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七洲列岛海域海洋地质灾害要素、类型及危险性分区
张林, 望畅, 沈奥, 李思泓, 孙启良
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240395
摘要:
七洲列岛海域位于海南岛东侧,受活动断裂带、海南地幔柱等构造作用的影响,该海域地震频发,发生地质灾害的可能性较高。此外,七洲列岛海域南部靠近陆架边缘,古水道和峡谷较为发育,易发生海底失稳,威胁该区域工程设施的安全,因此针对七洲列岛海域开展海洋地质灾害研究对于该区域的防灾减灾工作具有重要意义。然而,目前对该海域的地质灾害研究较少,灾害要素的发育特征尚不明确。【目的】为了明确七洲列岛周缘海洋灾害潜在风险,【方法】本研究利用二维地震资料,【结果】识别出火山、断层、浅层气、块状搬运沉积体系(MTDs)、峡谷、水道这6种灾害要素,依据其数量、规模和分布特征,划分出三个危险等级(危险性小、危险性中等、危险性大),共12个区块。【结论】结合不同区域的地形地貌和构造活动特征,对七洲列岛海域提出海洋地质灾害防治的参考建议。 七洲列岛海域位于海南岛东侧,受活动断裂带、海南地幔柱等构造作用的影响,该海域地震频发,发生地质灾害的可能性较高。此外,七洲列岛海域南部靠近陆架边缘,古水道和峡谷较为发育,易发生海底失稳,威胁该区域工程设施的安全,因此针对七洲列岛海域开展海洋地质灾害研究对于该区域的防灾减灾工作具有重要意义。然而,目前对该海域的地质灾害研究较少,灾害要素的发育特征尚不明确。【目的】为了明确七洲列岛周缘海洋灾害潜在风险,【方法】本研究利用二维地震资料,【结果】识别出火山、断层、浅层气、块状搬运沉积体系(MTDs)、峡谷、水道这6种灾害要素,依据其数量、规模和分布特征,划分出三个危险等级(危险性小、危险性中等、危险性大),共12个区块。【结论】结合不同区域的地形地貌和构造活动特征,对七洲列岛海域提出海洋地质灾害防治的参考建议。
长江口及邻近海域表层沉积物Sr、Nd同位素组成及意义
李宇峰, 刘金存, 刘金华, 胡雅婷, 李百蝉, 周炼
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240401
摘要:
长江口是连接陆地和海洋的重要枢纽,因其复杂的地形、丰富的陆源物质以及与人类活动的紧密联系,受到学者们的广泛关注。对长江口和邻近海域表层沉积物的研究可以全面地了解该区域的沉积环境和源汇过程,为揭示地表物质循环过程、探究海洋环境演化提供重要信息。本研究以长江口及其邻近海域海底表层沉积物为研究对象,系统分析了Sr、Nd同位素以及微量元素的地球化学行为。研究结果显示,长江口及邻近海域沉积物主要由陆源物质构成,源自长江流域的沉积物占据主导地位,部分物质来自古黄河三角洲。海水与河水混合区域的Nd元素由于胶体凝聚现象显著富集,而复杂的水动力条件导致该区域的沉积物粒径较细,Sr元素则表现出明显的贫化。通过SIMMR(Stable Isotope Mixing Models in R)多源混合模型分析,发现长江中下游对海陆交互区域表层沉积物的贡献有所增加。长江上游的物质由于大坝建设被大量截留,导致中下游河道从沉积的“汇”转变为泥沙供应的“源”,从而增加了中下游物质对河口及邻近海域沉积物的贡献。尽管如此,长江上游物质仍在长江口沉积物中占据主导地位。 长江口是连接陆地和海洋的重要枢纽,因其复杂的地形、丰富的陆源物质以及与人类活动的紧密联系,受到学者们的广泛关注。对长江口和邻近海域表层沉积物的研究可以全面地了解该区域的沉积环境和源汇过程,为揭示地表物质循环过程、探究海洋环境演化提供重要信息。本研究以长江口及其邻近海域海底表层沉积物为研究对象,系统分析了Sr、Nd同位素以及微量元素的地球化学行为。研究结果显示,长江口及邻近海域沉积物主要由陆源物质构成,源自长江流域的沉积物占据主导地位,部分物质来自古黄河三角洲。海水与河水混合区域的Nd元素由于胶体凝聚现象显著富集,而复杂的水动力条件导致该区域的沉积物粒径较细,Sr元素则表现出明显的贫化。通过SIMMR(Stable Isotope Mixing Models in R)多源混合模型分析,发现长江中下游对海陆交互区域表层沉积物的贡献有所增加。长江上游的物质由于大坝建设被大量截留,导致中下游河道从沉积的“汇”转变为泥沙供应的“源”,从而增加了中下游物质对河口及邻近海域沉积物的贡献。尽管如此,长江上游物质仍在长江口沉积物中占据主导地位。
不同二元结构阻隔层抑制降雨入渗边坡规律的试验研究
吴庆华
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250009
摘要:
【目的】土质边坡在降雨-蒸发循环作用下易形成裂隙,导致降雨入渗土壤,诱发边坡失稳。基于生态优先,本文提出了具有生态功能的细/粗非饱和阻隔层(CBL)抑制降雨入渗边坡防护方法,【方法】采用物理模型试验开展不同降雨强度(1.93×10-4,4.73×10-4 cm/s)和不同CBL岩性结构组成(亚砂土/粗砂、亚砂土/砾砂、亚砂土/角砾、亚砂土/圆砾)条件下,CBL对降雨入渗规律及其对边坡防护效果的影响研究。【结果及结论】研究结果表明:(1)降雨在细粒层以均匀流为主,运移速度随粗粒层粒径增大而增加并受粗粒层颗粒形态的影响明显;降雨入渗至细/粗界面时,水分沿界面向坡脚迁移;降雨突破细/粗界面后,在粗砂和砾砂中仍以均匀流运动为主,而在砂砾和角砾中则以优先流方式运动。(2)CBL稳定排水效率(稳定排水强度与降雨强度之比)随降雨强度增加而减小,且在高降雨强度时,其随粗粒层粒径增加而增加;CBL综合排水效率(侧向排水总量与降雨总量之比)随粗粒层粒径和降雨强度增加而增加,且降雨强度越大其增加幅度下降。(3)粗粒层颗粒形态对CBL阻隔降雨效果影响明显,亚砂土/角砾CBL阻隔降雨入渗的效果最佳。研究成果可为边坡稳定性防治提供重要参考。 【目的】土质边坡在降雨-蒸发循环作用下易形成裂隙,导致降雨入渗土壤,诱发边坡失稳。基于生态优先,本文提出了具有生态功能的细/粗非饱和阻隔层(CBL)抑制降雨入渗边坡防护方法,【方法】采用物理模型试验开展不同降雨强度(1.93×10-4,4.73×10-4 cm/s)和不同CBL岩性结构组成(亚砂土/粗砂、亚砂土/砾砂、亚砂土/角砾、亚砂土/圆砾)条件下,CBL对降雨入渗规律及其对边坡防护效果的影响研究。【结果及结论】研究结果表明:(1)降雨在细粒层以均匀流为主,运移速度随粗粒层粒径增大而增加并受粗粒层颗粒形态的影响明显;降雨入渗至细/粗界面时,水分沿界面向坡脚迁移;降雨突破细/粗界面后,在粗砂和砾砂中仍以均匀流运动为主,而在砂砾和角砾中则以优先流方式运动。(2)CBL稳定排水效率(稳定排水强度与降雨强度之比)随降雨强度增加而减小,且在高降雨强度时,其随粗粒层粒径增加而增加;CBL综合排水效率(侧向排水总量与降雨总量之比)随粗粒层粒径和降雨强度增加而增加,且降雨强度越大其增加幅度下降。(3)粗粒层颗粒形态对CBL阻隔降雨效果影响明显,亚砂土/角砾CBL阻隔降雨入渗的效果最佳。研究成果可为边坡稳定性防治提供重要参考。
登封南部地区滑坡灾害早期识别与易发性评价
莫德国, 郑光明, 王超, 郑古月, 苗发盛
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250169
摘要:
[目的]河南省登封市南部地区地处嵩山山脉与黄河中下游平原的过渡地带,滑坡灾害频发,对区域安全构成严重威胁。[方法]本研究综合运用光学遥感与小基线集合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)技术,开展滑坡隐患的早期识别,并基于信息量模型与机器学习方法(人工神经网络、随机森林及Stacking集成策略)进行易发性评价。[结果]结果表明:(1)通过光学遥感解译与SBAS-InSAR形变监测,共识别滑坡隐患点36处,结合野外验证确认其中31处为滑坡灾害,主要分布于中部、西南及东南区域,其空间分布与地形坡度、岩性软弱层及人类工程活动显著相关;(2)易发性评价显示,研究区呈现“北低南高”的分布特征,Stacking集成模型预测精度最优,显著优于单一模型及传统信息量模型。[结论]本研究为登封南部地区滑坡风险防控提供了高精度数据支持,同时证明集成学习方法在复杂地形区易发性评价中的显著优势。 [目的]河南省登封市南部地区地处嵩山山脉与黄河中下游平原的过渡地带,滑坡灾害频发,对区域安全构成严重威胁。[方法]本研究综合运用光学遥感与小基线集合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)技术,开展滑坡隐患的早期识别,并基于信息量模型与机器学习方法(人工神经网络、随机森林及Stacking集成策略)进行易发性评价。[结果]结果表明:(1)通过光学遥感解译与SBAS-InSAR形变监测,共识别滑坡隐患点36处,结合野外验证确认其中31处为滑坡灾害,主要分布于中部、西南及东南区域,其空间分布与地形坡度、岩性软弱层及人类工程活动显著相关;(2)易发性评价显示,研究区呈现“北低南高”的分布特征,Stacking集成模型预测精度最优,显著优于单一模型及传统信息量模型。[结论]本研究为登封南部地区滑坡风险防控提供了高精度数据支持,同时证明集成学习方法在复杂地形区易发性评价中的显著优势。
不同时间尺度水位对浅层地下水年度储变量计算精度影响研究
徐树媛, 帅官印, 韩娟, 肖勇
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250171
摘要:
摘要:【目的】为了探究不同时间尺度水位(时刻及日、月、年平均)对区域浅层地下水年度储变量计算精度的影响,【方法】以2019年邯郸平原浅层地下水为研究对象,分别采用网格法和泰森多边形法,对比各尺度水位计算储变量的差异。【结果】结果表明:对于相同时间尺度水位,网格法和泰森多边形法计算的储变量结果均比较接近(最大相差0.114亿m3);对于不同时间尺度水位,两种方法均表现为月平均水位与时刻水位(理论上计算精度更高)计算结果偏离程度最大(网格法相差0.727亿m3,泰森多边形法相差0.611亿m3),而且偏离程度随机;年平均水位与时刻水位计算结果差距较小(相差0.015亿m3),但接近程度也存在随机性。对于网格法,采用年平均水位计算的储变量受网格尺度影响不大(最大相差0.011亿m3);当采用其它尺度水位时,网格法计算储变量的精度会随着剖分网格尺度的减小而提升。当网格尺度小于1km分辨率时,网格法计算精度高于泰森多边形法;但当采用泰森多边形分区网格或规则剖分网格尺度接近于泰森多边形分区平均面积情况下,泰森多边形法计算精度更高。【结论】研究结果可为合理使用不同时间尺度水位数据,以提高储变量计算精度,进而准确评价超采治理效果提供理论和方法支撑。 摘要:【目的】为了探究不同时间尺度水位(时刻及日、月、年平均)对区域浅层地下水年度储变量计算精度的影响,【方法】以2019年邯郸平原浅层地下水为研究对象,分别采用网格法和泰森多边形法,对比各尺度水位计算储变量的差异。【结果】结果表明:对于相同时间尺度水位,网格法和泰森多边形法计算的储变量结果均比较接近(最大相差0.114亿m3);对于不同时间尺度水位,两种方法均表现为月平均水位与时刻水位(理论上计算精度更高)计算结果偏离程度最大(网格法相差0.727亿m3,泰森多边形法相差0.611亿m3),而且偏离程度随机;年平均水位与时刻水位计算结果差距较小(相差0.015亿m3),但接近程度也存在随机性。对于网格法,采用年平均水位计算的储变量受网格尺度影响不大(最大相差0.011亿m3);当采用其它尺度水位时,网格法计算储变量的精度会随着剖分网格尺度的减小而提升。当网格尺度小于1km分辨率时,网格法计算精度高于泰森多边形法;但当采用泰森多边形分区网格或规则剖分网格尺度接近于泰森多边形分区平均面积情况下,泰森多边形法计算精度更高。【结论】研究结果可为合理使用不同时间尺度水位数据,以提高储变量计算精度,进而准确评价超采治理效果提供理论和方法支撑。
极端水力条件下三峡库区藕塘滑坡灾变过程物质点法模拟
朱浩楠, 朱鸿鹄, 谢天铖, 叶霄, 谭道远, 陈国庆
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250204
摘要:
库岸滑坡的诱发因素众多,其灾变演化过程和动态响应特征呈现出显著的非线性与时空分异性。为实现库岸滑坡的有效防治,须阐明极端条件下降雨入渗-库水位骤降联合作用对滑坡灾变演化机制和动态响应规律的影响。本文基于物质点法(MPM),构建了三峡库区藕塘滑坡二维数值模型,模拟其在降雨与库水位波动联合作用下的启动与加速过程。通过分析滑坡不同部位在不同水力条件下的变形和稳定性,本文揭示了滑坡的演化特征及失稳机制。研究结果表明:(1)藕塘滑坡的稳定性受降雨和库水位波动的双重控制,水位下降主要影响坡脚一级滑体,而降雨对坡顶三级滑体稳定性的影响最为显著,该发现与监测数据高度吻合。(2)在降雨-水位波动联合作用下,藕塘滑坡出现坡脚局部崩塌与坡顶整体滑移的特征,中部未见明显失稳迹象。(3)在水位快速下降和强降雨的极端条件下,仅坡脚和坡顶处出现显著滑移,滑坡体沿基岩面整体滑移的概率较低。(4)在滑坡体失稳启动阶段,初始应变和初始位移沿主滑方向的分布存在显著差异,因此在布置测点时应予以考虑。本研究通过大变形数值模拟,分析了库岸巨型古滑坡长期稳定性的主控因素,为该类滑坡的预警与防治提供了理论支撑。 库岸滑坡的诱发因素众多,其灾变演化过程和动态响应特征呈现出显著的非线性与时空分异性。为实现库岸滑坡的有效防治,须阐明极端条件下降雨入渗-库水位骤降联合作用对滑坡灾变演化机制和动态响应规律的影响。本文基于物质点法(MPM),构建了三峡库区藕塘滑坡二维数值模型,模拟其在降雨与库水位波动联合作用下的启动与加速过程。通过分析滑坡不同部位在不同水力条件下的变形和稳定性,本文揭示了滑坡的演化特征及失稳机制。研究结果表明:(1)藕塘滑坡的稳定性受降雨和库水位波动的双重控制,水位下降主要影响坡脚一级滑体,而降雨对坡顶三级滑体稳定性的影响最为显著,该发现与监测数据高度吻合。(2)在降雨-水位波动联合作用下,藕塘滑坡出现坡脚局部崩塌与坡顶整体滑移的特征,中部未见明显失稳迹象。(3)在水位快速下降和强降雨的极端条件下,仅坡脚和坡顶处出现显著滑移,滑坡体沿基岩面整体滑移的概率较低。(4)在滑坡体失稳启动阶段,初始应变和初始位移沿主滑方向的分布存在显著差异,因此在布置测点时应予以考虑。本研究通过大变形数值模拟,分析了库岸巨型古滑坡长期稳定性的主控因素,为该类滑坡的预警与防治提供了理论支撑。
青海野马泉铁多金属矿床两期成岩成矿作用:来自锆石、石榴子石U-Pb定年和全岩地球化学的证据
钟永生, 刘宏宇, 陈超, 吕新彪, 张仲成, 刘源林, 张得龙, 黄天赐
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250227
摘要:
