膨胀土工程地质特性研究进展

根据近年来国内外学者围绕膨胀土工程地质特性取得的研究成果,着重从胀缩性、裂隙性、超固结性、强度、渗透性、微观结构及工程处治技术等几个方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识:（1）胀缩性主要取决于强亲水性黏土矿物含量、水/力边界条件及初始状态,在干湿循环条件下具有不可逆性,关于胀缩机理学界存在不同的观点;（2）裂隙性是膨胀土区别于一般土体的显著特征之一,裂隙的存在会极大破坏土体的整体性,弱化力学性质,是许多工程地质问题的直接或间接原因,裂隙形成过程与膨胀土矿物成分、微观结构和干燥过程中的内应力发育状态有关;（3）超固结性使膨胀土具有较大结构强度和水平应力,易在开挖过程中引起较强的卸荷效应,是促进边坡失稳的重要因素;（4）膨胀土的强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,并最终趋于稳定,其中裂隙发育和土结构调整在此过程中起关键作用;（5）渗透性在很大程度上受裂隙的控制,但目前关于两者之间的定量关系还缺少系统研究;（6）微观结构反应了膨胀土的形成条件和应力历史,是决定其宏观物理力学性质的主要因素,开展微观结构研究是掌握膨胀土宏观性质本质规律的重要途径。在工程处治技术上,本文重点介绍了近些年发展起来的膨胀土路堤物理处治技术和路堑边坡柔性支护技术。最后,针对该课题的研究现状,笔者提出了今后的研究重点和方向,主要包括胀缩性和力学性质的各向异性、裂隙形成的力学机理、裂隙形态特征与工程地质特性之间的定量关系、宏-微观力学模型耦合问题及多场耦合作用下膨胀土工程性质响应特征等。     

桂中—南盘江地区黔水地1井打屋坝组页岩储层含气性及可压性评价

桂中—南盘江地区的黔水地1井在直井钻探过程中获得了稳定的页岩气流,取得了石炭系打屋坝组良好的海相页岩气发现。基于钻井、录井、测井、测试资料分析,通过对打屋坝组页岩储层岩相、有机地球化学、物性、裂缝发育程度和含气性等开展综合研究,解释了研究区页岩储层的含气性及可压性。研究发现：(1)打屋坝组为一套从碳酸盐斜坡相的下斜坡亚相过渡至台盆相的巨厚泥页岩层系,其中打屋坝组一段上部—三段中下部发育好—优质烃源岩,天然裂缝发育,气测全烃最大值63.41%,解吸气量平均值1.08 m³/t,具备良好的页岩气生成条件和资源潜力;(2)主要含气层段的脆性矿物含量为31%～94%,泊松比平均值为0.31,体积弹性模量平均值为27.2 GPa,破裂压力为29.7～48.5 MPa。综合评价显示该套地层具备较好的破裂潜力和裂缝保持能力,大规模体积压裂容易形成复杂裂缝网络,该套地层压力较高,具备压裂形成工业产能的条件,可作为下一步勘探开发的目标层段。     

基于地震反演方法的奥陶系顶部含隔水层探测

在山西阳泉泊里矿区,太原组K₂灰岩是15号煤层上部主要的含水层,查明其富水分布特征对上下组煤层安全开采至关重要。为了准确得到K₂灰岩的富水分布区域,首先,利用常规的波阻抗反演获取精确的K₂灰岩空间展布特征。然后,结合皮尔逊相关系数法与交叉验证−逐步回归法优选出9种地震属性,构成网络的训练数据。此外,引入适合于时序数据处理且能够捕捉测井曲线前后相关性的长短期记忆神经网络(LSTM),构建智能化、多变量LSTM视电阻率预测模型,以精确地预测研究区视电阻率进而得到地层富水性分布特征。同时,分别利用常规多属性回归算法与多变量LSTM模型在井点位置建立电阻率测井曲线与地震属性井旁道之间的映射关系。最后,将井点处训练好的网络模型推广至无井区得到全区视电阻率体,根据视电阻率值的高低、矿区地质构造与陷落柱发育情况圈定灰岩富水区。实际数据的测试结果表明：与常规多属性回归算法相比,多变量LSTM模型预测误差小,与测井相关系数高,说明多变量LSTM模型可以更加精确地预测出工区视电阻率,在含煤地层的富水性预测中有较好的应用价值。\t\t\t\t

