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。     

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。     

涿鹿盆地三维多裂隙地质模型地温场数值模拟

地温场预测是地热资源储量评价的重要前提,深部裂隙岩体渗流-传热耦合温度场研究正受到越来越多的关注。涿鹿盆地是新生代地堑式断陷盆地,地表温泉出露点多,地热资源丰富。依据实际地质调查结果和3条地球物理勘探测线解译的地质构造剖面,建立了矿场尺度的涿鹿盆地三维不平行多裂隙地质模型和地热成因模型,赋值调整参数,得到考虑地下水流动情况下多裂隙岩体渗流-传热数学模型,模型的合理性得到验证后,模拟计算了盆地内部温度场,指出盆地地热异常区集中在盆地中心蓟县系(70℃左右)和盆地北东长城系部位(90～98℃),最后研究分析了水力梯度的变化对盆地内部温度场的影响规律。研究结果为涿鹿盆地或同类型地区地热资源勘探、评价和开发利用提供一定的依据。     

巨厚松散层下煤层开采的抗渗透性破坏和煤柱安全性研究——以口孜东矿为例

随着深部煤炭资源的枯竭,浅部煤层上巨厚松散层水体成为淮南矿区不可忽视的安全隐患,预留煤柱的安全性评价显得尤为重要。本文以口孜东井田为例,通过全面系统地收集整理口孜东矿近年来井上、下补充探查、矿井水动态长期观测、井下采掘工程揭露的地质和水文地质资料,通过数值模拟和理论分析方法得出以下几点认识。(1)以矿区经典块段的钻孔柱状图为依据,建立基于FLAC3D的力学模型,按步长模拟工作面回采,通过观察分析位移云图、最大主应力图、塑性破坏图来认识开采覆岩破坏规律并分析导水裂隙带高度约为56.6 m,导水裂隙带无法发育至含水层高度;(2)根据口孜东矿的水文地质资料,建立基于GMS(Groundwater Modeling System)的水文地质模型,采动引起的覆岩弯曲变形导致了其垂向渗透系数和水力梯度发生变化,将FLAC3D中采动对模型产生的应力影响作为依据,将应力大小转化为弯曲带的垂向渗透系数作为变量在GMS模型中体现出来,校核模型准确性并观察开采前后的渗流场变化,发现渗流场产生的变化非常微小,也保证了留设煤柱的安全性;(3)分析涌水溃砂的控制因素,结合矿区抽水试验数据,利用计算机建立迭代计算程序,计算四含与红层的临界水力梯度分别为J_cr四含=1.66、J_cr红层=1.62,得出各个点位的临界水头高度取值范围在10~25 m之间,远低于实际水头值,从抗渗透性破坏方面评价了煤柱的安全性。目前在含水层下开采煤层时防水煤柱的留设依据主要是采高、煤层倾角、顶板岩性及其力学性质等因素,而未考虑含水层的水理性质及其在渗流场发生变化后的改变,亦未考虑基岩风化层的上述性质,本文通过对巨厚松散层下开采的覆岩破坏规律、含水层渗流场变化及抗渗透性破坏的联合研究,为评价煤柱的安全性提供了科学的方法和依据。     

基于颗粒识别分析系统的碎屑流堆积物颗粒识别和统计方法研究

碎屑流堆积物颗粒识别和统计是碎屑流灾害的研究重点。文章基于图像处理孔隙（颗粒）及裂隙图像识别与分析系统（PCAS）,以贵州纳雍普洒村崩塌-碎屑流为例,结合纳雍崩塌堆积物粒径实测结果,通过阐释识别过程中阈值、孔喉封闭半径、最小孔隙面积的参数意义,研究PCAS软件在碎屑流颗粒识别与统计中的应用,并提出了颗粒识别时这些参数的选取方法。分析结果表明:（1）PCAS能自动准确地识别碎屑流堆积物颗粒与孔隙,相比人工计数更精细,所识别堆积物各区小颗粒比重较大,0～2 m颗粒粒径各区占比都在50%以上;（2）当阈值为170（像素）时能获得精细的二值图像,颗粒与孔隙得到了准确地区分;（3）不同参数取值下获得堆积物颗粒粒径分布结果不同,碎屑流堆积物颗粒识别宜采用较大的孔喉封闭半径和较小孔隙面积,当二者比值为3/30（像素）时能更好地反应颗粒粒径分布情况;（4）PCAS具有较高的可行性,统计结果显示,各粒径含量变化趋势与人工统计相近,两种统计方法各粒径占比、分布规律基本吻合,说明利用PCAS可以实现对崩塌碎屑流颗粒粒径分布的高效便捷分析。     