【目的】青海省祁漫塔格地区位于柴达木盆地南缘,是东昆仑成矿带的重要组成部分,该地区以广泛发育的晚古生代-中生代岩浆活动和丰富的铁、铜、钴、铅、锌等多金属矿床为特征。野马泉铁多金属矿床是祁漫塔格地区矽卡岩型成矿作用的典型代表,长期以来大量研究均围绕中生代花岗岩-矽卡岩成岩成矿作用开展并取得了丰硕成果,然而,对于野马泉矿床是否存在多期成岩成矿作用尚不明确。【方法】本文基于详细的野外地质调查,通过岩石岩相学观察、锆石、石榴子石LA-ICP-MS U-Pb定年、侵入岩全岩主微量元素分析以及锆石Hf同位素测试,揭示了野马泉铁多金属矿床存在两期岩浆侵入和成矿作用。【结果】矿区西南部地表多种侵入岩的锆石年龄集中在224 Ma左右,这与前人的热液云母Ar-Ar年龄基本一致,表明矿区存在晚三叠世岩浆与成矿活动;东南部M13异常区内钻孔深部花岗闪长岩的锆石年龄为395 Ma,与本次发现的矽卡岩中石榴子石U-Pb年龄(407Ma)在误差范围内近似相同,揭示了早泥盆世岩浆活动和铁多金属成矿作用。全岩地球化学和锆石Hf同位素分析表明,野马泉早泥盆世和晚三叠世岩体均具有壳幔混源的特征。岩石圈地幔发生部分熔融,并且在上升过程中受到地壳物质的同化混染作用,导致了早泥盆世和晚三叠世岩体的形成。但两期岩浆活动受控于不同的大地构造背景:早泥盆世岩体形成于古生代原特提斯洋俯冲闭合后的柴达木板块和东昆中陆块碰撞造山后的伸展阶段;而晚三叠世岩体则与中生代古特提斯洋俯冲闭合后的板块内伸展阶段密切相关。 【结论】综合现有数据和前人研究,本研究认为野马泉铁多金属矿床早-中泥盆世和晚三叠世的两期岩 【目的】青海省祁漫塔格地区位于柴达木盆地南缘,是东昆仑成矿带的重要组成部分,该地区以广泛发育的晚古生代-中生代岩浆活动和丰富的铁、铜、钴、铅、锌等多金属矿床为特征。野马泉铁多金属矿床是祁漫塔格地区矽卡岩型成矿作用的典型代表,长期以来大量研究均围绕中生代花岗岩-矽卡岩成岩成矿作用开展并取得了丰硕成果,然而,对于野马泉矿床是否存在多期成岩成矿作用尚不明确。【方法】本文基于详细的野外地质调查,通过岩石岩相学观察、锆石、石榴子石LA-ICP-MS U-Pb定年、侵入岩全岩主微量元素分析以及锆石Hf同位素测试,揭示了野马泉铁多金属矿床存在两期岩浆侵入和成矿作用。【结果】矿区西南部地表多种侵入岩的锆石年龄集中在224 Ma左右,这与前人的热液云母Ar-Ar年龄基本一致,表明矿区存在晚三叠世岩浆与成矿活动;东南部M13异常区内钻孔深部花岗闪长岩的锆石年龄为395 Ma,与本次发现的矽卡岩中石榴子石U-Pb年龄(407Ma)在误差范围内近似相同,揭示了早泥盆世岩浆活动和铁多金属成矿作用。全岩地球化学和锆石Hf同位素分析表明,野马泉早泥盆世和晚三叠世岩体均具有壳幔混源的特征。岩石圈地幔发生部分熔融,并且在上升过程中受到地壳物质的同化混染作用,导致了早泥盆世和晚三叠世岩体的形成。但两期岩浆活动受控于不同的大地构造背景:早泥盆世岩体形成于古生代原特提斯洋俯冲闭合后的柴达木板块和东昆中陆块碰撞造山后的伸展阶段;而晚三叠世岩体则与中生代古特提斯洋俯冲闭合后的板块内伸展阶段密切相关。 【结论】综合现有数据和前人研究,本研究认为野马泉铁多金属矿床早-中泥盆世和晚三叠世的两期岩
三维数字岩心孔喉特征与驱替参数对渗流驱替能力影响
杨晓锋, 屈红军, 张磊岗, 刘贤, 苏帅, 尹虎
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250285
摘要:
摘要:致密储层的微观孔喉、渗流特征以及影响因素研究对于致密油气藏的高效开发具有重要的理论参考意义。本文以鄂尔多斯盆地富县地区长8油层组致密储层为研究对象,基于CT扫描建立三维数字岩心以及三维孔隙模型,将孔隙模型转换为网格模型接入渗流模拟平台,进一步进行单相及油水双相渗流驱替模拟,探讨了微观孔喉特征和驱替参数对驱替渗流能力的影响。研究结果表明:1)渗流流速与压力差在喉道处最大,形成高流速和应力集中区,在孔隙区域变化较小;具有孔大喉小和强非均质性孔喉特征的模型,其渗流驱替特征更复杂,并且达到相同剩余油饱和度需要更大的驱动压力;2)细小喉道以及复杂孔喉结构形成的应力集中区,会导致驱替止步和封堵,喉道参数和非均质性影响渗流驱替进程和波及范围,连通孔隙参数影响可驱动空间的大小,进而影响驱替效率;3)除主流外,半径小于8μm喉道占比较高时,提升驱动压力对提高驱替效率有显著影响,而较大喉道占比较高时影响较小;除主流外,半径大于18μm孔隙占比较高时,降低粘度比对驱替效率有提高作用,而较小孔隙占比较高时则会导致驱替效率降低。本文研究了微观孔喉特征和驱替参数对渗流驱替能力的联合影响,为致密油藏的微观渗流及高效驱替开发研究提供了新思路和理论参考。 摘要:致密储层的微观孔喉、渗流特征以及影响因素研究对于致密油气藏的高效开发具有重要的理论参考意义。本文以鄂尔多斯盆地富县地区长8油层组致密储层为研究对象,基于CT扫描建立三维数字岩心以及三维孔隙模型,将孔隙模型转换为网格模型接入渗流模拟平台,进一步进行单相及油水双相渗流驱替模拟,探讨了微观孔喉特征和驱替参数对驱替渗流能力的影响。研究结果表明:1)渗流流速与压力差在喉道处最大,形成高流速和应力集中区,在孔隙区域变化较小;具有孔大喉小和强非均质性孔喉特征的模型,其渗流驱替特征更复杂,并且达到相同剩余油饱和度需要更大的驱动压力;2)细小喉道以及复杂孔喉结构形成的应力集中区,会导致驱替止步和封堵,喉道参数和非均质性影响渗流驱替进程和波及范围,连通孔隙参数影响可驱动空间的大小,进而影响驱替效率;3)除主流外,半径小于8μm喉道占比较高时,提升驱动压力对提高驱替效率有显著影响,而较大喉道占比较高时影响较小;除主流外,半径大于18μm孔隙占比较高时,降低粘度比对驱替效率有提高作用,而较小孔隙占比较高时则会导致驱替效率降低。本文研究了微观孔喉特征和驱替参数对渗流驱替能力的联合影响,为致密油藏的微观渗流及高效驱替开发研究提供了新思路和理论参考。
基于HSS模型的软土地基狭窄基坑的抗隆起稳定性研究
胡科, 闫波, 太俊, 徐伟, 王家驹, 崔德山, 冯晓腊
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250307
摘要:
随着城市化和综合管廊的发展,开挖狭窄型基坑的工况越来越多,然而狭窄基坑支护结构形式、抗隆起稳定性计算方法和破坏模式与宽大型基坑截然不同,特别是在软土地层中,随着可回收绿色支护结构的广泛应用,狭窄基坑坑底隆起现象更加明显。为了进一步探究软土地基狭窄基坑支护结构的受力变形规律,抗隆起稳定性及其影响因素之间的敏感性关系,本文以武汉友谊大道快速化改造工程为工程实例,基于有限元计算和现场监测,采用HSS土体本构模型和强度折减法研究基坑宽度、支护结构插入比、周边荷载和支护结构刚度等对狭窄基坑的抗隆起稳定性的影响。结果表明,在支护结构刚度大、支撑间距小的情况下,狭窄基坑在支撑处和两道支撑中部处受力和变形差异不明显。狭窄基坑的土体变形可以分为地表至地表以下一定深度的基坑外侧土体和基坑底部土体,分别引起坑底隆起和坑外地表沉降;狭窄基坑土体塑性区会在坑底和结构底部处形成,随着塑性区发展,逐渐形成交叉的塑性区,并向两侧土体发展直至整个塑性区贯通,狭窄基坑最终破坏。敏感性分析表明,支护结构插入比和支护结构刚度对狭窄基坑抗隆起稳定性有显著的正面影响,宽度和周边荷载与狭窄基坑抗隆起稳定性呈负相关,且支护结构插入比的相关性最强。研究结果为软土地基狭窄基坑的支护结构设计和稳定性分析提供科学依据。 随着城市化和综合管廊的发展,开挖狭窄型基坑的工况越来越多,然而狭窄基坑支护结构形式、抗隆起稳定性计算方法和破坏模式与宽大型基坑截然不同,特别是在软土地层中,随着可回收绿色支护结构的广泛应用,狭窄基坑坑底隆起现象更加明显。为了进一步探究软土地基狭窄基坑支护结构的受力变形规律,抗隆起稳定性及其影响因素之间的敏感性关系,本文以武汉友谊大道快速化改造工程为工程实例,基于有限元计算和现场监测,采用HSS土体本构模型和强度折减法研究基坑宽度、支护结构插入比、周边荷载和支护结构刚度等对狭窄基坑的抗隆起稳定性的影响。结果表明,在支护结构刚度大、支撑间距小的情况下,狭窄基坑在支撑处和两道支撑中部处受力和变形差异不明显。狭窄基坑的土体变形可以分为地表至地表以下一定深度的基坑外侧土体和基坑底部土体,分别引起坑底隆起和坑外地表沉降;狭窄基坑土体塑性区会在坑底和结构底部处形成,随着塑性区发展,逐渐形成交叉的塑性区,并向两侧土体发展直至整个塑性区贯通,狭窄基坑最终破坏。敏感性分析表明,支护结构插入比和支护结构刚度对狭窄基坑抗隆起稳定性有显著的正面影响,宽度和周边荷载与狭窄基坑抗隆起稳定性呈负相关,且支护结构插入比的相关性最强。研究结果为软土地基狭窄基坑的支护结构设计和稳定性分析提供科学依据。
基于多影响因子的青海省堆积层滑坡位移预测模型研究
王克强, 黎明, 李良龙, 李迎朋, 马永刚, 张炜怡, 徐红剑, 章广成
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250339
摘要:
摘要:【目的】滑坡作为全国分布广泛的地质灾害之一,其分布范围已经涉及到西部地区,青海地区地貌单元复杂,山脉成群,为滑坡的产生提供良好的地质条件。深入研究该区域典型滑坡的成因机制与影响因素可以为滑坡治理与灾害预测提供有效的理论支撑,减轻人员伤亡和经济损失。【方法】本文以青海省乐都区瞿昙镇韩家村堆积层滑坡群作为研究对象,基于野外勘察与监测数据,对该滑坡群的宏观变形特征与成因机制进行分析,采用小波分析方法研究了降雨、温度与滑坡变形时序之间的相关性。选择温度和降雨等作为自变量因子,针对基于线性回归集成模型中的各模型预测的位移数据采用加权求和法,获得了该滑坡GNSS2监测点的位移预测值。【结果】结果表明,韩家村滑坡群平均年变形量为8.5mm,属于蠕变滑坡,受温度和降雨影响呈现阶跃型变形特征,采用多元线性回归集成模型预测的韩家村滑坡群变形拟合优度为0.990,较精确地预测了该滑坡群的位移变形。【结论】此外,降雨与累积位移变形呈正相关趋势,即夏季集中降雨期间滑坡位移突增,雨季后则又趋于稳定,且位移具有滞后性;温度与累积位移呈负相关趋势,即冬季因温度下降产生冻胀作用,导致坡体内土颗粒之间的孔隙水结冰膨胀,滑坡变形量增加,春季因融沉作用导致堆积层出现回弹现象。 关键词:堆积层滑坡;影响因素;小波分析;滑坡预测模型;多元线性回归 摘要:【目的】滑坡作为全国分布广泛的地质灾害之一,其分布范围已经涉及到西部地区,青海地区地貌单元复杂,山脉成群,为滑坡的产生提供良好的地质条件。深入研究该区域典型滑坡的成因机制与影响因素可以为滑坡治理与灾害预测提供有效的理论支撑,减轻人员伤亡和经济损失。【方法】本文以青海省乐都区瞿昙镇韩家村堆积层滑坡群作为研究对象,基于野外勘察与监测数据,对该滑坡群的宏观变形特征与成因机制进行分析,采用小波分析方法研究了降雨、温度与滑坡变形时序之间的相关性。选择温度和降雨等作为自变量因子,针对基于线性回归集成模型中的各模型预测的位移数据采用加权求和法,获得了该滑坡GNSS2监测点的位移预测值。【结果】结果表明,韩家村滑坡群平均年变形量为8.5mm,属于蠕变滑坡,受温度和降雨影响呈现阶跃型变形特征,采用多元线性回归集成模型预测的韩家村滑坡群变形拟合优度为0.990,较精确地预测了该滑坡群的位移变形。【结论】此外,降雨与累积位移变形呈正相关趋势,即夏季集中降雨期间滑坡位移突增,雨季后则又趋于稳定,且位移具有滞后性;温度与累积位移呈负相关趋势,即冬季因温度下降产生冻胀作用,导致坡体内土颗粒之间的孔隙水结冰膨胀,滑坡变形量增加,春季因融沉作用导致堆积层出现回弹现象。 关键词:堆积层滑坡;影响因素;小波分析;滑坡预测模型;多元线性回归
基于W变换压缩感知框架的崎岖海底信号补偿方法
黄玉
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250358
摘要:
南海北部琼东南盆地海底地形复杂,横跨浅海、陆架坡折、深海海域。在崎岖海底附近发育了多个潜力目标,是发现储量的重点区带。然而深水崎岖海底下方地震资料振幅、频率失真,与陆地采集的地震资料差距较大,传统的信号补偿方法很难有效处理这类数据。为了得到高品质的地震资料,准确评价崎岖海底下方目标,开发一种合理有效的补偿方法是亟需解决的。受到时频分析和压缩感知方法的启发,本文设计了基于W变换的压缩感知补偿框架。通过构建参考道与目标道之间的补偿矩阵,一步快速实现地震资料的振幅补偿;引入稀疏变换正则化方法,保证补偿资料的高信噪比,提高地震资料的质量。利用本方法对南海北部复合崎岖海底地震数据进行了信号补偿处理,补偿后的地震数据剖面能量分布一致性得到了较好的改善。本次信号补偿处理的成功应用证明了方法的可行性,可为类似地震资料的信号补偿处理提供借鉴。 南海北部琼东南盆地海底地形复杂,横跨浅海、陆架坡折、深海海域。在崎岖海底附近发育了多个潜力目标,是发现储量的重点区带。然而深水崎岖海底下方地震资料振幅、频率失真,与陆地采集的地震资料差距较大,传统的信号补偿方法很难有效处理这类数据。为了得到高品质的地震资料,准确评价崎岖海底下方目标,开发一种合理有效的补偿方法是亟需解决的。受到时频分析和压缩感知方法的启发,本文设计了基于W变换的压缩感知补偿框架。通过构建参考道与目标道之间的补偿矩阵,一步快速实现地震资料的振幅补偿;引入稀疏变换正则化方法,保证补偿资料的高信噪比,提高地震资料的质量。利用本方法对南海北部复合崎岖海底地震数据进行了信号补偿处理,补偿后的地震数据剖面能量分布一致性得到了较好的改善。本次信号补偿处理的成功应用证明了方法的可行性,可为类似地震资料的信号补偿处理提供借鉴。
四川盆地东北部上三叠统须家河组致密砂岩气来源与运移特征
黄彦庆
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250391
摘要:
为了明确川东北须家河组天然气的来源和运移特征,支撑致密砂岩气高效勘探。在对川东北构造、断层和沉积认识的基础上,综合利用天然气组分和稳定碳、氢同位素等数据,开展天然气地球化学特征、成因和来源分析;进而结合地层压力等数据,开展纵、横向运移特征研究。结果表明,元坝须三、须四段和阆中、巴中须四段天然气基本上为煤型气,来自须家河组煤系烃源岩。元坝须二段部分天然气为煤型气和油型气的混合气,来源于须家河组和雷口坡组两套烃源岩。通南巴背斜和通江凹陷须二、须四段天然气为吴家坪组烃源岩生成的油型气和自身煤型气的混合气,由于须家河组供烃量不同,不同层段碳同位素呈规律性变化。横向上天然气没有发生远距离运移,垂向上存在两类运移模式:①当须家河组断层欠发育、须三段泥岩厚度大时,天然气未发生长距离垂向运移。②当断层发育时,高渗的断缝体成为天然气长距离垂向运移的通道,促成了上、下层段中天然气的混合,表现为相似的天然气组分和地层压力特征。 为了明确川东北须家河组天然气的来源和运移特征,支撑致密砂岩气高效勘探。在对川东北构造、断层和沉积认识的基础上,综合利用天然气组分和稳定碳、氢同位素等数据,开展天然气地球化学特征、成因和来源分析;进而结合地层压力等数据,开展纵、横向运移特征研究。结果表明,元坝须三、须四段和阆中、巴中须四段天然气基本上为煤型气,来自须家河组煤系烃源岩。元坝须二段部分天然气为煤型气和油型气的混合气,来源于须家河组和雷口坡组两套烃源岩。通南巴背斜和通江凹陷须二、须四段天然气为吴家坪组烃源岩生成的油型气和自身煤型气的混合气,由于须家河组供烃量不同,不同层段碳同位素呈规律性变化。横向上天然气没有发生远距离运移,垂向上存在两类运移模式:①当须家河组断层欠发育、须三段泥岩厚度大时,天然气未发生长距离垂向运移。②当断层发育时,高渗的断缝体成为天然气长距离垂向运移的通道,促成了上、下层段中天然气的混合,表现为相似的天然气组分和地层压力特征。
加筋废弃钢渣混合土循环剪切性能研究
李丽华, 张永帅, 叶治, 康浩然, 白玉霞
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240341
摘要:

为改善黏土工程特性和增加废弃钢渣(SS)利用率,铺设土工格栅加筋,然后对钢渣−黏土混合土、砂−黏土混合土及黏土分别进行了直剪试验、循环剪切试验和循环后直剪试验,研究了不同钢渣掺量、竖向应力、含水率、剪切幅值条件下,混合土筋−土界面强度特征、阻尼比、剪切刚度变化和混合土体位移情况。试验结果表明:钢渣可以显著提高黏土筋−土界面抗剪强度,且改良效果优于常规材料砂改良黏土;钢渣−黏土混合土具有较大阻尼比和剪切刚度,说明其具有较好的减震耗能性。其中,40%钢渣掺量下的钢渣−黏土混合土抗剪强度、阻尼比和剪切刚度较优;相较于循环前直剪,经过循环荷载作用后钢渣−黏土混合土抗剪强度有所提升。此外,与竖向应力和剪切幅值相比,含水率对钢渣−黏土混合土的抗剪强度、剪切刚度和阻尼比有较大影响。钢渣−黏土混合土在循环剪切荷载作用下,可以呈现更好的减震耗能性,试验结果可为钢渣代替砂改良黏土提供理论依据。

为改善黏土工程特性和增加废弃钢渣(SS)利用率,铺设土工格栅加筋,然后对钢渣−黏土混合土、砂−黏土混合土及黏土分别进行了直剪试验、循环剪切试验和循环后直剪试验,研究了不同钢渣掺量、竖向应力、含水率、剪切幅值条件下,混合土筋−土界面强度特征、阻尼比、剪切刚度变化和混合土体位移情况。试验结果表明:钢渣可以显著提高黏土筋−土界面抗剪强度,且改良效果优于常规材料砂改良黏土;钢渣−黏土混合土具有较大阻尼比和剪切刚度,说明其具有较好的减震耗能性。其中,40%钢渣掺量下的钢渣−黏土混合土抗剪强度、阻尼比和剪切刚度较优;相较于循环前直剪,经过循环荷载作用后钢渣−黏土混合土抗剪强度有所提升。此外,与竖向应力和剪切幅值相比,含水率对钢渣−黏土混合土的抗剪强度、剪切刚度和阻尼比有较大影响。钢渣−黏土混合土在循环剪切荷载作用下,可以呈现更好的减震耗能性,试验结果可为钢渣代替砂改良黏土提供理论依据。