     

考虑裂尖塑性区影响的水力压裂缝高计算模型

储层可压性的准确评价是储层压裂设计和压后产能评估的重要前提。目前,采用岩石力学参数进行页岩可压裂性评价取得了较好的现场应用效果。因此,如何准确获取岩石力学参数成为至关重要的问题。通过建立一种基于物理信息约束的神经网络模型,该模型采用物理和数据双驱动,仅使用少量数据就能够实现岩石力学参数的准确预测。为验证模型性能的优异性,采用人工神经网络、随机森林和XGBoost模型与之进行对比。结果表明,物理信息约束的神经网络在少量数据下预测岩石力学参数的平均准确率高于95%,性能远优于其他模型。采用物理信息约束的神经网络预测得到弹性模量、泊松比、抗拉强度和断裂韧性4种岩石力学参数,基于岩石力学参数对储层可压性的影响,建立了基于脆性指数和力学参数的可压性评价方法。最后,以渤海湾盆地沧东凹陷K2段不同储层可压性为例进行验证。结果表明：研究区整体可压性较好,其中,纹层状混合质页岩可压裂指数高于0.7,可压性良好;纹层状长英质页岩、厚层状灰云质页岩和薄层灰云质页岩可压裂指数均处在0.4~0.7,可压性中等。评价结果与实际施工现场各储层日采油量进行对比,证实了可压性智能评价方法的可靠性,该方法可以推广至页岩储层可压性评价工作中。

     

新拌不同液限淤泥固化土流动性试验研究

流态固化淤泥可用于基坑肥槽、道路路基等浇筑工程,其流动性是保障施工质量的重要因素,但不同液限新拌固化淤泥流动性缺乏系统研究,开展相关研究具有重要实践意义。通过对6种不同液限（wL=27.2%～62.0%）淤泥与固化淤泥开展流动度与黏滞性试验,揭示了固化材料掺量、含水率、液限三因素对淤泥和新拌流态固化淤泥流体流变特性的影响规律,并建立了流动度和黏滞剪切力的计算方法。研究表明：固化材料的掺入使新拌固化淤泥流动性下降明显,但掺入量超过5%后,降低幅度减缓,超过10%后,流动度基本保持不变;初始含水率越大,新拌固化淤泥流动性越好;含水率在wL附近时,固化淤泥流动度变化较小,超出wL一定倍数后,其流动度才明显增大,且wL越小,该数值越大,当含水率超过一定限值后,流动度增速减缓,该限值与土体wL呈正相关关系。在此基础之上,提出了淤泥和新拌淤泥固化土流动程度与淤泥wL间的幂函数关系,建立了不同wL新拌固化淤泥剪切力双曲计算模型。成果可为新拌固化淤泥的设计和施工提供参考。     

基于TBM掘进性能和适应性分析的围岩分级方法及应用

煤矿巷道变化的围岩地质条件影响着全断面岩石掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)的推广应用,准确评估煤矿岩体可掘性和岩层TBM适应性对TBM高效施工至关重要。基于对岩体参数和岩体可掘性指标的评价,采用优劣解距离法(TOPSIS)建立了岩体可掘性分级模型,并结合不同地质条件的[BQ]值和TBM利用率的相关性分析,提出了岩层适应性分级模型。以日掘进速度为判断指标,进行岩体可掘性和岩层适应性评估,建立了一套基于TBM施工性能的围岩综合分级方法,采用河南平顶山首山一矿底板瓦斯抽采巷道TBM掘进过程中的工程数据,对TBM围岩综合分级方法进行了现场应用。结果表明：在岩体可掘性等级为Ⅰ级,地层TBM适应性等级为3级的条件下,TBM施工巷道平均月进尺可达到400 m;当TBM利用率不足20%时,极有可能会出现卡机、出渣困难等现场问题。围岩综合分级方法通过利用自动采集的TBM掘进数据和围岩性质的综合分析,能够动态评估TBM在不同围岩地质条件下的施工性能,并为TBM掘进控制参数设计提供了理论依据。     

