西藏谷露地热田地热地质特征

西藏谷露地热田于2020年成功揭露到189.2℃的高温地热资源,研究谷露地热田地热地质特征,对西藏地热资源勘查开发和揭示高温地热系统成因机理都具有重要的科学与指导意义.本文以构造地质调查为基础,结合最新物探、钻探、水文资料,通过解析构造-水-热循环系统内在联系,总结构造控热规律,并建立了谷露地热田地热系统概念模型.谷露地热田内主要发育N-S向（F1、F3）、E-W向（F2、F4）和NE向3组断裂.大气降水与冰山融水沿盆地西侧九子拉-桑雄断裂下渗,经深循环加热以盆地西缘F1断裂为导热通道向上运移,由于受到南北两侧F2、F4断裂的阻隔作用,热水在F1和F3断裂组成的“Y”字型断裂系统内汇聚集中,形成热储,并在地表沿NE向和N-S向断裂构成的通道系统中运移排泄;盆地基底花岗岩之上覆盖的泉胶砾岩层对热储起到了良好的隔水保温作用;热田内第四系沉积很薄,热储主要赋存于基岩裂隙中,为基岩裂隙型热储.F1与F3构成的“Y”字型断裂系统是热储赋存的主要场所,谷露地热田地热资源勘查开发要以这两条断裂为重点勘查目标.     

2022年1月8日青海门源6.9级地震的震源区结构特征和b值意义初探

2022年1月8日1时45分青海省门源县发生M_S6.9地震.本文基于青藏高原东北缘水平分辨率为0.3°的地震层析成像结果,获取了震源周边区域的地壳浅部构造信息,包括波速、泊松比以及估计的裂隙密度和饱和率的空间分布.结果表明:此次门源M_S6.9地震发生在P波和S波波速剧烈变化的区域,靠近高速体的边缘.泊松比和饱和率同样都显示,门源M_S6.9地震发生在高低值变化的过渡区.地震活动参数分析显示,震前冷龙岭断裂带的震源周边区域显示出了低b值、较低的a值和高a/b值的特征,与龙门山—岷山构造带强震之前的情况类似.裂隙密度在冷龙岭断裂两侧呈现出显著差异,北侧高于南侧,这可能是震后现场科考发现的断裂带地表破裂北侧高于南侧的构造成因.     

降雨入渗对裂隙岩质边坡稳定性影响分析

既往,降雨入渗对边坡稳定性的影响研究,主要集中在土质边坡,对裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下的稳定性研究相对较少。本文以大理海东新城开发某地段的边坡工程为背景,基于有限元软件Midas GTS模拟降雨条件下该边坡的应力场和渗流场的变化,并运用强度折减法,采用数值方法计算出降雨入渗后的边坡稳定性系数,结合孔隙水压力和饱和度的变化分析,综合评价边坡稳定性变化情况。模拟结果发现:在降雨条件下,考虑裂隙发育时的计算结果与宏观观察结果基本一致;裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下,降雨通过裂隙渗入到边坡深部,此时边坡的稳定性系数和基质吸力都会显著、迅速降低,从而导致边坡极易发生失稳破坏;在降雨条件下,采用预应力锚索+排水沟+裂隙处理的方案对边坡进行综合处理,稳定性系数从原始的1.25上升到1.58,避免了边坡发生失稳破坏造成的安全隐患。该研究结果将为降雨条件下裂隙岩质边坡的工程治理提供了参考和依据。     

云南曲靖地区筇竹寺组泥页岩储层发育特征与影响因素

以云南曲靖地区筇竹寺组泥页岩为例,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜、高压压汞、常规扫描电镜等实验技术手段,探究泥页岩储层微观储集空间的发育类型与特征。结果表明：筇竹寺组泥页岩储层孔隙成因复杂,类型多样,主要发育的微观储集空间类型包括有机质孔隙、粘土矿物孔隙、颗粒矿物孔隙、微裂隙等,以有机质孔隙最为发育,提供了主要的储集空间;孔隙度介于1.59%~11.33%之间,平均值达到了5.0%,小孔、微孔所占储集空间比例约56.5%,中孔和超大孔所占比例为34.0%,大孔相对较少。控制筇竹寺组页岩孔隙发育的因素主要有TOC、矿物组分和成岩作用,TOC是影响筇竹寺组页岩储层孔隙发育的主控因素,也是提供页岩气主要储存空间的重要物质。     