基于多源监测反馈的地下水封洞库围岩稳定性研究
宋琨, 刘俊岐, 阮迪, 陈健翔
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240554
摘要:

地下水封洞库在复杂地质条件下,围岩力学性能因施工扰动而弱化,伴随应力重分布与变形累积现象,导致局部失稳的风险增加。蠕变效应进一步加剧围岩变形及塑性破坏,对洞库的长期稳定性构成威胁。因此,围岩稳定性研究应充分利用监测数据,以评估围岩状态并指导施工与运营。在综合分析围岩位移、锚杆应力、钻孔波速等多源监测信息的基础上,通过正交设计的数值试验反演了岩体力学参数,并分析了施工期洞室分层开挖下孔隙水压力、围岩变形规律、应力变化及塑性区分布特征。最后,利用地下洞室群蠕变模型评估了地下水封洞库在长期水封条件下的稳定性特征。结果表明:围岩变形在开挖经过监测断面时急剧上升,最大增量约3 mm,随后趋于收敛,J1节理密集带影响区表现出更高的位移量。锚杆系统整体受力较低,锚杆应力与围岩变形变化同步,围岩松动圈深度约1.0 m。施工期开挖区域孔隙水压力接近0 MPa,洞室渗流量与围岩变形沿J1密集分布,中、下层开挖导致J1与起拱线交汇处的位移分别增长90.4%和28.7%;边墙塑性区逐层加深,最大深度达9.2 m。围岩长期变形特征表现为边墙收敛>底板隆起>拱顶沉降,J1与起拱线交汇处第1年累计变形占30年总量的92%,最大达27.1 mm;蠕变作用下应力逐步释放,应力分布趋于均匀;J1附近塑性区显著扩展,而完整花岗岩区域塑性范围较小,长期稳定性较高,表明地质构造影响区是主要失稳风险区。该研究对地下水封洞库的施工期与运营期稳定性评价具有工程意义和参考价值。

地下水封洞库在复杂地质条件下,围岩力学性能因施工扰动而弱化,伴随应力重分布与变形累积现象,导致局部失稳的风险增加。蠕变效应进一步加剧围岩变形及塑性破坏,对洞库的长期稳定性构成威胁。因此,围岩稳定性研究应充分利用监测数据,以评估围岩状态并指导施工与运营。在综合分析围岩位移、锚杆应力、钻孔波速等多源监测信息的基础上,通过正交设计的数值试验反演了岩体力学参数,并分析了施工期洞室分层开挖下孔隙水压力、围岩变形规律、应力变化及塑性区分布特征。最后,利用地下洞室群蠕变模型评估了地下水封洞库在长期水封条件下的稳定性特征。结果表明:围岩变形在开挖经过监测断面时急剧上升,最大增量约3 mm,随后趋于收敛,J1节理密集带影响区表现出更高的位移量。锚杆系统整体受力较低,锚杆应力与围岩变形变化同步,围岩松动圈深度约1.0 m。施工期开挖区域孔隙水压力接近0 MPa,洞室渗流量与围岩变形沿J1密集分布,中、下层开挖导致J1与起拱线交汇处的位移分别增长90.4%和28.7%;边墙塑性区逐层加深,最大深度达9.2 m。围岩长期变形特征表现为边墙收敛>底板隆起>拱顶沉降,J1与起拱线交汇处第1年累计变形占30年总量的92%,最大达27.1 mm;蠕变作用下应力逐步释放,应力分布趋于均匀;J1附近塑性区显著扩展,而完整花岗岩区域塑性范围较小,长期稳定性较高,表明地质构造影响区是主要失稳风险区。该研究对地下水封洞库的施工期与运营期稳定性评价具有工程意义和参考价值。

微咸水膜下滴灌棉花根系时空分布规律及三维动态生长模拟
张茗惠, 张峻华, 盛统民, 任卫东, 朱棋, 陈文岭
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240155
摘要:

新疆地处我国干旱−半干旱区,为节约水资源广泛使用微咸水膜下滴灌技术进行棉花种植,但微咸水利用不当易引起土壤盐渍化,棉花根系密度较大的区域强烈的吸水作用使土壤水分降低、盐分在区域内过量累积,引起棉花减产。为确保微咸水膜下滴灌棉田土壤生境及棉花产量,应充分考虑棉花根系分布对田间水盐运移的影响。本研究基于新疆巴州灌溉试验站棉田开展野外田间试验获取的棉花根系生长参数,构建微咸水膜下滴灌棉花根系生长模型,定量刻画棉花根系时空分布规律。研究结果表明:①根系的空间分布受土壤水分和盐分的影响,蕾期至花铃期根系更多地集中在滴灌带与宽行位置,盛铃期至吐絮期根系在深度50 cm以上有明显衰退,而在90~130 cm土壤中根系有所发育;②棉花根系三维生长模型的预测趋势与实际观测值保持一致,模拟值与实测值对比平均相对误差MRE0.24860.5378之间,均方根误差RMSE2.41274.8710 cm/cm2之间,符合指数d0.75410.9529之间,模拟结果总体能够描述棉花根长密度RLD分布;③棉花根系的三维模拟考虑了大田种植环境的生长情况,模拟结果达到了三维动态生长的效果,模型能够较好地模拟根系生长发育进程的形态结构。基于微根管法原位动态监测,利用CPlantBox建模框架能够构建微咸水膜下滴灌棉花根系生长模型,研究成果为探究根系形态时空分布对田间土壤水分迁移及根区水盐分布的影响机制奠定基础,对提高新疆棉花高产稳产具有重要的理论和实践意义。

新疆地处我国干旱−半干旱区,为节约水资源广泛使用微咸水膜下滴灌技术进行棉花种植,但微咸水利用不当易引起土壤盐渍化,棉花根系密度较大的区域强烈的吸水作用使土壤水分降低、盐分在区域内过量累积,引起棉花减产。为确保微咸水膜下滴灌棉田土壤生境及棉花产量,应充分考虑棉花根系分布对田间水盐运移的影响。本研究基于新疆巴州灌溉试验站棉田开展野外田间试验获取的棉花根系生长参数,构建微咸水膜下滴灌棉花根系生长模型,定量刻画棉花根系时空分布规律。研究结果表明:①根系的空间分布受土壤水分和盐分的影响,蕾期至花铃期根系更多地集中在滴灌带与宽行位置,盛铃期至吐絮期根系在深度50 cm以上有明显衰退,而在90~130 cm土壤中根系有所发育;②棉花根系三维生长模型的预测趋势与实际观测值保持一致,模拟值与实测值对比平均相对误差MRE0.24860.5378之间,均方根误差RMSE2.41274.8710 cm/cm2之间,符合指数d0.75410.9529之间,模拟结果总体能够描述棉花根长密度RLD分布;③棉花根系的三维模拟考虑了大田种植环境的生长情况,模拟结果达到了三维动态生长的效果,模型能够较好地模拟根系生长发育进程的形态结构。基于微根管法原位动态监测,利用CPlantBox建模框架能够构建微咸水膜下滴灌棉花根系生长模型,研究成果为探究根系形态时空分布对田间土壤水分迁移及根区水盐分布的影响机制奠定基础,对提高新疆棉花高产稳产具有重要的理论和实践意义。

基于TOPMODEL和MODFLOW-CFP模型的管道型岩溶水系统数值模拟
王思琪, 潘毅, 万军伟, 赵恒, 陈庆玲, 童紫茹, 林宇航
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240101
摘要:

非岩溶区外源水是西南岩溶地下水系统比较常见的补给来源,外源水所具有的快速、集中补给方式会使得岩溶地下水系统的水循环表现出独特的响应,这种特殊补给方式的岩溶水系统调查、监测和数值模拟方法尚不够完善。为探究外源水补给型岩溶水系统数值模拟技术方法,本文以湖北恩施甘溪渔泉洞岩溶水系统为研究对象,在岩溶水系统含水介质特征、补给方式的调查、地下水示踪试验以及高分辨率降雨−地表−地下径流的动态监测等工作基础上,采用MODFLOW-CFP数值模型刻画岩溶裂隙与管道双重介质特征,并针对岩溶管道入口处非岩溶区外源水集中灌入式补给的特点,采用地表水模型TOPMODEL来定量刻画非岩溶区外源水的产汇流过程,将其作为MODFLOW-CFP模型中岩溶管道入口的流量边界条件,实现地表−地下水模型的耦合,从而提高了MODFLOW-CFP对外源水刻画的精度。结果研究结果表明:利用TOPMODEL和MODFLOW-CFP模型模拟甘溪渔泉洞暗河出口流量,与实测值对比峰值相对误差在0.7%~19.7%,峰现时差在3 h内,相关系数R2为0.93,纳什效率系数NSE为0.86。对模型的正确性进行检验,检验期模拟得到的暗河出口流量与实测值对比峰值相对误差在1.1%~2.5%,峰现时差在2 h内,相关系数R2为0.91,纳什效率系数NSE为0.77,有较好的拟合精度。本研究构建的TOPMODEL和MODFLOW-CFP耦合模型在外源水补给型岩溶水系统降雨−水文响应过程模拟上有着推广价值。

