾害隐患早期识别研究。介绍了时序InSAR方法原理,梳理了数据处理流程,分析了小金川河流域雷达可视性,利用2018-11—2019-12共26期的Sentinel-1A历史存档数据开展了流域内地表形变监测,结果表明: 流域内雷达视线方向的年平均形变速率为-51.12~75.28 mm/a; 依据形变异常分布规律,共判译出4处形变异常区与11处潜在地质灾害隐患点,其中6处隐患点为已知地质灾害点,其余5处隐患点尚不为人知。以隐患点P1(阿娘寨滑坡)为典型案例,开展了长时序监测分析与验证,评估利用InSAR技术开展地质灾害隐患早期识别的可靠性,证明了SBAS-InSAR技术在地质灾害早期识别中的优势及有效性,其技术成果在川西高山峡谷区具有大范围推广应用的潜力。     

地下水机器学习方法研究

随着我国地下水监测工作的高速发展,高频率高密度水位监测数据的出现催生了对其进行深入信息挖掘的需求。在传统地下水模型研究中,地下水水位监测值常位于模型构建过程的下游,当水位监测的时空密度逐渐增大时,新增信息无法有效传导至模型的规划阶段并指导概念模型的修订。文章提出了一种地下水系统补排边界的识别方法,在不建立地下水数值模型的前提下,以监测井空间位置为节点,按照德劳内原则建立三角网格。在此网格系统中,首先定义一个水力梯度变换函数gradF,以求取网格中任意位置的水力梯度;借鉴机器学习领域的优化算法,使用水力梯度场驱动含水层中随机分布质点的运行轨迹,并以此推断和识别区域内地下水补给和排泄边界。在环境地学计算平台EnviFusion-CGS中实现,并构建了详细工作流程。以山东省青岛市大沽河中下游含水层为示范区,对含水系统的补给区和排泄区的空间分布及其动态变化进行了分析,取得了良好效果。本研究为构建和修订已有含水层概念模型提供了新思路。     

玄武岩纤维堵漏体系在高海拔非开挖钻进中的应用研究

高海拔地区实施非开挖水平定向钻进时,裂隙发育地层的泥浆漏失不仅会影响泥浆的有效循环,还会形成大量的岩屑床,导致钻具过度磨损、摩阻异常增大、有效孔径减小等问题。针对西藏某地钻遇花岗岩裂隙,采用近景摄影测量技术对其进行量化表征,得到该区裂隙地层的缝宽<4 mm;提出采用玄武岩纤维作为裂隙封堵主剂,并建立随钻玄武岩纤维堵漏配方体系,实验结果表明：采用3、6和9 mm多级组合的玄武岩纤维堵漏效果最好,3 mm纤维复合惰性材料形成骨架结构,6和9 mm纤维可发挥一定强度的“加筋”作用。现场随钻实验结果表明：采用玄武岩纤维堵漏后,泥浆中固相含量下降幅度减少了13.14%,有效保障了长距离裂隙山体的有效、绿色、安全钻进。     

5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术研究

结合我国地下新型能源勘探工作的重大需求,开展了“5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术”的研究,取得了5000 m多功能交流变频电动钻机、多参数孔底自动监测装置、高温环保泥浆及泥浆性能自动测量装置、取心和无心钻进不提钻互换钻具等系列成果,填补了国内空白,推动了新型能源深部钻探技术向智能化方向发展。     

液动潜孔锤用于干热岩钻进的优化与试验

我国目前能源结构对化石燃料依赖度过高,在全球能源转型的大环境下,作为一种新型清洁能源,干热岩具有储量巨大、资源丰富、分布广泛等优势。针对干热岩勘探开发中高温硬岩钻进的技术难点,对YZX178型液动潜孔锤进行了结构优化,并在某干热岩井中进行了试验应用。试验结果证实了YZX178型液动潜孔锤用于干热岩等坚硬地层进行冲击回转钻进的可行性和高效性,获得了与螺杆钻具接近的机械钻速,且具有节能环保、安全性高、维护方便、节约成本、高温适应性强等优势,但仍需进一步解决其工作寿命与牙轮钻头相匹配的问题。     

山西干热岩GR1井高温固井技术研究与实践

固井质量对干热岩后期开发利用具有重要意义。针对山西大同盆地干热岩勘查井GR1井温度高、高温固井水泥浆技术体系不完善等问题,通过研究勘查区地质特征,提出了高温固井水泥浆技术体系开发思路。研究表明：干热岩高温固井水泥浆水胶比控制为0.45,优选添加剂高温降失水剂CG82L、高温缓凝剂H40L、高温稳定剂CF40L、消泡剂GX-1、硅粉及HV-PAC,形成一套适用于山西干热岩井的高温固井水泥浆技术体系。该水泥浆体系在GR1井成功应用,现场固井质量良好,研究成果为今后同类型高温固井工作提供了宝贵经验和技术支撑。