初始裂隙对岩溶水紊流形成的影响

岩溶地区地下发育着大量的溶洞和地下河管道,地下水流状态既有层流也有紊流,而紊流是溶洞管道形成的重要条件。紊流的形成受到岩石初始裂隙的影响,初始裂隙的张开度、分布、走向、迹长、密度等因素都影响着裂隙发育过程中水流状态的变化。通过对不同统计特征的初始裂隙网络进行水流和溶蚀的数值模拟发现,以张开度标准差反映的裂隙网络非均匀性越强,模拟紊流出现的时间就越早;主要裂隙的存在使裂隙网络的非均性增强,主要裂隙与水力梯度总方向的角度越小,紊流出现的时间就越早;当裂隙平均迹长过小时会导致裂隙连通性较差,影响裂隙水流和溶蚀作用;裂隙密度,尤其是主要裂隙密度,对岩溶发育的影响较大。相对于次要裂隙,如果主要裂隙密度偏小,紊流形成时间会大大增加,甚至很难形成紊流。当初始裂隙张开度小于0.001 cm,增大水力梯度仍没有紊流发生,岩溶几乎不发育。      

玄武岩纤维堵漏体系在高海拔非开挖钻进中的应用研究

高海拔地区实施非开挖水平定向钻进时,裂隙发育地层的泥浆漏失不仅会影响泥浆的有效循环,还会形成大量的岩屑床,导致钻具过度磨损、摩阻异常增大、有效孔径减小等问题。针对西藏某地钻遇花岗岩裂隙,采用近景摄影测量技术对其进行量化表征,得到该区裂隙地层的缝宽<4 mm;提出采用玄武岩纤维作为裂隙封堵主剂,并建立随钻玄武岩纤维堵漏配方体系,实验结果表明：采用3、6和9 mm多级组合的玄武岩纤维堵漏效果最好,3 mm纤维复合惰性材料形成骨架结构,6和9 mm纤维可发挥一定强度的“加筋”作用。现场随钻实验结果表明：采用玄武岩纤维堵漏后,泥浆中固相含量下降幅度减少了13.14%,有效保障了长距离裂隙山体的有效、绿色、安全钻进。     

基于3D-DIC的砂岩裂纹扩展及损伤监测试验研究

裂纹监测对岩石损伤演化的认识至关重要。为研究岩石裂纹扩展及损伤变形特性,开展了含不同倾角（0°～90°）预制裂隙的标准细黄砂岩样的单轴压缩试验。利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）获取岩样三维空间坐标下的应变分布,并结合声发射从光学与声学的角度监测了裂纹的扩展演化。由此提出了一种裂纹主应变的计算方法,定量表征岩石劣化的损伤变量D值。最后,探讨了由声发射与损伤变量D值确定岩样特征强度的影响因素。结论如下：（1）裂纹主应变反映了岩样受荷过程中同源裂纹在时间上的变化速率与空间上的扩展趋势,能较好地表征岩石的开裂行为;（2）声发射适用于确定岩样的起裂应力,不适用于损伤应力的确定,损伤变量D值所确定的起裂应力滞后于声发射,但适用于损伤应力特征值的确定;（3）结合声发射与DIC技术确定的归一化起裂应力范围为0.63～0.94、归一化损伤应力的范围为0.83～0.99;（4）预有裂隙会影响岩石的材料力学性能。随着倾角的增加,岩石的起裂应力、损伤应力及峰值应力呈增长的趋势,由于难以形成局部应变场聚集,裂纹的萌生与起裂更加困难。结果表明,3D-DIC技术的利用可以提高对岩石开裂行为的理解,对岩石的损伤监测与判识更有重要的意义。     