非岩溶区外源水是西南岩溶地下水系统比较常见的补给来源,外源水所具有的快速、集中补给方式会使得岩溶地下水系统的水循环表现出独特的响应,这种特殊补给方式的岩溶水系统调查、监测和数值模拟方法尚不够完善。为探究外源水补给型岩溶水系统数值模拟技术方法,本文以湖北恩施甘溪渔泉洞岩溶水系统为研究对象,在岩溶水系统含水介质特征、补给方式的调查、地下水示踪试验以及高分辨率降雨−地表−地下径流的动态监测等工作基础上,采用MODFLOW-CFP数值模型刻画岩溶裂隙与管道双重介质特征,并针对岩溶管道入口处非岩溶区外源水集中灌入式补给的特点,采用地表水模型TOPMODEL来定量刻画非岩溶区外源水的产汇流过程,将其作为MODFLOW-CFP模型中岩溶管道入口的流量边界条件,实现地表−地下水模型的耦合,从而提高了MODFLOW-CFP对外源水刻画的精度。结果研究结果表明:利用TOPMODEL和MODFLOW-CFP模型模拟甘溪渔泉洞暗河出口流量,与实测值对比峰值相对误差在0.7%~19.7%,峰现时差在3 h内,相关系数R2为0.93,纳什效率系数NSE为0.86。对模型的正确性进行检验,检验期模拟得到的暗河出口流量与实测值对比峰值相对误差在1.1%~2.5%,峰现时差在2 h内,相关系数R2为0.91,纳什效率系数NSE为0.77,有较好的拟合精度。本研究构建的TOPMODEL和MODFLOW-CFP耦合模型在外源水补给型岩溶水系统降雨−水文响应过程模拟上有着推广价值。

一种基于不规则三角网的精确求交方法及三维地质建模应用
李逸达, 朱双, 郑贵洲
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240105
摘要:

针对目前三维地质模型求交方法中精确度不高、数值计算存在误差等问题,本研究提出一种基于不规则三角网、融合浮点精度与精确精度的地质体精确求交算法,具体流程如下:首先,构建不规则三角网(TIN) 的方向包围盒(OBB)层次树,通过快速碰撞检测筛选出有效相交三角形对集合,大幅缩减后续计算范围;其次,将相交三角形对分解为边 − 三角形求交单元,建立包含交点空间位置状态(onVertex(顶点上);onEdge(边上);inTriangle(面内))及对应实体(点、边、面)ID 的交点位置关系结构,既消除交点坐标的冗余计算,又通过位置状态与实体 ID 匹配精准判别重复交点(如:onVertex 状态下匹配顶点 ID;onEdge 状态下匹配边 ID);最后,根据拓扑正确性需求动态选择精度模式:若浮点精度可维持拓扑正确,则采用投影降维的约束 Delaunay 三角化(CDT)方法完成重三角化;若出现交点位置偏移(如面内点投影至边外)、点重合或交线段虚假相交等偏差,则切换至有理数表示的精确精度,通过约束点插入(面内点将三角形拆分为3个新三角、边上点将相邻三角形拆分为4个新三角)与约束线段插入(处理相交线段并执行边交换规则:凸四边形直接换边、凹四边形待排队换边)实现重三角化,确保重构结果的拓扑一致性。实验结果表明,本研究求交算法可以很好地支撑三角网的求交运算,算法转换至精确精度的次数少,具有较好的计算效率及较高的鲁棒性。算法平均时间花销优于GOCAD软件,能够满足大多数不规则三角网复杂地质模型间求交计算的需要。

针对目前三维地质模型求交方法中精确度不高、数值计算存在误差等问题,本研究提出一种基于不规则三角网、融合浮点精度与精确精度的地质体精确求交算法,具体流程如下:首先,构建不规则三角网(TIN) 的方向包围盒(OBB)层次树,通过快速碰撞检测筛选出有效相交三角形对集合,大幅缩减后续计算范围;其次,将相交三角形对分解为边 − 三角形求交单元,建立包含交点空间位置状态(onVertex(顶点上);onEdge(边上);inTriangle(面内))及对应实体(点、边、面)ID 的交点位置关系结构,既消除交点坐标的冗余计算,又通过位置状态与实体 ID 匹配精准判别重复交点(如:onVertex 状态下匹配顶点 ID;onEdge 状态下匹配边 ID);最后,根据拓扑正确性需求动态选择精度模式:若浮点精度可维持拓扑正确,则采用投影降维的约束 Delaunay 三角化(CDT)方法完成重三角化;若出现交点位置偏移(如面内点投影至边外)、点重合或交线段虚假相交等偏差,则切换至有理数表示的精确精度,通过约束点插入(面内点将三角形拆分为3个新三角、边上点将相邻三角形拆分为4个新三角)与约束线段插入(处理相交线段并执行边交换规则:凸四边形直接换边、凹四边形待排队换边)实现重三角化,确保重构结果的拓扑一致性。实验结果表明,本研究求交算法可以很好地支撑三角网的求交运算,算法转换至精确精度的次数少,具有较好的计算效率及较高的鲁棒性。算法平均时间花销优于GOCAD软件,能够满足大多数不规则三角网复杂地质模型间求交计算的需要。

鄂尔多斯盆地北部新召地区山西组砂岩储层压力演化与低压成因
景海杰, 王琳霖, 任克雄, 叶云飞, 刘宇坤, 陈芳, 马立元, 侯宇光
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240130
摘要:

鄂尔多斯盆地北部新召地区上古生界砂岩储层富含天然气且普遍发育异常低压,针对古压力演化以及现今异常低压形成机理认识尚不够深入,制约了致密砂岩气成藏规律的认识和增储上产。本研究运用流体包裹体岩相学观察、显微测温和激光拉曼分析技术,综合分析了山西组二段储层中油气充注历史,获取了成藏关键时期的古压力;利用盆地模拟法恢复了古压力演化史,建立了古流体压力演化与油气充注的耦合关系,并进一步探讨了异常低压成因与致密气成藏的成因联系。研究表明:(1)研究区山二段CO2包裹体捕获于距今170~180 Ma,此时烃源岩处于中−低成熟阶段,甲烷包裹体捕获于距今138~121 Ma的生烃高峰期;(2)山二段储层在早侏罗世开始发育超压,并在早白垩世末规模达到最大,古压力及古压力系数约为50 MPa和1.31;(3)由于温度降低、孔隙反弹和气体扩散等因素造成山二段地层压力降低分别约占总地层压力下降幅度的49%,14.5%和36.5%。山二段储层经历了常压−中等超压−常压−低压的演变过程,生烃增压与压力传导是古超压形成的主要原因,温度降低和天然气扩散是山二段异常低压形成的主控因素。

鄂尔多斯盆地北部新召地区上古生界砂岩储层富含天然气且普遍发育异常低压,针对古压力演化以及现今异常低压形成机理认识尚不够深入,制约了致密砂岩气成藏规律的认识和增储上产。本研究运用流体包裹体岩相学观察、显微测温和激光拉曼分析技术,综合分析了山西组二段储层中油气充注历史,获取了成藏关键时期的古压力;利用盆地模拟法恢复了古压力演化史,建立了古流体压力演化与油气充注的耦合关系,并进一步探讨了异常低压成因与致密气成藏的成因联系。研究表明:(1)研究区山二段CO2包裹体捕获于距今170~180 Ma,此时烃源岩处于中−低成熟阶段,甲烷包裹体捕获于距今138~121 Ma的生烃高峰期;(2)山二段储层在早侏罗世开始发育超压,并在早白垩世末规模达到最大,古压力及古压力系数约为50 MPa和1.31;(3)由于温度降低、孔隙反弹和气体扩散等因素造成山二段地层压力降低分别约占总地层压力下降幅度的49%,14.5%和36.5%。山二段储层经历了常压−中等超压−常压−低压的演变过程,生烃增压与压力传导是古超压形成的主要原因,温度降低和天然气扩散是山二段异常低压形成的主控因素。

地球深部探测国际前沿动态及发展方向
赵睿, 陈思, 王海华, 房大任, 王华
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240456
摘要:

地球深部探测是一项多学科、复杂的工作,旨在了解大陆及其边缘的结构、动态和演变。研究地球内部并深入了解地球的运作方式,关乎全世界社会的共同利益。开展地球深部探测半个世纪以来,全球多个国家开展了一系列战略计划,在技术方法取得了显著突破的同时积累了丰富的经验和成果,对于我国深地探测具有重要借鉴意义。通过整理21世纪以来美国、欧洲、澳大利亚等国家和地区代表性的地球深部探测相关计划最新进展,对其所采用的研究技术手段和取得成果进行了分析,从而把握地球深部探测国际动态。总结出地震层析成像与地球深部结构探测,大地电磁与矿产资源勘查,全球导航卫星系统监测地球运动和状态变化,地球表面和深部动力学过程耦合作用,先进数据处理、分析与建模能力,数据开放共享与交流6个地球深部探测前沿及重点发展方向,以期为我国“SinoProbe-Ⅱ”深部探测计划、“Earth CT”国际合作研究计划以及地球深部探测和矿产资源勘查国家科技重大专项等相关研究提供信息支撑和参考。

地球深部探测是一项多学科、复杂的工作,旨在了解大陆及其边缘的结构、动态和演变。研究地球内部并深入了解地球的运作方式,关乎全世界社会的共同利益。开展地球深部探测半个世纪以来,全球多个国家开展了一系列战略计划,在技术方法取得了显著突破的同时积累了丰富的经验和成果,对于我国深地探测具有重要借鉴意义。通过整理21世纪以来美国、欧洲、澳大利亚等国家和地区代表性的地球深部探测相关计划最新进展,对其所采用的研究技术手段和取得成果进行了分析,从而把握地球深部探测国际动态。总结出地震层析成像与地球深部结构探测,大地电磁与矿产资源勘查,全球导航卫星系统监测地球运动和状态变化,地球表面和深部动力学过程耦合作用,先进数据处理、分析与建模能力,数据开放共享与交流6个地球深部探测前沿及重点发展方向,以期为我国“SinoProbe-Ⅱ”深部探测计划、“Earth CT”国际合作研究计划以及地球深部探测和矿产资源勘查国家科技重大专项等相关研究提供信息支撑和参考。

滇东南那能金矿矿床成因:来自硫化物原位微量元素和同位素的证据
管继云, 张七道, 曹毅, 徐磊, 兰开军, 孙康, 赵洋
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240520
摘要:

那能金矿床是滇东南地区一个重要的中型卡林型金矿,研究其矿床成因对在滇东南地区寻找此类金矿床具有重要意义。详细的野外调研和室内观察表明那能金矿发育2个世代黄铁矿(PyI和PyII),利用LA-ICP-MS技术对载金矿物黄铁矿和毒砂进行了原位微量元素和硫同位素分析,探讨了成矿物质来源和矿床成因。LA-ICP-MS分析结果显示PyⅠ含有一定量的Au(质量分数均值6.37×10−6),主要富集Co、Ni、Se、W等元素;与PyⅠ相比,PyⅡ微量元素分布特征相似,但Au质量分数(均值68.02×10−6)偏高,相对富集Au、As、Sb、Cu等元素;毒砂中Au质量分数均值为36.02×10−6,主要富集As、Ni、Sb、Se、Au等元素,Zn、Ag、Hg、Tl元素含量较低。载金矿物δ34S值分布范围较为一致,主要集中在13.7‰~16.5‰,暗示载金矿物的S可能主要来自于围岩地层。初步分析表明在那能金矿形成过程中,富含Au、As、Sb等微量元素的中低温热液流体,在相对稳定的环境中形成PyⅠ黄铁矿,少量Au以固溶体(Au+)形式与PyⅠ同时沉淀,在PyⅡ阶段,区内强烈的构造活动使得成矿流体上涌,与围岩地层发生硫化反应后,流体中H2S浓度降低,Au-HS络合物失稳,Au过饱和沉淀后以纳米级包裹体(Au0)形式在PyⅡ黄铁矿中大量富集。

那能金矿床是滇东南地区一个重要的中型卡林型金矿,研究其矿床成因对在滇东南地区寻找此类金矿床具有重要意义。详细的野外调研和室内观察表明那能金矿发育2个世代黄铁矿(PyI和PyII),利用LA-ICP-MS技术对载金矿物黄铁矿和毒砂进行了原位微量元素和硫同位素分析,探讨了成矿物质来源和矿床成因。LA-ICP-MS分析结果显示PyⅠ含有一定量的Au(质量分数均值6.37×10−6),主要富集Co、Ni、Se、W等元素;与PyⅠ相比,PyⅡ微量元素分布特征相似,但Au质量分数(均值68.02×10−6)偏高,相对富集Au、As、Sb、Cu等元素;毒砂中Au质量分数均值为36.02×10−6,主要富集As、Ni、Sb、Se、Au等元素,Zn、Ag、Hg、Tl元素含量较低。载金矿物δ34S值分布范围较为一致,主要集中在13.7‰~16.5‰,暗示载金矿物的S可能主要来自于围岩地层。初步分析表明在那能金矿形成过程中,富含Au、As、Sb等微量元素的中低温热液流体,在相对稳定的环境中形成PyⅠ黄铁矿,少量Au以固溶体(Au+)形式与PyⅠ同时沉淀,在PyⅡ阶段,区内强烈的构造活动使得成矿流体上涌,与围岩地层发生硫化反应后,流体中H2S浓度降低,Au-HS络合物失稳,Au过饱和沉淀后以纳米级包裹体(Au0)形式在PyⅡ黄铁矿中大量富集。

融合时序InSAR形变的石棉县滑坡易发性评价
秦佳松, 李为乐, 单云锋, 周胜森, 郁文龙
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240342
摘要:

滑坡作为一种对自然和社会环境造成极大破坏的地质灾害,其易发性评价对防灾减灾至关重要。现有的滑坡数据库常作为滑坡易发性评价的数据基础,由于更新不及时,存在时效性差和不全面等问题。此外,传统的滑坡易发性评价方法主要依赖于静态数据(如地形、地质、水文),缺乏动态数据(如地表形变),难以全面捕捉正在变形的滑坡特征,导致评价的可靠性较差。结合光学遥感技术和合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar,简称InSAR)识别研究区滑坡并获取地表形变作为动态评价因子,结合静态评价因子,采用联合训练和加权叠加两种方法,耦合最大熵模型(maximum entropy,简称MaxEnt),并使用迭代自组织(Iterative Self-Organizing,简称ISO)聚类算法对石棉县进行了滑坡易发性评价及分区。结果表明:(1)综合光学遥感技术和InSAR技术两种方法,在研究区共识别出139处滑坡,石棉县滑坡灾害高易发区主要分布于河流和道路两侧,滑坡灾害点的分布与所划分区域有很好的吻合性。(2)补充InSAR形变因子在一定程度上提高了6.1%的易发性精度(受试者工作特征曲线(ROC)下面积AUC=0.921),同时显著地降低了评估结果中出现假阳性和假阴性的情况,提高了模型的精确性。该研究突出了将InSAR形变信息融入滑坡易发性模型中的优势,可为石棉县滑坡灾害预防提供重要支撑。

滑坡作为一种对自然和社会环境造成极大破坏的地质灾害,其易发性评价对防灾减灾至关重要。现有的滑坡数据库常作为滑坡易发性评价的数据基础,由于更新不及时,存在时效性差和不全面等问题。此外,传统的滑坡易发性评价方法主要依赖于静态数据(如地形、地质、水文),缺乏动态数据(如地表形变),难以全面捕捉正在变形的滑坡特征,导致评价的可靠性较差。结合光学遥感技术和合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar,简称InSAR)识别研究区滑坡并获取地表形变作为动态评价因子,结合静态评价因子,采用联合训练和加权叠加两种方法,耦合最大熵模型(maximum entropy,简称MaxEnt),并使用迭代自组织(Iterative Self-Organizing,简称ISO)聚类算法对石棉县进行了滑坡易发性评价及分区。结果表明:(1)综合光学遥感技术和InSAR技术两种方法,在研究区共识别出139处滑坡,石棉县滑坡灾害高易发区主要分布于河流和道路两侧,滑坡灾害点的分布与所划分区域有很好的吻合性。(2)补充InSAR形变因子在一定程度上提高了6.1%的易发性精度(受试者工作特征曲线(ROC)下面积AUC=0.921),同时显著地降低了评估结果中出现假阳性和假阴性的情况,提高了模型的精确性。该研究突出了将InSAR形变信息融入滑坡易发性模型中的优势,可为石棉县滑坡灾害预防提供重要支撑。

带光滑约束的大地电磁深度强化学习反演
曾晨瑞, 熊杰, 曹振, 张倩玮, 袁梦姣
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240349
摘要:

反演是处理大地电磁测深数据的关键步骤之一,得到了学者的广泛研究。其中基于数据驱动的反演方法主要包括带监督反演和半监督反演,对无监督反演的研究较少。DQN(deep Q-network)是一种经典的深度强化学习算法,作为无监督反演方法最近被用于解决一维大地电磁反演问题。该方法具有不需要训练数据集、对初始模型依赖较小、多次反演能够得到反演结果的概率分布等优点,但存在反演结果不集中的问题。提出了带光滑约束的大地电磁强化学习反演方法(Smooth DQN,简称SDQN)。本方法基于强化学习框架,将反演问题看成马尔可夫决策问题,并分别定义环境、奖励、智能体等术语;然后将正则化反演的模型约束项引入到奖励中来,从而引导智能体不断调整预测模型的电阻率参数以得到更符合模型约束的结果。理论模型反演结果表明,相较于DQN反演和Occam反演方法,在相同反演次数情况下SDQN方法反演不同噪声水平的观测数据时结果更稳定。西藏扎西康矿集区的大地电磁实测数据反演结果与Occam反演结果基本吻合并与已有的地质解释资料一致。SDQN方法具有反演结果更集中、对观测数据的抗噪能力更强的优点,是解决大地电磁反演问题的新工具。

反演是处理大地电磁测深数据的关键步骤之一,得到了学者的广泛研究。其中基于数据驱动的反演方法主要包括带监督反演和半监督反演,对无监督反演的研究较少。DQN(deep Q-network)是一种经典的深度强化学习算法,作为无监督反演方法最近被用于解决一维大地电磁反演问题。该方法具有不需要训练数据集、对初始模型依赖较小、多次反演能够得到反演结果的概率分布等优点,但存在反演结果不集中的问题。提出了带光滑约束的大地电磁强化学习反演方法(Smooth DQN,简称SDQN)。本方法基于强化学习框架,将反演问题看成马尔可夫决策问题,并分别定义环境、奖励、智能体等术语;然后将正则化反演的模型约束项引入到奖励中来,从而引导智能体不断调整预测模型的电阻率参数以得到更符合模型约束的结果。理论模型反演结果表明,相较于DQN反演和Occam反演方法,在相同反演次数情况下SDQN方法反演不同噪声水平的观测数据时结果更稳定。西藏扎西康矿集区的大地电磁实测数据反演结果与Occam反演结果基本吻合并与已有的地质解释资料一致。SDQN方法具有反演结果更集中、对观测数据的抗噪能力更强的优点,是解决大地电磁反演问题的新工具。

地质岩心钻孔轨迹控制技术研究进展
潘德元, 熊亮, 王杰, 蔡隽
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240373
摘要:

地质岩心钻探是地质勘查的重要技术手段之一,其中钻孔的实钻轨迹是钻孔质量的重要参数,不仅影响着钻探施工时的孔内安全,也关系着地质勘查的质量和精度。地质岩心钻探中具有钻孔直径小、管柱强度低、要求连续地质取心等限制条件,导致地质岩心钻孔轨迹控制难度大。通过系统梳理地质岩心钻孔的轨迹控制方法,对其进行了分类和归纳整理。主要为以下几个方面:初级定向孔技术以完成目的层取心为首要目的,分析了钻孔倾角、方位、位移等参数的设计方法和随深度变化情况,明确了该技术的适用条件和缺点,为初级定向孔技术在500 m以浅钻孔施工使用提供了思路,同时指出深孔应配合其他措施使用;围绕地质钻探满眼钻具技术,分析了常规绳索取心满眼钻具和大口径绳索取心满眼钻具的使用情况,提出了绳索取心满眼钻具管柱力学理论;围绕受控定向钻进技术,分析了在钻孔纠斜和侧钻绕障方面的应用,指出了不同方法的优缺点,表明小口径井底动力钻具优势明显,但是受地质取心工艺要求的影响,在地质钻探中具有较多限制。通过对地质岩心钻孔轨迹控制技术现状的回顾和分析,明确了影响钻孔轨迹的关键因素以及控制钻孔轨迹的多种技术,可为提高地质钻探的勘查精度提供有益参考和研究思路。

地质岩心钻探是地质勘查的重要技术手段之一,其中钻孔的实钻轨迹是钻孔质量的重要参数,不仅影响着钻探施工时的孔内安全,也关系着地质勘查的质量和精度。地质岩心钻探中具有钻孔直径小、管柱强度低、要求连续地质取心等限制条件,导致地质岩心钻孔轨迹控制难度大。通过系统梳理地质岩心钻孔的轨迹控制方法,对其进行了分类和归纳整理。主要为以下几个方面:初级定向孔技术以完成目的层取心为首要目的,分析了钻孔倾角、方位、位移等参数的设计方法和随深度变化情况,明确了该技术的适用条件和缺点,为初级定向孔技术在500 m以浅钻孔施工使用提供了思路,同时指出深孔应配合其他措施使用;围绕地质钻探满眼钻具技术,分析了常规绳索取心满眼钻具和大口径绳索取心满眼钻具的使用情况,提出了绳索取心满眼钻具管柱力学理论;围绕受控定向钻进技术,分析了在钻孔纠斜和侧钻绕障方面的应用,指出了不同方法的优缺点,表明小口径井底动力钻具优势明显,但是受地质取心工艺要求的影响,在地质钻探中具有较多限制。通过对地质岩心钻孔轨迹控制技术现状的回顾和分析,明确了影响钻孔轨迹的关键因素以及控制钻孔轨迹的多种技术,可为提高地质钻探的勘查精度提供有益参考和研究思路。

准噶尔盆地哈山地区风城组烃源岩品质差异性分析
孙中良, 张奎华, 宋振响, 于洪洲, 王斌, 宋梅远, 李志明, 曹婷婷
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240153
摘要:

哈山地区二叠系风城组页岩油勘探势头良好,多口页岩油探井取得突破。哈山地区风城组主要沉积陆源碎屑岩相、白云质混积岩相、含火山碎屑混积岩相和含碱性矿物混积岩相4类岩相,并发育多类型烃源岩。为进一步评价哈山地区风城组烃源岩品质及影响因素,以沉积背景入手,分岩相对风城组烃源岩进行精细评价,明确优质烃源岩的发育岩相,并在此基础上对烃源岩品质的影响因素进行分析,明确勘探方向。结果表明,哈山地区风城组含火山碎屑混积岩相泥页岩有机质丰度最好,白云质混积岩相泥页岩的生烃潜量最优,哈山地区风城组泥页岩干酪根主体为Ⅰ型-Ⅱ型,哈山西段泥页岩成熟度范围在0.8%~0.97%,哈山中段成熟度主要在1.2%~1.37%。哈山地区风城组烃源岩品质主要受沉积环境、生烃母质、成熟度、碱性矿物以及火山作用控制。白云质混积岩相、含碱性矿物混积岩相有机质在深水、还原环境、中−高盐度以及干燥条件下更为富集,陆源碎屑岩相以及含火山碎屑混积岩相在相对浅水、贫氧、低盐度、干旱-半干旱环境下有机质更为富集。沉积中心区高盐度区发育的绿藻(类杜氏藻)具有更高的油气转化率,使白云质混积岩相泥页岩在低丰度的有机质下具有较高的生烃潜量。成熟度以及碱性矿物的增加均会导致TOC、生烃潜量的测试值降低,适量的火山碎屑为有机质富集的有利条件。

哈山地区二叠系风城组页岩油勘探势头良好,多口页岩油探井取得突破。哈山地区风城组主要沉积陆源碎屑岩相、白云质混积岩相、含火山碎屑混积岩相和含碱性矿物混积岩相4类岩相,并发育多类型烃源岩。为进一步评价哈山地区风城组烃源岩品质及影响因素,以沉积背景入手,分岩相对风城组烃源岩进行精细评价,明确优质烃源岩的发育岩相,并在此基础上对烃源岩品质的影响因素进行分析,明确勘探方向。结果表明,哈山地区风城组含火山碎屑混积岩相泥页岩有机质丰度最好,白云质混积岩相泥页岩的生烃潜量最优,哈山地区风城组泥页岩干酪根主体为Ⅰ型-Ⅱ型,哈山西段泥页岩成熟度范围在0.8%~0.97%,哈山中段成熟度主要在1.2%~1.37%。哈山地区风城组烃源岩品质主要受沉积环境、生烃母质、成熟度、碱性矿物以及火山作用控制。白云质混积岩相、含碱性矿物混积岩相有机质在深水、还原环境、中−高盐度以及干燥条件下更为富集,陆源碎屑岩相以及含火山碎屑混积岩相在相对浅水、贫氧、低盐度、干旱-半干旱环境下有机质更为富集。沉积中心区高盐度区发育的绿藻(类杜氏藻)具有更高的油气转化率,使白云质混积岩相泥页岩在低丰度的有机质下具有较高的生烃潜量。成熟度以及碱性矿物的增加均会导致TOC、生烃潜量的测试值降低,适量的火山碎屑为有机质富集的有利条件。