非饱和岩体裂隙中冰层生长试验及单个裂隙壁面上的结霜模型研究北大核心CSCD

裂隙中冰夹层的出现及生长是岩体冻胀风化的重要特征及成因,裂隙岩体是由裂隙和岩石基质构成,裂隙与可视为孔隙介质的岩石性质差异巨大,多数情况下是岩体中水分主要的储存及运移通道,对于不饱和裂隙而言,其中往往同时存在着气态迁移和液态迁移,很难直接用既有的原位冻胀和分凝冰机理解释裂隙中冰层形成及生长过程。为研究非饱和岩体裂隙中冰层出现及分布状况,作者用两块水泥试块拼接成带有单条垂直裂隙的岩体试样,并对试样进行了暖端补水条件下的单向冻结试验,试验结束后,试块中新增了3条水平裂隙和1条垂直裂隙,且裂隙中均有薄冰层出现,试样负温区有显著的结霜现象,整个过程中水分迁移总量达221 mL,且以气态形式为主。基于传热学基本原理,建立了自然对流条件下单个裂隙壁面上的结霜模型,根据试验中试样不同冷表面的特征,将结霜表面分为Ⅰ~Ⅲ类,分别计算了三类冷表面上霜层厚度、密度及单位质量随时间的变化,并利用试验结果对计算结果进行了验证,证明了单个壁面上结霜模型的可靠性。以结霜模型为依据,同时结合相关文献进行分析得到:影响岩体裂隙负温区壁面结霜量的直接因素有裂隙中的对流传热条件、空气相对湿度及负温区壁面面积大小,这三个因素取值越大时,则一定时间内裂隙壁面上的结霜量越多,裂隙中的成冰作用更为显著。裂隙沿程的温度梯度则是更为本质的原因,温度梯度越大时,岩体裂隙中的对流传热作用会更为强烈,负温区壁面面积越大,则一定时间内结霜量越多。     

昆明呈贡石灰岩上覆红黏土干缩裂隙的温度效应

温度是影响土体干缩开裂的重要外部环境因素之一。为研究温度对红黏土干缩裂隙的影响,以昆明呈贡石灰岩上覆红黏土为对象,经风干、碾碎和筛分后,选取2 mm以下的细颗粒,用正方形钢化玻璃容器制备9个厚度为10 mm的饱和泥浆样,分成3组,每组3个平行样,利用控温烘箱分别进行30℃、50℃和70℃的干燥试验,试验过程中定时称重试样和对土样表面进行拍照,然后用PCAS软件对照片进行图像处理。结果表明：红黏土的蒸发过程可分为3个阶段,干缩裂隙的形成和发展可分为5个阶段;温度升高,干燥完成时间减短,常速率阶段的蒸发速率和蒸发量增大,最终含水率降低;初始临界含水率随温度升高而增大;随着土体含水率持续减小,表面裂隙率先缓慢增加,然后快速增大,最后趋于稳定;温度升高,裂隙交点数、裂隙条数、裂隙总长度和土块数减少,裂隙平均长度、裂隙平均宽度、表面裂隙率、土块平均面积、土块最大面积、干缩厚度和干密度增大。温度显著影响红黏土的水分蒸发过程,干缩裂隙的形成和发展,以及表面裂隙结构和形态。     

考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤模型

为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性(如强度和刚度)的影响,需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此,基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为,采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析,并对其进行了3方面的改进,即：不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子(K_I)、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的K_I,由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证,发现与现有模型相比,该模型明显提高了岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度,尤其是当裂隙倾角为0°时,该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa,与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此,该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为,这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。     

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.