基于CT三维重建的注水煤岩体裂隙扩展规律研究

针对煤层注水防尘过程中注水压力设置不合理、注水渗流效果差等问题,采用CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法,构建了可以表征注水煤岩体内部孔裂隙结构的三维细观非均匀渗流损伤数值模型。通过对经过CT三维重构的煤岩模型进行不同注水压力的渗流损伤模拟,研究了煤层注水压力对煤样的渗流破坏、渗透率演化及声发射特性变化的影响;并通过对重构的煤岩模型进行缩放处理,研究了煤岩尺寸对煤样的渗流破坏和声发射变化的影响。研究结果表明：在煤样微观裂隙扩展过程中,随着注水压力的递增,煤样损伤单元数、渗流运动的渗流场分布范围、渗透率、声发射数目和能量总体呈上升趋势,局部范围内有波动发生,发生波动的原因是由于渗流运动的渗流场与煤样裂隙内部应力场发生临界反应,致使煤样破坏单元位置发生改变;煤样渗透率由3.82×10−5 μm2上升至0.314 μm2,孔隙率由5.45%上升至48.45%,揭示了煤岩体裂隙总体上随注水压力增大而不断扩展贯通,局部上随注水压力增大而扩展趋势有所下降的影响规律;随着煤样尺寸的增加,注水破坏后煤样的孔隙率呈现先下降后逐渐平稳的趋势,声发射特性变化趋势正好与之相反,表明煤样的尺寸对注水煤岩渗流破坏有显著影响,但当煤样尺寸超过40 mm时,煤样尺寸对注水煤岩渗流破坏的影响趋于稳定。CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法能够有效模拟注水煤岩的裂隙渗流扩展行为。     

基于裂隙形状函数的自然环境高温下花岗岩裂隙尖部非线性温度场

高温环境下,南方地区隧道洞口段岩体温度波动剧烈,长期累积作用引起隧道热病害。针对岩体裂隙尖部热传导性质非线性,应用格林函数法和镜像法建立裂隙岩体三角形热源函数表达式,计算裂隙尖部温度场,并分析裂隙形状参数和裂隙间相互作用的影响。计算表明,太阳辐射时段内裂隙岩体内部较不含裂隙岩体内部温度高;相同长度的三角形裂隙,顶角越大岩体温度变化幅度越大;对于平行裂隙与共面裂隙,间距越小裂隙尖部温度场叠加效应越强,间距越大温度值越趋于单裂隙温度值。裂隙岩体比不含裂隙岩体温度传递快,温度等值线围绕裂隙呈现,裂隙周围温度明显升高。研究结果为高温环境下隧道洞口裂隙岩体热应力分析提供理论依据。     

裂隙黄土边坡三维稳定性极限分析

黄土边坡中竖直裂隙的发育往往会对边坡稳定产生影响。相对于平面应变机制,建立三维破坏机制下边坡稳定性分析方法更能接近实际边坡失稳情况。基于塑性极限分析上限法,考虑预先存在竖直裂隙的三维黄土边坡不同破坏机制（坡面破坏、坡脚破坏和坡底破坏）,建立能量平衡方程及其无量纲临界高度值γH/c表达式,采用随机搜索法得到了临界高度的上限解。分析了约束宽度、边坡坡度、内摩擦角以及裂隙深度对三维竖直裂隙黄土边坡临界高度值的影响。结果表明：对于坡脚破坏机制,临界高度值随着裂隙深度的增加而减小,减小至临界裂隙深度 (δ /H)_min后,裂隙深度的增加不再影响临界高度值;临界裂隙深度随着坡度β 的增大而增大,随着内摩擦角φ 的增大而减小。当约束宽度B/H<0.8时,大多数破坏机制为坡面破坏。当约束宽度B/H=0.8、内摩擦角φ =10° 及约束宽度B/H=0.6、内摩擦角φ =15° 时,边坡的破坏从坡面破坏机制逐渐过渡到坡脚破坏机制。存在竖直裂隙的黄土边坡比完整边坡具有更小的临界高度,约束宽度及内摩擦角会对三维黄土边坡破坏机制产生影响。