不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率定量模拟

通过风洞实验,利用称重传感器自动记录风蚀观测样方重量变化过程,对供沙条件下不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率进行了定量模拟研究。结果表明:砾石覆盖度是影响戈壁风蚀速率的关键因子,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加按指数规律递减。各实验风速下,砾石覆盖度>50%时,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加而减小量有限,甚至无风蚀发生;而盖度从10%到50%时,风蚀速率显著减小。因此,两种实验粒径砾石(3 cm与4 cm)至少在50%盖度时才能达到较好的风蚀防治效果。戈壁风蚀防护机理主要是砾石覆盖度的增加增大了砾石间沙粒的临界起动剪切风速,而且减少了作用在砾石间可蚀地表的剪切压。与沙质对照床面相比,10%~90%砾石盖度戈壁床面沙粒临界起动剪切风速增大了0.8~3.4倍,只有0.5％~28%的剪切压作用在砾石间可蚀地表。     

用于砾石夹层钻进的新型PDC钻头的研制与使用

无压浸渍工艺生产的PDC石油钻头钻遇砾石夹层不适应。根据砾石夹层砾石坚硬、软硬互层、非均质、研磨性强的特点，研究了新型PDC钻头，在钻头结构上主要采取外抛内锥带辅助切削齿的结构形式，在复合片上主要采用非平面结合方式，即采用双向多条直槽非平面结合。按此方案设计与生产了3只钻头，分别在3口井试用，直接钻穿砾石夹层馆陶组地层井段，钻井效率提高26%，突破了砾石夹层钻进不能使用PDC钻头的禁区。     

宜昌砾石层的沉积环境及地貌意义

宜昌砾石层上覆中更新世网纹红土,下伏白垩纪红层,共有22个岩性层组成,总厚超过100m。通过对宜昌地区剖面出露砾石层的沉积相分析表明,善溪窑和云池剖面由下至上出现冲积扇扇中-扇根亚相;李家院剖面与上述两剖面间有沉积间断,由下至上出现冲积扇扇端-扇中亚相。粒度分析也证明了该砾石层中的砂体属冲积扇中的辫状水道沉积,与沉积相分析所得结论一致。研究认为,宜昌砾石层具有典型的冲积扇沉积环境特征,主要为冲积扇扇顶部分。该冲积扇在宜昌东南地区如此大规模的发育,显示其形成时具有强大的水动力条件,通过对其形成的地貌环境意义进行探讨,初步认为,该冲积扇为长江三峡贯通的产物。据前人研究推断,宜昌砾石层的形成时代应该在1.08～0.73MaB.P.,三峡贯通应在1.0MaB.P.之前。     

以计算流体动力学模型（CFD）模拟的戈壁地表风沙两相流运动特征

尘暴过程中沙砾质戈壁地表的风沙两相流运动,一直是风沙物理学关注的问题。但由于技术限制,野外观测及风洞实验难以捕捉大规模颗粒运动。为此,本文通过构建流体-颗粒碰撞互馈模型进行三维场域数值模拟,分析了不同砾石盖度下尘暴来流中的风沙两相流运动规律。结果表明：基于三维场流体-颗粒碰撞互馈模型修正后的求解结果能够较为准确地模拟戈壁地表风沙两相流运动过程。(1)不同来流尘暴过程,风相速度均会随砾石盖度的增大而减小,并在砾石盖度大于40%的戈壁近地表形成拜格诺焦点。相较于风相,沙相降速不明显。此外,距砾石床面4 cm以上,风沙两相速度基本保持一致。(2)当尘暴速度大于10 m·s^-1时,在距地1.5～2.1 m高度形成风沙两相流速度交点,交点上下表现为“风快沙慢”及“风慢沙快”现象。(3)尘暴过程中近地表沙尘浓度沿均值线呈“脉动”规律,表现为地表粉尘沉降与再释放循环过程,同时砾石盖度大小会直接影响沙尘沉积分布,当盖度大于40%时能够有效抑制沙尘释放。     

