渤南洼陷深层(沙三/沙四段)原油-水-岩石相互作用模拟实验研究

为了能更好地研究地层温压条件下原油-水-岩石相互作用发生的化学变化及其对成藏条件特别是储层物性等的影响,结合渤南洼陷深层的成藏条件及流体动力系统等特征,进行物理实验模拟。结果表明:1)在一定的温压条件下(温度120℃、压力45MPa)岩石及实验后的原油化学成分及生物标志物均发生了变化。油样的饱和烃含量增加,沥青质+非烃含量明显降低;油砂的饱和烃含量沿实验装置从下到上逐渐增加,最高值达62.22%,沥青质+非烃含量由40.55%下降到12.78%。实验样品的生物标志物及族组成显示油沿着实验装置从下向上运移过程中发生了地质色层效应。2)原油-水-岩石相互作用以溶蚀作用为主,并随原油在实验本体内从下向上的运移而逐渐增强。溶蚀作用的结果改善了普遍以低孔低渗为特征的深部储层的物性,为深层油气的运移和保存提供了有效空间。     

烃源岩—流体相互作用模拟实验研究

为了探讨烃源岩与孔隙流体之间相互作用过程和机理以及有机酸的生成及其影响因素,我们开展了烃源岩-流体相互作用模拟实验研究。实验结果表明：Ⅱ型干酪根形成有机酸的能力大于Ⅰ型干酪根,水的矿化度对有机酸的形成影响甚微,随着温度升高,流体中有机酸的含量也随之增大。pH值对有机酸形成的影响非常明显,中性和碱性条件更有利于生成有机酸。其中乙酸的形成有利于碳酸盐矿物的溶解,而草酸的形成不利于碳酸盐的溶解。温度对烃源岩的影响与烃源岩的矿物组成有很大的关系,对于富碳酸盐烃源岩,Ca、Mg、Na三元素在水中的溶解量,与温度呈反相关的关系,对于贫碳酸盐烃源岩,与反应温度之间则呈现出正相关的关系。而无论碳酸盐含量高低,Si在溶液中的含量都会随着温度的升高而增大。酸性溶液对烃源岩的溶解能力最强,无论原始反应溶液的酸碱性,反应结果都最终趋于弱碱性。流体的含盐量对烃源岩中Mg的溶解影响差异较大,低盐度的流体有利于Mg溶解。     

极地深部冰层取心钻探孔壁水压致裂研究

为了维护极地深部冰层取心钻探工作中钻孔的稳定,避免孔内事故的发生,冰层孔壁的水压致裂问题是亟待解决的重要科学问题之一。本文在深入分析国内外冰层钻探资料的基础上,结合冰盖动力学相关理论,计算得出了钻孔所在区域冰层的密度、温度及内部应力随深度的变化规律。在此基础上,结合油气资源勘探水力压裂技术与冰层钻进钻井液等相关理论,建立了合理的孔壁压差计算方法,深入探讨了适用于深部冰层钻探孔壁水压致裂机理。研制了冰层钻孔水压致裂模拟实验装置,可分析研究不同围压条件下冰样的脆性变形机理。结合我国Dome A深冰心钻探工程实际,提出钻孔可能发生水压致裂的深度区域及孔壁所需的起始裂纹长度判定,以期为后续的安全高效冰层钻进提供重要的理论依据。     

漂浮植物修复技术净化城市河湖水体试验研究

阐述了漂浮栽培植物修复系统的技术原理、特点与系统组成, 研究了在该系统中种植美人 蕉和旱伞草2 种植物的生长状况以及这些植物对城市河湖水体中氮、磷等的净化效果。尝试了将 漂浮栽培植物与生物接触氧化技术结合起来, 并研究了植物与生物填料的组合系统对水质的改 善效果。结果表明, 美人蕉和风车草在漂浮植物修复系统对氨氮的去除率均在90%以上, 漂浮栽 培植物与软性填料的组合系统对水中COD_Mn 的去除率达46%以上。     

空心块体水沙动力及泥沙淤积特性研究

空心块体具有良好的阻水和促淤功能,近年来被广泛用于生态修复工程。本文结合水槽试验及Flow-3D数值模拟,分析了开敞型和半封闭型空心块体的阻水效应和泥沙淤积特性。结果表明：空心块体的开孔率对内部水流流速、紊动强度起主导作用,开孔率较小的半开敞型空心块体减速、制紊效果更强;开敞型和半封闭型空心块体近底层悬沙浓度分别增大56%和75%,两者均有利于促进泥沙在块体内部淤积,近底层水流紊动越强,泥沙淤积形态差异越大;空心块体所营造的低流速、泥沙微淤、内外连通的水沙环境是大型底栖生物的生境需求,半封闭型空心块体内部的低紊动水流结构更有利于大型底栖生物的栖息、繁衍。     

