饱和颗粒正冻土一维刚性冰模型的数值模拟

基于刚性冰模型,应用有限差分法离散方程组,对于饱和颗粒土开放系统的冻结过程进行了一维数值模拟,给出了冻结缘内参数的分布.计算过程中修正了刚性冰模型中分凝冰产生条件,提出以冻结缘内冰压与载荷的关系作为分凝冰产生的判据,计算得到的冻胀量与实验室冻胀实验的测量数据较为吻合.将计算结果与现场实测资料进行了比较,温度场、含水量分布等结果在分布规律方面与现场实测资料相符.     

伟晶质岩浆的同化混染与分离结晶(AFC)作用及铀成矿效应:以纳米比亚湖山铀矿为例

纳米比亚湖山铀矿位于达马拉造山带的中央南部地区,工业铀矿物为晶质铀矿,属于伟晶岩型铀矿床。关于不同矿石中铀元素的富集与沉淀机制还存在一定争议。为了揭示伟晶质岩浆演化与铀矿化作用的关系,本文对矿区内不同矿物组成的伟晶岩型矿石开展了岩石和矿物地球化学研究。野外及镜下鉴定结果显示,矿化伟晶岩可以分为“简单类型”矿体和“复杂类型”矿体。前者具有正常的花岗伟晶结构,晶质铀矿均匀分布于造岩矿物之间,矿化程度低到中等;后者表现出非均匀的结构特征,且矿化程度极高,晶质铀矿在成因上与大量黑云母团块有明显的空间联系。地球化学研究表明:在“简单类型”伟晶岩中,铀元素主要通过伟晶质岩浆的分离结晶作用富集;“复杂类型”伟晶质岩浆的演化则明显受控于同化混染作用,其铀矿化为岩浆同化混染与分离结晶(assimilation-fractional crystallization,AFC)作用产物。具体而言,外来基性组分(FeO,MgO,TiO₂,MnO)的混入导致“复杂类型”熔体中矿物的结晶顺序发生改变,长石类矿物的“延后”结晶为黑云母提供了更加有利的结晶空间和条件,促使黑云母以团块状聚集的形式产出。黑云母的大量析出会引发残余岩浆中UF_m^4-m络合物的水解,导致晶质铀矿在团块黑云母内部或周围沉淀。因此,本文有关“简单类型”和“复杂类型”产铀伟晶岩的研究,有效地揭示了岩浆演化过程与铀矿化机制,丰富了伟晶岩型铀矿床理论,为后期勘查开发提供了科学依据。     

阿尔泰南缘麦兹泥盆纪火山-沉积盆地成矿特点及其铅锌、铁、金找矿潜力分析

麦兹盆地位于西伯利亚板块南缘阿尔泰陆缘活动带中,是一个重要的铅、锌、铁矿化集中区,其中著名的有蒙库大型铁矿床、可可塔勒大型铅锌矿床,是阿尔泰南缘多金属成矿带中最重要的成矿盆地之一。盆地内矿床、矿点多为火山喷流热水沉积成因,层控特征明显,具有规模大、形态规则、厚度及有用组分稳定等特点。铁矿成矿与早泥盆世早期细碧角斑质火山作用相伴,而铅锌成矿则与早泥盆世晚期长英质火山喷流沉积作用相伴。通过对麦兹盆地成矿地质特征和典型矿床中矿体分布变化规律的研究,认为北西向同生断裂、火山沉积洼地、火山喷发中心(火山机构)共同控制铅锌矿的产出,矿体还受到后期褶皱、变质作用的改造。根据有利层位、火山岩相、喷流沉积岩、热液蚀变、矿化组合、铁帽、控矿构造和地球化学异常等综合找矿评价标志,分析了可可塔勒矿区深部、什根特、铁热克萨依、H-48号异常的铅锌找矿潜力,并探讨了盆地内铁、金的找矿潜力,指出了进一步找矿的方向与有利地段。     