哈尔滨居仁砂砾石剖面沉积特征及其环境意义

前人将黑龙江宾县居仁镇的砂砾石层（居仁剖面）视为罗家窝棚组,成因类型为早更新世早期的冰碛物堆积。然而,居仁剖面和罗家窝棚组的研究极为薄弱,极大限制了该地层所记录的区域构造—地貌—气候—水系演化信息。选择居仁剖面为研究对象,对其沉积学、矿物学和元素地球化学特征进行研究。结果表明,居仁剖面砾石风化程度较低、分选差、磨圆较好、无定向性,砾石成分以陆源碎屑岩（43%）、花岗岩（28%）和石英质（26%）为主,凝灰岩和流纹岩少量出现。重矿物组成以绿帘石（42%）和锐钛矿（9.9%）占绝对优势,其次为白钛石（8.7%）,重晶石（15.2%）、黄铁矿（14.5%）和萤石（11.3%）在个别样品中大量出现,其他重矿物含量较少。元素地球化学揭示了居仁剖面沉积物弱—中等的化学风化程度,大部分沉积物经历了首次循环以及其长英质的母岩属性。与罗家窝棚组标准地层的沉积学特征对比,沉积物的颜色、固结程度、沉积物结构、地层结构、沉积物成因类型以及地貌特征等都存在显著差异。因此,居仁剖面不是罗家窝棚组,成因类型为湖滨或河流入湖三角洲沉积。上述研究对于哈尔滨地区第四纪地层的划分和早更新世区域环境的重建有重要意义。     

岩石释光埋藏测年中砾石晒退程度的快速评估

信号晒退是释光测年的前提。最近几年发展起来的岩石释光埋藏测年技术,可以依据释光-深度曲线判断砾石样品释光信号晒退程度,这是该技术的一大优势之一。已有的测年实践显示,在不均匀晒退的沉积环境中,可能仅有少数砾石释光信号晒退良好,而大部分砾石年代高估。因此,非常有必要发展快速判断砾石释光信号晒退程度的方法,以提高测量效率。本文介绍了砾石释光信号晒退的几种常见情景及其筛选的理论基础,基于砾石释光信号由表及里晒退的事实,以及砾石表层剂量率变化大、测试深度需要、岩片平整度等的考虑,尝试将砾石表面约2 mm的释光信号与饱和释光信号进行对比,并结合统计分析方法(文中称“表_{~2 mm}/饱和信号法”),判断来自青藏高原东部横断山脉雀儿山北麓当子沟(32.1°N,98.9°E) 的典型不均匀晒退环境——冰川沉积的159个花岗岩冰水砾石的释光信号晒退程度。通过建立39根岩芯的完整释光-深度曲线,验证此方法可用于快速识别沉积前释光信号晒退良好的砾石。在此基础上,初步探讨了砾石释光信号晒退程度与沉积环境、砾石大小、磨圆度、球度、结构、砾石ab面方向间的关系,刻划释光信号晒退良好砾石的表观特征,以辅助岩石释光埋藏测年野外采样。

     

洞庭盆地中更新世洞庭湖组砾石特征及其意义

对位于洞庭盆地安乡凹陷东南部的两护村ZKC1孔中更新世洞庭湖组砾石层进行了粒度和砾态的统计分析.结果表明,砾石的粒度变化反映出2个较大尺度的由大→小的旋回,早旋回由洞庭湖组下段砂砾层组成,晚旋回由洞庭湖组中段上部的砂砾层组成,反映出中更新世早-中期安乡凹陷的两次由慢→快的幕式沉降过程.在上述2个大的粒度旋回之上,叠加有多个更小尺度的砾石粗、细变化,主要与气候干湿的频繁波动有关.洞庭湖组中段顶部砾石的磨圆度明显偏低,反映其沉积时期盆地沉降和周缘隆起区抬升活动的增强.     

雅安地区青衣江流域第四纪阶地特征分析

雅安青衣江流域阶地非常发育。通过砾石的岩性、粒度、扁平面的统计,研究区阶地砾石主要来源于青衣江上游地区,在万古场古青衣江流向由北东改为向东,在阳坪现代青衣江流向一致为东南,流速有逐渐减小的趋势。根据阶地测年和阶面相对高程分析,从早更新世至全新世本区至少有7次构造抬升,万古场阶地最大抬升幅度达85 m,最大抬升速率为0.532 mm/a,阳坪阶地抬升幅度最大达到52 m,最大抬升速率为1.25 mm/a。     

砾石单元法与SPH耦合模型在数值波浪水槽中的应用研究

为研究以流体粒子描述波浪运动,以固体单元描述砾石运动的两相介质大变形运动,在港口、海岸工程科学研究中具有重要意义。本文提出砾石单元法(GEM),介绍了光滑粒子动力学方法 (SPH)和GEM的基本原理,阐述了GEM与离散单元法(DEM)的异同之处,说明了采用SPH方法与GEM构建波浪砾石耦合运动数学模型的方法和过程。应用SPH方法建立数值波浪水槽,用GEM模拟波浪作用下堆积砾石的滚落、坍塌变形,构建了SPH方法与GEM耦合数学模型。模拟了水槽造波和波浪生成过程和波浪作用下砾石的滚落、坍塌变形,并与物理模型试验成果进行了比较,结果基本吻合。本文提出的GEM法具有模拟单相堆积砾石运动和堆积砾石与流体粒子耦合多相介质运动的功能,是对DEM法的补充和改善。本文提出的堆积力学球概念和拟序排列求解方法是砾石单元法的重要组成部分。