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。     

掘进工作面前方煤层底板高程动态预测的试验研究

快速掘进急需构建掘进前方高精度二维地质模型。以沁水煤田某矿区XY-S工作面为例,基于三维地震解释成果,利用巷道掘进过程中煤层底板高程实测信息,动态刷新三维地震平均速度场,更新掘进前方煤层底板高程,最后对掘进前方预测的精度进行统计分析。结果表明:通过不断利用掘进实测煤层底板高程,刷新平均速度场,更新掘进前方煤层底板地质剖面,掘进前方煤层底板剖面与实际揭露剖面之间误差逐渐越小,实测点前方25 m和50 m范围的煤层底板高程最小绝对误差可达0.2 m和0.45 m。若实测点数据密度大、分布均匀,预测精度将会进一步得到提高,可为快速掘进提供高精度煤层底板导航数据。      

含缺陷空间变异性岩体裂纹扩展的近场动力学模拟

天然岩体内部含有微裂纹,其裂纹的发展贯通机制一直是岩石力学研究的热点问题。此外,岩体物理力学参数的空间变异性,也会影响其强度及破坏演化过程。本文采用了一种新的随机近场动力学方法(RPD),并对含缺陷岩体单轴压缩下的裂纹发展进行模拟,该方法结合了近场动力学方法在模拟裂纹发展及随机场方法在表征材料参数空间变异性方面的优势,使所建模型更接近真实岩体状态。利用MATLAB编程并依托含单一倾斜预制裂缝模型进行了计算程序的准确性验证。结果表明,所采用的随机近场动力学方法可以很好地模拟裂纹发展过程,预制裂缝倾角对后续裂纹发展有较大影响。此外,不考虑岩体物理力学材料参数空间变异性的存在时,会大大低估裂纹发展速度。     

海底滑坡冲击下悬跨管道动态响应及安全性评估

作为一种常见的海洋地质灾害,海底滑坡会对油气管道的安全造成巨大威胁。由于海洋底流的冲刷作用,海底管道往往会悬跨于海床之上,稳定性较差。当悬跨管道遭受到海底滑坡的冲击作用后,其动态响应预测及安全性评估尤为重要。本文建立了海底滑坡-管道相互作用的有限元模型,将油气管道分为悬跨段和埋地段,考虑了悬跨长度和高度变化条件下,油气管道遭受海底滑坡冲击作用时的动态响应。数值计算结果表明,管道悬跨长度和高度对其塑性变形影响显著,海底滑坡引起的管道应变会随着悬跨长度和高度的增加而增大。最后,提出了综合考虑悬跨长度和高度影响下海底管道安全性评估方法,该成果可直接用于海底滑坡作用下油气管道安全性的动态评估。     

基于DFOS的采场围岩变形破坏监测研究进展与展望

原生地质体在煤岩层采掘条件下将发生变形破坏,相关物理属性(应变场、渗流场、化学场、温度场、地球物理场)随之改变,为了对变形破坏机理进行精细化分析需对场源特征进行重构反演,因此,亟需一种高灵敏度、性能稳定且分布式的监测系统对上述场源信息进行实时动态监测。基于光纤传感测试技术自身的优点(分布式、稳定性高、抗电磁干扰等),可以弥补常规电阻式和振弦式传感器的不足,能够对采场围岩变形进行动态监测,获得的海量数据体为围岩变形场、应力场的恢复和重构提供支撑。详细介绍了布拉格光纤光栅(FBG)、光时域反射技术(OTDR)、布里渊光时域反射技术(BOTDR)、布里渊光时域分析技术(BOTDA)、布里渊光频域分析技术(BOFDA)的工作原理、优缺点及适用条件,阐述了其在顶底板变形破坏、支承压力、断层活化监测、煤柱稳定性监测及破碎岩体注浆加固稳定性监测等方面的研究进展。分析了分布式光纤传感测试技术在当前研究中存在的问题、研究的热点,指出了后期研究的发展趋势,提出建立井上下一体化多参量信息融合监控预警平台,构建多相多场融合判别技术体系,为透明化智慧矿山建设提供数据支撑。     

青藏高原新生代古高度研究：现状与展望

青藏高原新生代古高度研究是地球系统科学研究中的一个热点、难点和重点,它是解决地球深部动力学、地貌地形演化和气候变化等各部分相互关系的一个关键突破口。目前以古生物和氧同位素为代表的各种古高度计被用来重建青藏高原新生代的古高度历史,但是不同的研究方法所得到的结果并不一致,关于青藏高原何时隆升到现在的海拔高度存在晚上新世、晚中新世和始新世等不同认识。因为古高度结果的差异,所以对于青藏高原新生代的构造隆升过程和动力机制也存在大的争议。本文首先详细的阐述了部分古高度计的应用原理及其各自的优缺点,收集总结了78条青藏高原古高度研究的成果,梳理了目前青藏高原新生代古高度研究的历史和现状。然后在此基础上讨论了目前高原古高度研究的特点和存在的问题,即地层年代学、氧同位素和古生物古高度计结果的协调、“以点带面”、区域研究程度差异较大、替代性指标的多解性、古纬度影响、地质时期温度递减率的不确定性、全球气候变化的影响等特点和问题。最后就存在的特点和问题指出在恢复青藏高原新生代古高度时所需要完善和注意的方面,其中最重要的是注重地层年代学的可靠性。     