澳大利亚中部Alice Spring红色表土磁学特征分析

炎热干旱的澳大利亚中部是现代正在形成红色地表的区域。围绕中部Alice Spring地区采集了一系列红色地表样品。这些红色样品按照岩性大致可以分为三类: 砂土、沙丘砂和岩石。通过对这些样品详细的磁学测量, 发现这三类样品存在明显磁学特征差异, 红色砂土和沙丘砂样品磁化率较岩石样品高出许多(砂土和沙丘砂磁化率均值为93.82×10-8m3/kg), 红色岩石样品磁化率值最低(均值为23.2×10-8m3/kg); 三者主要磁性矿物也不尽相同; 磁颗粒均以超顺磁(SP)颗粒为主, 而单畴(SD)颗粒含量少。研究区百分比频率磁化率χfd % 均值为8.28 %, 较黄土高原西部表土(兰州为3.5 %)高出许多。该区现代年降水量约300mm, 比兰州(约330mm)还低, 成土导致百分比频率磁化率增高却比兰州明显高出几倍。这可能反映了黄土高原表土频率磁化率增高与降水量密切相关; 而在澳洲中部可能与持续高温成土条件和作用的时间存在更密切的关系。澳洲中部不论岩石还是表土均以红色为主。磁学实验表明, 砂土和沙丘砂样品均以磁铁矿为主, 三类样品普遍含一定量磁赤铁矿和赤铁矿的贡献, 与地表红色外貌相符。说明澳洲红色地表过程很可能是黑色磁铁矿颗粒表面被长期氧化条件下形成的红色磁赤铁矿/赤铁矿所包裹的现象, 使得澳洲中部广大地区岩石露头和地表沉积物, 普遍形成一层红色染色层。     

基于层理影响的煤样加载过程声发射差异性分析

为了探究层理对煤矿开采过程中煤岩声发射特征的影响,在寺河矿采集煤样,根据煤样制作要求,分别沿轴向垂直层理方向和平行层理方向加工煤样。利用RMT-150B岩石力学实验系统和CDAE-1全数字化声发射检测及分析系统,对煤样加载过程中的应力-应变、声发射特征进行测试分析。测试结果显示：轴向垂直层理煤样不仅具有较高的岩石力学强度和声发射强度,而且声发射特征具有较强的突变性和滞后性。声发射特征的差异性体现了在加载过程中,轴向垂直层理煤样以整体变形、破坏为主,轴向平行层理煤样以局部变形、破坏为主,这为煤矿井下动力灾害的监测、预报提供了指导。     

边界层风廓线雷达对登陆台风观测适用性评估

利用2014—2019年6个台风合计34组数据,通过与机动式边界层风廓线雷达以及同点探空数据进行对比,分析风廓线雷达对登陆台风边界层结构诊断的适用性。初步分析表明：有30组数据完整度高于80%,且平均标准差为3.64 m·s-1,平均误差为4.67 m·s-1。30组数据中有19组数据的对比结果较好,均呈现风廓线雷达与探空廓线在250 m高度以上重合度较高、250 m高度以下重合度较低的特征,其原因可能与探空低层加速以及风廓线雷达低层受干扰有关。将250 m高度以下的数据剔除后和剔除前对比发现,数据质量得到提高。从空间分布看,低质量数据大多分布在台风中心距离观测点200 km及以外的区域,但较高质量数据相对于台风中心并无明显的倾向性分布。从降水分布看,未发现数据质量与降水关系明显。尽管使用的数据比较有限,但风廓线雷达在台风边界层结构观测中展现较好应用潜力。     

非饱和黄土渗透性规律的土柱试验研究

黄土边坡的变形破坏一般与地表水入渗导致的地下水位上升有关。然而,现场观测发现黄土地区地表水入渗深度有限,降雨的湿润峰一般在2m以内。自湿润峰以下至地下水位之间很长一段的含水率是不变的,那么地表水是如何补给地下水的,一直存在争议。为此,本文利用甘肃正宁县地区的Q3黄土重塑样进行非饱和渗透特性的土柱试验。在一个4m高的玻璃桶内制备土样,土柱上按一定间距插入水分计探头,在顶部按每天1000mL水量均匀渗入水,测得给定时间沿土柱的含水率剖面。结果发现,随着补给时间的延长,湿润峰下移,湿润峰经过的上半土柱含水率几乎不变,当湿润峰到达土柱底部时,形成潜水位,这和现场观察的现象一致。这说明在地表活动带以下,饱和带以上,虽然土的含水率不变,但存在着稳定非饱和渗流,这是黄土地区地下水的唯一补给方式。     

成冰纪全球冰期事件的环境效应研究进展

成冰纪全球冰期是地球历史上最极端的冰室气候事件,冰川作用波及赤道区域,全球可能都遭受了冰封,海洋广泛缺氧,生物演化进程迟滞。然而,冰期结束之后,大气氧浓度迅速升高,海洋发生逐步氧化,大型带刺疑源类和真核多细胞藻类在埃迪卡拉纪开始繁盛,出现最早的动物,地表生物圈发生了翻天覆地的变化。显然,成冰纪全球冰期事件是地球系统演化的重要转折。认识冰期的环境效应是认识埃迪卡拉纪生物演化的关键,也是打开地表宜居环境演化的钥匙。本文总结了近年来成冰纪全球冰期的气候假说、冰期沉积特征、海洋氧化还原条件及冰期后的大气与海洋环境剧变等方面的研究进展,简要分析了全球冰期研究中存在的问题,并对该领域未来研究提出了展望与建议。