岩石破坏过程磁场效应实验研究及其对地震预报的意义

地震前岩石圈存在可观测的磁场前兆异常, 岩石破坏过程的磁场效应规律却鲜有研究.本文设计建立了岩石破坏磁场效应监测实验系统, 测试分析了岩石破坏过程磁场与载荷、声发射、电磁辐射之间的关系, 探讨了岩石破坏磁场产生机制与岩石破坏磁场效应对地震预报的意义.结果表明: 岩石在受载破坏过程能够产生磁场, 磁感应强度与载荷变化存在良好的对应关系.在受载前期, 磁感应强度波动增加, 受载中后期, 磁场强度显著增加; 主破坏发生时, 磁场强度快速增加并达到最大值.磁感应强度与累积声发射计数平均相关系数达到0.825, 呈高度相关, 表明磁场变化能够反映岩石的变形破坏阶段和状态.岩石破坏磁场的产生主要与电性变化有关, 运动电荷或电流的变化产生了磁场.岩石破坏磁场与电磁辐射同属于电磁信号, 磁场是一种极低频、连续、脉冲式的信号, 信号频率一般为0~20 Hz; 电磁辐射是一种瞬态、阵发性的电磁波, 信号频率一般为kHz~MHz.相对于电磁辐射, 磁场前兆异常先出现, 岩石破坏的磁场监测结果对于评估地震的临震预报具有显著的意义.

     

近海地下石油储备库海水入侵风险研究

地下石油储备库于近海处建立,可降低石油运输成本,同时有较强的军事意义。但是临近海岸线,海水易入侵库区,导致库区内金属结构腐蚀,使储备库的使用年限降低。以某近海地下石油储备库工程为背景,构建了综合断层、节理密集带、导水通道等15种地质结构的精细化三维水文地质模型,研究了库区自然状态下和运行期的地下水渗流场及溶质运移场,模拟海水入侵风险。研究表明：（1）自然状态下地下石油储备库无海水入侵。（2）运行期只在洞库顶部以上25 m处设置四周超出洞室50 m、水幕孔间距为10 m、孔径0.11 m的水平水幕时,不能有效防治海水入侵。（3）洞库运行9 a时,3#洞室东南侧Cl−物质的量浓度超过7 mol/m3,海水开始入侵洞室群;运行22~23 a时,海水入侵速率最快;运行41 a 时,3#洞室东南侧Cl−物质的量浓度超过143 mol/m3,海水入侵达到对钢筋的强腐蚀程度;运行50 a时,除1#洞室外其余所有洞室均受到海水入侵,3#、4#洞室有部分区域达到强腐蚀程度,海水入侵最严重。建议增设垂直水幕等设施,以增强对海水入侵的防治。研究成果可为近海地区地下石油储备库抑制海水入侵提供借鉴。     

钻屑量采样技术分析及改进

用钻屑量指标预测煤与瓦斯突出时,由于采样装置落后和操作不规范等原因,导致预测结果可靠性降低。从现场实际操作方面分析了造成误差的主要原因,提出采用抽吸方法收集钻屑。在现有的采样设备基础上进行了技术改进和实验验证。结果表明,改进后的防突采样钻机在采样准确性、效率等方面都有显著提高。     

煤岩破坏声发射强度长程相关性和多重分形分布研究

通过单轴加载煤岩破坏全过程声发射试验,运用多重分形消除趋势波动分析法（MF-DFA）,分析了声发射强度序列的长程相关性及多重分形特征,在此基础上研究了不同应力水平下声发射强度序列长程相关指数H的变化趋势。结果表明：声发射强度时间序列内部波动不是完全随机的现象,而是由内在自相似机制决定的长程相关过程,其波动是一个有序的多重分形分布;H的变化与煤岩体的变形破坏过程能够较好的对应,声发射强度H值的“最大-减小”模式可以作为煤岩体失稳事件的前兆,这为利用声发射进行煤岩体稳定性现场监测预报提供了新的理论依据及方法