花岗岩风化料弃土快速堆填过程中不排水抗剪强度评估

沿海沿江城市地下开挖产生的工程渣土含泥量大、含水率高且较松散,主要运往渣土场进行堆填处置。由于产量巨大而处置场地有限,许多渣土场在运营过程中存在堆填速度快、缺乏排水设施、超高超库容堆填等问题,容易引发堆填体失稳事故。目前对于非饱和工程渣土堆体在快速堆填过程中的失稳机制认识尚不清晰,尤其是对这一过程中的高饱和度工程渣土强度增长规律缺乏足够的认识。以深圳红坳渣土场填料——花岗岩风化料(CDG)填土为研究对象,对不同初始饱和度土样进行三轴不排水不排气等向压缩和剪切试验,结果表明:非饱和CDG填土不排水抗剪强度随围压增大呈非线性增长,增长速率与试样初始饱和度密切相关;当土样压缩后的饱和度超过0.7,不排水强度随围压的增长速率显著降低。基于有效固结应力法的原理,结合Hilf孔压公式和修正剑桥模型,提出了一种工程渣土不排水抗剪强度估算方法,并通过与试验结果对比验证了该方法对初始饱和度高于0.6的CDG填土的适用性。利用该方法确定的不排水强度cu与正应力σn的关系可应用于高饱和度工程渣土快速堆填中的稳定性分析。     

软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯数值模拟及试验

水力冲孔是煤层瓦斯增透抽采的主要技术措施,其主要以出煤量考察卸压效果,但是也存在出煤量大、卸压不均一、应力易集中等问题。因此,提出软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术,考虑瓦斯压力压缩和煤基质吸附瓦斯膨胀对本体变形的影响,建立应力场、裂隙场、渗流场耦合条件下的多物理场理论模型,并结合COMSOL数值模拟软件对软煤夹层水射流分支数、卸压影响范围内煤体的瓦斯压力和瓦斯含量变化规律进行了研究。研究表明:当水射流分支长半轴为2 m,短半轴为0.22 m时,水射流分支数为6个时较为合理;在相同出煤率情况下,相同时间内瓦斯压力和含量均随着与钻孔距离的增加而减小,抽采180 d,水射流层状卸压有效抽采半径约为常规水力冲孔有效抽采半径的2.14倍,且在有效影响范围2 m时,水射流层状卸压瓦斯含量降低量为7 m3/t,而常规水力冲孔瓦斯含量降低量为4.1 m3/t,水射流层状卸压瓦斯降低量为常规水力冲孔的1.71倍;在新义煤矿现场试验中发现,当水射流层状卸压出煤率为常规冲孔出煤率的0.29~0.71倍,抽采较高浓度瓦斯时长仍是常规水力冲孔的2倍。软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术的提出,对未来煤矿井下软煤夹层水力冲孔技术的发展有着重要的意义,为井下瓦斯的治理提供了新的方法和方向。      

多种地球物理场观测数据中亚失稳现象

20100124山西河津M4.8地震前,临汾地震台宽频倾斜仪记录到与实验室岩石破裂亚失稳过程类似图像,震源及附近地区也出现多项准同步性的短临异常。本文对这次地震前震源及附近地区多种地球物理场观测数据在发震断层黏滑失稳前不同阶段的变化特征进行了探讨。结果表明：1）震前记录到的亚失稳现象并非单点单测项,而是具有多点多物理场的群体性特征;2）这些异常出现的时间与临汾宽频倾斜仪记录的亚失稳事件时间基本同步,其形态上以大幅突变为主,时间上多集中在震前45 d左右,空间上主要集中在距震中100 km的范围内,且具有随时间从外围向震中区集中的特点;3）震前不仅在多种地球物理场观测数据中记录到类似亚失稳现象,而且在震前1~6 d一些地球物理场观测仪器还记录到与发震断层失稳前预滑有关的小事件;4）震前临汾宽频倾斜仪记录到的亚失稳现象、震源及附近地区出现多项准同步性的短临异常,是在震源及附近地区的区域应力场增强、介质特性发生改变的情况下出现的,可能与河津地震有关;5）震前多种地球物理场异常随时间推移显示出协同化的特点,即沿发震断裂方向有由外围向震中迁移和集中的特点。     

山东滨州市冰雹天气分型和预报方法研究

利用山东滨州市7个国家气象站与61个人影作业站点观测资料,结合高空观测及探空、ECMWF再分析等资料,对2001—2011年滨州降雹时空分布特征、天气系统和物理量特征、降雹形势分型和预报方法进行研究。得出:(1)降雹日数年均8.6次,总体呈现明显下降的年际变化特征;4—10月可降雹,6—7月降雹最多;降雹主要出现在14时—翌日02时;北部沿海相对较多。(2)降雹形势主要有5种类型:冷涡型降雹、低槽型降雹、横槽型降雹、西北气流型降雹、其他小范围降雹。根据冷涡中心位置冷涡型划分为两个关键区;低槽型可分为前倾槽、阶梯槽、较深低槽、与中低纬度共同作用的槽;横槽型降雹范围广、破坏性大;西北气流型存在连续性。(3)4类13种物理量具有不同分布特征和变异系数,均具有较好的代表性。不同月份、不同降雹影响程度和影响系统,物理量具有较明显差别。(4)0℃层高度在1370~5331m时,7种物理量可用于预报冰雹,K≥17℃、T850-500≥25℃、LI≤2℃、SRH≥0.1m^2·s^-2、SSI≥240、SWEAT≥100、Cape≥2J·kg^-1时可能降雹。6月、7—8月和其它月分别有3种、1种、3种物理量指标组合可用于预报冰雹,物理量的组合和数值有差异。