前陆盆地挠曲沉降正演模型的设计与实现——以库车古近纪陆内前陆坳陷沉降分析为例

本文以二维薄板弹性挠曲模型为基础,对模型进行简化和参数优化选取,并在VC++6.0环境下采用Windows视窗设计,实现了前陆盆地挠曲沉降的正演模拟系统.应用这一系统模拟分析了库车古近纪-新近纪前陆盆地的挠曲沉降过程.模拟结果表明,库车古近纪-新近纪前陆盆地的沉降曲线总体呈上凸型,具有典型前陆盆地沉降的特点,根据沉降速率变化可以把整个沉降过程分为四个部分,分别对应盆地的四个构造层序发育阶段,每一阶段呈不同的沉降特征,相邻两阶段之间存在一盆地回弹隆升、逆冲构造活动终止期,盆地遭受广泛剥蚀形成两个构造层序之间的不整合界面.正演模拟通过将沉降过程时间离散,精细设定不同时间段的构造负载,能够精细恢复前陆盆地的沉降过程和演化.     

金沙江“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用和沉积特征

古堰塞湖溃决洪水事件的重建是当前地学研究的热点问题之一,寻找足够的可参考的现代溃决洪水事件案例是顺利开展这项工作的基础。2018年11月13日发生在金沙江干流的白格堰塞湖超万年一遇的溃决洪水事件(学术界称之为“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件)就是一个难得的样本。这次溃决事件发生在枯水期,洪峰完全由溃决洪水产生,没有叠加其他来源,对评估流域地貌和沉积体系对堰塞溃决事件的响应有很好的参考价值。本文以溃决洪水事件受灾最为严重的奔子栏—石鼓段为研究区,通过详细的野外调查和初步的水力学估算发现“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用主要表现为洪水淹没区的岸坡塌岸和沉积物堆积,未发现明显的基岩侵蚀。沉积物主要由分选良好的具水平纹层的砂组成。受金沙江较低的河床比降影响,洪水产生的基底剪切应力较弱在27~142 N/m²,不能悬浮和搬运直径5 cm以上的砾石,也不能产生明显的磨蚀和冲(撞)击作用。在发生塌岸的部分段落,洪水沉积物中有砾石坠入,甚至会出现类似浊流沉积的层序。这些现象的发现对深入理解堰塞湖溃决洪水的复杂地貌过程和沉积特征有重要参考意义。     

扁铲探头贯入干砂的位移特征试验研究

扁铲侧胀试验（DMT）已在国内外岩土工程勘察、地基加固效果评价等领域中得到广泛应用。DMT的测试过程在扁铲探头贯入到测试位置后进行,因此探头的贯入过程对土体造成的扰动在一定程度上将直接影响测试结果。目前关于扁铲探头的贯入机理,以及贯入过程可能引起的土体扰动及其对测试结果的影响尚未研究清楚。通过室内模型试验手段,进行扁铲探头贯入不同初始密实状态下均质干砂的试验研究,分析了探头贯入过程中产生的土体位移场分布特征。试验结果表明：扁铲探头的楔形部和膜片所在的侧胀部贯入产生的挤压作用是引起土体变形扰动的主要原因;探头楔形部的贯入过程表现为向下和向斜侧面挤压土体,竖向位移量很小,产生向两侧扩展为主的扁状位移场,而探头侧胀部的贯入过程主要表现为向两侧面水平向挤压土体,产生半椭圆状水平位移场且分布范围明显更大,同时探头侧面表现为一定的剪切作用而产生较窄范围的竖向位移场。另外,扁铲探头贯入干砂产生的位移场受砂土初始密实状态的影响较小,主要表现为探头楔形部周围的位移场分布范围随密实度增大而扩大。     

深部地质钻探钻进过程流式大数据分析与动态预处理——以辽宁丹东3000 m科学钻探工程为例

深部地质钻探钻进过程数据价值密度低,传统方法难以在钻中流式大数据条件下有效去除尖峰、毛刺等各类钻进过程数据噪声。本文提出一种深部地质钻探钻进过程流式大数据分析与动态预处理方法,并成功应用于辽宁丹东3000 m科学钻探工程。首先,深入分析过程工艺和数据处理需求,建立深部地质钻探钻进过程流式大数据分析与动态预处理框架结构;然后,运用限幅滤波结合过程数据分布特征、司钻/机长人工操作经验去除过程数据中的离群值;接着,引入滑动窗口策略对流式钻进大数据进行动态处理,在每个窗口中运用Savitzky Golay滤波进一步提升数据质量。仿真实验和工程应用结果验证了本文方法具有很好的工程适用性和有效性。     