滇西南翁孔坝铜多金属矿床热液蚀变分带及元素迁移规律

翁孔坝铜多金属矿床是近年来滇西南地区新发现的矿床之一。尽管前人在区域内开展了大量的研究,但对该矿床却鲜有涉及,因其热液蚀变特征及其地球化学找矿标志不明,制约了该矿床的深部找矿勘查工作。笔者等在矿化—蚀变矿物组合研究的基础上,对矿区内典型纵向剖面中各蚀变带的样品开展了元素地球化学定量分析,采用质量平衡计算方法和热液蚀变指数定量分析手段,研究矿化蚀变带中元素迁移特征。结果表明,热液蚀变具有明显的垂向分带特征,可划分为强方解石化带、绿泥石化带和弱硅化带。其中,强方解石化与铜矿化密切相关,方解石化和绿泥石化与铅锌矿化密切相关;从玄武质安山岩(围岩)至强方解石化带,热液蚀变指数(AI)整体呈递增趋势■,指示蚀变强度逐渐增强。CaO的迁入率■、Cu的迁入率■、TFe₂O₃+MgO的迁入率■和Pb的迁入率■整体上均呈正相关,反映出强方解石化和绿泥石化热液蚀变是该矿床的重要找矿标志。     

基于短波红外技术的西藏多龙矿集区铁格隆南矿床荣那矿段及其外围蚀变填图-勘查模型构建

采用短波红外技术测量西藏多龙矿集区铁格隆南矿区地表岩石样本,发现蚀变矿物主要有绢云母和绿泥石,并在地表形成了一套从绢英岩化带-青磐岩化带的具有斑岩特点的蚀变矿物组合特征。通过测量地下ZK0804,ZK1604,ZK2404,ZK3204四个钻孔岩心的短波红外特征,发现钻孔岩心中存在大量明矾石、高岭石、地开石和绢云母,在东西向展布的过程中,绢云母数量及厚度明显增大,有继续向下延伸的趋势,说明矿体向深部逐渐从富含明矾石、地开石、高岭石的高硫、低温类型的矿物组合向绢英岩化带转变,并构成了规律的蚀变分带系统。根据地表、地下岩（矿）石的短波红外光谱特征及蚀变矿物分布趋势,构建了基于短波红外勘查技术的多龙矿集区斑岩-高硫浅成低温热液型铜（金）矿床找矿勘查模型,总结了从钾化带-绢英岩化带-泥化带-高级泥化带（明矾石-地开石-高岭石组合）-青磐岩化带的一套完整蚀变矿物组合及光谱特征。     

辽宁凤城荒甸子金矿床地质特征及成因探讨

荒甸子金矿床位于辽东金矿化集中区青城子矿田北东部,矿体严格受地层和构造双重控制,并与印支—燕山期岩浆侵入体相关密切。文章通过对荒甸子金矿床成矿地质背景和主矿体60号金脉带地质特征的阐述,说明金矿体与地层、构造、岩浆岩三位一体的关系,为下一步的找矿工作指明方向。     

利用重复性和再现性的估计值评估测量不确定度

利用标准分析方法重复性、再现性的估计值,对EDTA容量法测定铜铅锌矿石中铅含量的结果进行不确定度评定,检验了参与协作试验的7个实验室偏倚分量的显著性及方法的重复性,当协作试验实验室偏倚及方法精密度处于控制范围时,测量不确定度主要与方法的再现性有关。为按相关标准进行协同试验建立的标准测试方法,提供了一种经济有效的测量不确定度评定方法。