黄淮海平原晚新生代重大地质事件

晚新生代以来,青藏高原的隆升导致中国地貌格局、古气候系统及晚新生代沉积体系发生巨变。青藏高原以东至边缘海的广大区域形成统一水系,将巨量沉积物搬运至中国东部连续堆积形成黄淮海平原。太行山的隆升、边缘海陆架的沉降,黄河的贯通及晚第四纪大规模海侵等,深刻改造了黄淮海平原的自然环境,至今仍然影响其社会经济的发展,成为重要的科学问题。针对这些事件的研究,对于理解晚新生代黄淮海平原的形成和演化具有重要意义,也可为缓解该地区目前紧张的人地关系提供理论基础。对晚新生代黄淮海平原形成发育的构造地貌过程、黄河贯通和晚第四纪海侵等重大事件研究现状进行了综合分析,认为：①青藏高原隆升是黄淮海平原当今地貌及海陆格局形成的根本原因;②黄河贯通对黄淮海平原地表过程、水系演化及源-汇体系带来深远影响;③沿海地区晚更新世以来3次重要的海侵事件及相关的海陆相互作用,不但造成了沉积环境的变化,还形成了下切河谷特殊地貌景观;④晚新生代黄淮海地区重大地质事件的时间节点是中新世和晚第四纪。系统总结了黄淮海平原在构造-气候相互作用、地貌动态演化和年代学研究中存在的问题,认为未来亟需对黄淮海平原开展多学科系统性的工作。     

松嫩盆地北部林甸地热田供暖尾水处理试验

将混入污染物和杂质的地热尾水直接排向地表水体,会造成水、土环境污染,也会造成水资源的浪费。为高效减少地热尾水中污染物,实现供暖地热尾水的无害化排放,以林甸县花园镇供暖地热尾水为例,通过混凝沉淀、超滤、纳滤工艺开展供暖尾水处理的室内实验和中试试验研究,连续监测获取地热尾水各处理工艺运行参数,组合工艺稳定运行期间监测到溶解性总固体浓度由5 824.7 mg/L降为432.40 mg/L、氯化物浓度由3 010.13 mg/L降为194.16 mg/L、氟化物浓度由1.57 mg/L降为0.31 mg/L、硼浓度由4.04 mg/L降为1.62 mg/L。确定该区地热尾水处理的最佳组合工艺为采用超滤运行压力为0.1 MPa,纳滤膜为陶氏NF90,操作压力为0.60 MPa,进水量为0.8 m3/h。室内实验溶解性总固体去除率90.21%～92.49%,氯化物去除率91.63%～93.02%,氟化物去除率96.81%,硼去除率55.20%～55.69%。中试试验溶解性总固体去除率为92.62%;氯化物浓度200 mg/L,氯化物去除率为92.57%;硼浓度1.77 mg/L,硼去除率为55.7%,以上实验结果均达到相关规范标准。试验证明本工艺处理松嫩盆地北部林甸地热田供暖尾水是可行的,解决了供暖尾水处理中资源浪费和尾水回收利用的技术性问题,为地热资源可持续利用提供了新的途径。     

未来我国气体能源发展动向研究

"十四五"期间我国能源需求增速将有所放缓,但仍将处于高位,随着经济社会的不断恢复以及环境问题的显现,未来能源安全形势仍然严峻,及早建立清洁、高效、安全、多元化的现代能源体系,调整优化我国能源供给结构迫在眉睫.本文通过判断我国气体能源发展现状,构建气体能源优先发展评价指标体系,运用层次分析法与灰色关联度评价法对各气体能源进行对比分析得出,消耗排放、燃料热值、国际合作、政策扶持、生产成本、资源潜力、生产排放等因素对各气体能源发展影响最大;未来应优先发展致密气、页岩气、煤层气,理性发展煤制气,科学布局可燃冰开发规划;建议加大气体能源勘探投入,提高天然气供能比例,摸清页岩气资源家底,突破核心技术,提升环保监督、安全生产意识,优化统一现有政策.