离子剂-无机材料固化盐渍土的直剪力学特性与离散元数值模拟研究
冯冶, 张兴华, 常丹
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250256
摘要:
【目的】盐渍土具有溶陷、盐胀、腐蚀等特殊工程性质,给工程建设带来严重危害。寻找一种经济有效的固化方法,提高盐渍土在工程中的适用性,具有重要的科学和实践意义。【方法】本文首先对离子固化剂(ISS)、石灰和粉煤灰联合固化的盐渍土试样开展了一系列室内直剪试验,探讨其宏观力学演化规律。同时,通过建立固化盐渍土的离散元分析模型,从细观角度探究了剪切过程中离子剂-二灰固化盐渍土颗粒移动和力链演化规律,对剪切过程中试样内部颗粒接触模型的变化进行定量监测。【结果】结果表明加入离子剂能显著提升石灰-粉煤灰固化盐渍土的力学性能,试样均表现出了明显的脆性破坏特征,固化土的强度在ISS浓度为6%时达到峰值,继续添加ISS则会导致固化土强度下降。【结论】ISS能有效提升经无机材料固化后盐渍土的强度,ISS对固化盐渍土强度的影响与土颗粒表面水膜厚度变化以及反应生成物的覆盖程度相关。模拟结果显示损伤曲线分为平稳发展-指数增长-趋于稳定三个阶段,提出了考虑胶结破坏的细观损伤因子表达式,并揭示了加载过程中损伤演化规律。 【目的】盐渍土具有溶陷、盐胀、腐蚀等特殊工程性质,给工程建设带来严重危害。寻找一种经济有效的固化方法,提高盐渍土在工程中的适用性,具有重要的科学和实践意义。【方法】本文首先对离子固化剂(ISS)、石灰和粉煤灰联合固化的盐渍土试样开展了一系列室内直剪试验,探讨其宏观力学演化规律。同时,通过建立固化盐渍土的离散元分析模型,从细观角度探究了剪切过程中离子剂-二灰固化盐渍土颗粒移动和力链演化规律,对剪切过程中试样内部颗粒接触模型的变化进行定量监测。【结果】结果表明加入离子剂能显著提升石灰-粉煤灰固化盐渍土的力学性能,试样均表现出了明显的脆性破坏特征,固化土的强度在ISS浓度为6%时达到峰值,继续添加ISS则会导致固化土强度下降。【结论】ISS能有效提升经无机材料固化后盐渍土的强度,ISS对固化盐渍土强度的影响与土颗粒表面水膜厚度变化以及反应生成物的覆盖程度相关。模拟结果显示损伤曲线分为平稳发展-指数增长-趋于稳定三个阶段,提出了考虑胶结破坏的细观损伤因子表达式,并揭示了加载过程中损伤演化规律。
堤坝溃决计算方法现状及展望(I):理论模型、参数模型与一维数学模型
刘占奎, 郭秋歌, 杨洋, 介玉新, 张宝森, 王静雯, 周婷
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250301
摘要:
【目的】国内外堤坝溃决事故屡有发生,堤坝安全对防范洪水灾害至关重要。溃口发展机理及数学计算模型的研究对于洪水预测与风险防范具有重要意义。【分析】本文以溃口数学计算模型的发展脉络为主线,对堤坝溃口特性及溃决过程进行了概括总结,并基于堤坝溃口类型与影响因素的分析,对其分类与演化规律进行了归纳梳理,对比已有模型试验结果与数学计算模型的关系。本文按照理论模型、参数模型和一维数学模型的演进路径,对堤坝溃决计算方法进行了全面综述,系统汇总了溃口数学模型的历史发展与研究现状,并对不同数学模型的特征和适用性进行了简要比较。文中以表格形式列举了常见溃口计算方法,便于学者查阅与模型对比,进一步把握溃口发展数学模型的研究方向。【结论】总体而言,理论模型与参数模型因计算简便,可快速应用于溃决应急与抢险,但难以描述溃口的动态演化;一维数学模型能够耦合复杂的水流运动、溃口几何变化与泥沙输移过程,更为精细地刻画堤坝溃决的动态特征,但仍存在物理过程简化与假设较多的问题。随着二维、三维数学模型的发展,以及机器学习与人工智能方法的引入,溃口计算模型正朝着物理过程刻画更为精细、计算效率更高的方向演进。 【目的】国内外堤坝溃决事故屡有发生,堤坝安全对防范洪水灾害至关重要。溃口发展机理及数学计算模型的研究对于洪水预测与风险防范具有重要意义。【分析】本文以溃口数学计算模型的发展脉络为主线,对堤坝溃口特性及溃决过程进行了概括总结,并基于堤坝溃口类型与影响因素的分析,对其分类与演化规律进行了归纳梳理,对比已有模型试验结果与数学计算模型的关系。本文按照理论模型、参数模型和一维数学模型的演进路径,对堤坝溃决计算方法进行了全面综述,系统汇总了溃口数学模型的历史发展与研究现状,并对不同数学模型的特征和适用性进行了简要比较。文中以表格形式列举了常见溃口计算方法,便于学者查阅与模型对比,进一步把握溃口发展数学模型的研究方向。【结论】总体而言,理论模型与参数模型因计算简便,可快速应用于溃决应急与抢险,但难以描述溃口的动态演化;一维数学模型能够耦合复杂的水流运动、溃口几何变化与泥沙输移过程,更为精细地刻画堤坝溃决的动态特征,但仍存在物理过程简化与假设较多的问题。随着二维、三维数学模型的发展,以及机器学习与人工智能方法的引入,溃口计算模型正朝着物理过程刻画更为精细、计算效率更高的方向演进。
堤坝溃决计算方法现状及展望(Ⅱ):二维和三维数学计算模型
刘占奎, 郭秋歌, 杨洋, 介玉新, 张宝森, 王静雯, 周婷
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250303
摘要:
【目的】堤坝溃决作为国内外频发的灾害事故之一,对人类的生成生活产生巨大影响,溃决计算方法研究对堤坝溃决洪水的评估、预测与风险防范至关重要。【分析】本文从数学计算角度出发,重点对溃口发展二维、三维数学计算模型梳理总结,概要汇总了常见二维、三维数学计算模型的特点,并列表对比分析了常见溃口计算方法,简要介绍了三种典型的二维数学计算模型,方便相关学者对不同模型进行比对研究,更好把握堤坝溃决数学计算模型的发展现状。本文对常用数值计算方法与相关通用商业软件和开源软件进行了汇总与对比,梳理了机器学习方法在溃决计算中的应用现状与前景,并给出了未来研究方向与研究重点相关建议。【结论】总的来说,溃口发展机理研究与数学模拟中仍存在较多简化与假设,二维和三维数值计算方法朝着精细化描述溃口发展过程的方向发展,但算力需求大,计算耗时长,对溃口发展全过程的精准快速模拟计算将可能是持续的研究热点。机器学习方法已逐渐应用于溃口发展预测分析,未来将在溃口发展分析研究中有更加广泛深入的应用。 【目的】堤坝溃决作为国内外频发的灾害事故之一,对人类的生成生活产生巨大影响,溃决计算方法研究对堤坝溃决洪水的评估、预测与风险防范至关重要。【分析】本文从数学计算角度出发,重点对溃口发展二维、三维数学计算模型梳理总结,概要汇总了常见二维、三维数学计算模型的特点,并列表对比分析了常见溃口计算方法,简要介绍了三种典型的二维数学计算模型,方便相关学者对不同模型进行比对研究,更好把握堤坝溃决数学计算模型的发展现状。本文对常用数值计算方法与相关通用商业软件和开源软件进行了汇总与对比,梳理了机器学习方法在溃决计算中的应用现状与前景,并给出了未来研究方向与研究重点相关建议。【结论】总的来说,溃口发展机理研究与数学模拟中仍存在较多简化与假设,二维和三维数值计算方法朝着精细化描述溃口发展过程的方向发展,但算力需求大,计算耗时长,对溃口发展全过程的精准快速模拟计算将可能是持续的研究热点。机器学习方法已逐渐应用于溃口发展预测分析,未来将在溃口发展分析研究中有更加广泛深入的应用。
基于数值模拟对比研究地下水流动对地温场的影响-以山西地堑运城盆地为例
武国朋, 陈国雄, 柴建州, 毛杰, 何慧优, 张喜生, 张振杰
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250108
摘要:
【目的】地下水流动过程中会与围岩产生热量交换,进而改变地温场分布,有必要对此进行深入的研究。【方法】本文以山西地堑运城断陷盆地为例,采用有限元数值模拟方法,重点对比单一热传导和热传导-热对流复合模式,研究地下水流动对深部温度场的控制作用。【结果】结果表明:当热传导和热对流模式共同存在,单一重力驱动作用下,地下水流动可通过高渗透性地层和断裂带显著影响纯热传导模式下的深部温度场。如果考虑到温度差异引起的浮力叠加作用,高渗透性深大断裂带及其附近的地下水流速和流向会发生变化,深部地温场也将明显改变。特别是峨眉地台南北缘断裂以及中条山断裂深部,由于地下水流动产生局部温度正异常。通过将收集的钻孔测温曲线与模拟结果对比,运城盆地的热量传递机制更倾向于热传导-热对流复合模式。【结论】本次研究揭示了地下水流动对运城断陷盆地地温场分布的影响和控制作用,可为该区域地热资源勘查和预测提供一定依据。 【目的】地下水流动过程中会与围岩产生热量交换,进而改变地温场分布,有必要对此进行深入的研究。【方法】本文以山西地堑运城断陷盆地为例,采用有限元数值模拟方法,重点对比单一热传导和热传导-热对流复合模式,研究地下水流动对深部温度场的控制作用。【结果】结果表明:当热传导和热对流模式共同存在,单一重力驱动作用下,地下水流动可通过高渗透性地层和断裂带显著影响纯热传导模式下的深部温度场。如果考虑到温度差异引起的浮力叠加作用,高渗透性深大断裂带及其附近的地下水流速和流向会发生变化,深部地温场也将明显改变。特别是峨眉地台南北缘断裂以及中条山断裂深部,由于地下水流动产生局部温度正异常。通过将收集的钻孔测温曲线与模拟结果对比,运城盆地的热量传递机制更倾向于热传导-热对流复合模式。【结论】本次研究揭示了地下水流动对运城断陷盆地地温场分布的影响和控制作用,可为该区域地热资源勘查和预测提供一定依据。
准南吉木萨尔地区本源菌群产气潜力及其代谢机理
徐帆, 王刚, 李跃国, 杨曙光, 严德天, 王一兵, 苏现波, 来鹏, 王博, 伏海蛟
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250382
摘要:
【目的】准噶尔盆地南缘吉木萨尔地区中低阶煤煤层气资源丰富,表现出明显的生物成因气特征。截止目前,吉木萨尔地区是否存在生物成因气的活跃补给并不明确,制约了该区煤层气资源潜力评价与下一步勘探部署。【方法】本文以吉木萨尔地区煤层气开发井产出水样与相邻煤层气参数井煤样为研究对象,以实际煤储层介质环境为约束条件,构建了近似原位条件下厌氧发酵产气模拟装置,基于不同阶段的产气特征、煤样孔容孔径变化、微生物群落结构演化及基因功能特征的对比分析,探讨了吉木萨尔地区本源菌群产气潜力与代谢机理。【结果】吉木萨尔地区本源菌群在现今条件下具有产生生物气的潜力,实验中CH4累计产气量为9.49×10-2 ml/g。由宏基因组测序可知,吉木萨尔地区本源菌群中水解菌的丰度高,典型的产酸菌和产氢产乙酸菌相对较少,产甲烷古菌主要为Methanosarcina。但是,系统中多数的水解菌可直接将煤中大分子降解为乙酸、氢气和二氧化碳等可供产甲烷菌利用的底物。【结论】厌氧发酵初期,Aliarcobacter快速繁殖并抑制Pseudomonas等水解菌,碳水化合物代谢等基因功能丰度降低,水解过程受限,无法为产甲烷菌提供足够的底物,产甲烷菌Methanosarcina的丰度降低,阶段产甲烷量减少;随后Aliarcobacter丰度降低,水解菌代谢活动重新活跃,碳水化合物代谢等基因功能丰度升高,系统内可供产甲烷菌利用的底物富集,产甲烷菌Methanosarcina的丰度升高,阶段产甲烷量也同步升高。研究成果可为中低阶煤层气资源评价、勘探方案制定、煤层气生物工程的顺利实施提供理论依据。 【目的】准噶尔盆地南缘吉木萨尔地区中低阶煤煤层气资源丰富,表现出明显的生物成因气特征。截止目前,吉木萨尔地区是否存在生物成因气的活跃补给并不明确,制约了该区煤层气资源潜力评价与下一步勘探部署。【方法】本文以吉木萨尔地区煤层气开发井产出水样与相邻煤层气参数井煤样为研究对象,以实际煤储层介质环境为约束条件,构建了近似原位条件下厌氧发酵产气模拟装置,基于不同阶段的产气特征、煤样孔容孔径变化、微生物群落结构演化及基因功能特征的对比分析,探讨了吉木萨尔地区本源菌群产气潜力与代谢机理。【结果】吉木萨尔地区本源菌群在现今条件下具有产生生物气的潜力,实验中CH4累计产气量为9.49×10-2 ml/g。由宏基因组测序可知,吉木萨尔地区本源菌群中水解菌的丰度高,典型的产酸菌和产氢产乙酸菌相对较少,产甲烷古菌主要为Methanosarcina。但是,系统中多数的水解菌可直接将煤中大分子降解为乙酸、氢气和二氧化碳等可供产甲烷菌利用的底物。【结论】厌氧发酵初期,Aliarcobacter快速繁殖并抑制Pseudomonas等水解菌,碳水化合物代谢等基因功能丰度降低,水解过程受限,无法为产甲烷菌提供足够的底物,产甲烷菌Methanosarcina的丰度降低,阶段产甲烷量减少;随后Aliarcobacter丰度降低,水解菌代谢活动重新活跃,碳水化合物代谢等基因功能丰度升高,系统内可供产甲烷菌利用的底物富集,产甲烷菌Methanosarcina的丰度升高,阶段产甲烷量也同步升高。研究成果可为中低阶煤层气资源评价、勘探方案制定、煤层气生物工程的顺利实施提供理论依据。
不同管道流量条件下红黏土地区地面塌陷半物理模型试验研究
王凯, 李麟玮, 向喜琼, 张勇, 安友豪, 安廷齐
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250298
摘要:
【目的】红黏土地区由于地下管道破裂引发的地面塌陷问题日益突出,对日常生活安全和经济财产造成了严重威胁。【方法】本文旨在通过半结构物理模型试验,揭示不同管道流量条件下红黏土地区地面塌陷的变形破坏模式。试验采用高速相机、土压力传感器、孔隙水压力传感器和激光位移计等设备,对土体的宏观变形破坏、湿润锋运移过程、内部土压力与孔隙水压力变化以及地表位移演变规律等进行监测。【结果】研究结果表明,在相同的管道破裂条件下,随着管道流量的减小,渗漏水流对土体的侵蚀能力逐渐减弱,致使湿润锋的运移机制发生改变,侵蚀速率显著降低。同时,流量减小还会引起土洞发育方向由水平转向竖直,土洞尺寸相应减小,发生塌陷所需的临界覆盖层厚度也随之降低。此外,管道渗漏最终诱发的地面塌陷模式保持一致,均为渗漏水流顶破覆盖层所致。【结论】本文通过揭示红黏土特殊地质条件下地下管道破裂渗漏致塌模式,为城市地下管道的全生命周期安全监控、地面塌陷风险预警体系构建及工程防治方案设计提供了理论支持。 【目的】红黏土地区由于地下管道破裂引发的地面塌陷问题日益突出,对日常生活安全和经济财产造成了严重威胁。【方法】本文旨在通过半结构物理模型试验,揭示不同管道流量条件下红黏土地区地面塌陷的变形破坏模式。试验采用高速相机、土压力传感器、孔隙水压力传感器和激光位移计等设备,对土体的宏观变形破坏、湿润锋运移过程、内部土压力与孔隙水压力变化以及地表位移演变规律等进行监测。【结果】研究结果表明,在相同的管道破裂条件下,随着管道流量的减小,渗漏水流对土体的侵蚀能力逐渐减弱,致使湿润锋的运移机制发生改变,侵蚀速率显著降低。同时,流量减小还会引起土洞发育方向由水平转向竖直,土洞尺寸相应减小,发生塌陷所需的临界覆盖层厚度也随之降低。此外,管道渗漏最终诱发的地面塌陷模式保持一致,均为渗漏水流顶破覆盖层所致。【结论】本文通过揭示红黏土特殊地质条件下地下管道破裂渗漏致塌模式,为城市地下管道的全生命周期安全监控、地面塌陷风险预警体系构建及工程防治方案设计提供了理论支持。
冻融循环作用下砂岩的动态冲击特性试验研究
孙峤, 孙路平, 叶泽晖, 王泽成, 李栋伟
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240103
摘要:

为研究冻融循环对砂岩动态力学性能和微观结构特征的影响,对冻融0,30,60,90,120次的砂岩进行了冲击速度分别为3,6,9 m/s的动态冲击压缩试验、核磁共振检测以及电镜扫描。结果表明,冻融砂岩的动态冲击破坏模式整体上为粉碎破坏,随着冻融循环次数和冲击速度的增加,砂岩的破碎程度加大,碎块尺度减小,碎块数量和粉末占比增多,分形维数增大。在相同冲击速度下,随着冻融循环次数的增加,砂岩的动态力学性能不断劣化;各动态力学性能指标均具有率相关效应。此外,建立了冻融砂岩的动态峰值应力指数衰减模型,证明了冲击速度可以在一定程度上补偿冻融循环的损伤劣化作用,使冻融砂岩衰减常数减小,半衰期延后。所建立的分形维数−动态强度演化方程,使得分形维数不仅能定量描述砂岩冲击破坏后的破碎程度,还能进一步预测其动态强度。随着冻融循环次数的增加,砂岩内部孔洞、裂隙尺寸扩大且数量增多,结构损伤程度加剧;基于上述结果,探究了冻融循环作用下砂岩的损伤破坏机制,发现砂岩的冻融损伤是多种因素共同作用的结果。该研究可为寒冷地区岩石工程提供相关参考。

为研究冻融循环对砂岩动态力学性能和微观结构特征的影响,对冻融0,30,60,90,120次的砂岩进行了冲击速度分别为3,6,9 m/s的动态冲击压缩试验、核磁共振检测以及电镜扫描。结果表明,冻融砂岩的动态冲击破坏模式整体上为粉碎破坏,随着冻融循环次数和冲击速度的增加,砂岩的破碎程度加大,碎块尺度减小,碎块数量和粉末占比增多,分形维数增大。在相同冲击速度下,随着冻融循环次数的增加,砂岩的动态力学性能不断劣化;各动态力学性能指标均具有率相关效应。此外,建立了冻融砂岩的动态峰值应力指数衰减模型,证明了冲击速度可以在一定程度上补偿冻融循环的损伤劣化作用,使冻融砂岩衰减常数减小,半衰期延后。所建立的分形维数−动态强度演化方程,使得分形维数不仅能定量描述砂岩冲击破坏后的破碎程度,还能进一步预测其动态强度。随着冻融循环次数的增加,砂岩内部孔洞、裂隙尺寸扩大且数量增多,结构损伤程度加剧;基于上述结果,探究了冻融循环作用下砂岩的损伤破坏机制,发现砂岩的冻融损伤是多种因素共同作用的结果。该研究可为寒冷地区岩石工程提供相关参考。

不同含水率滑带土强度弱化特征及其对牙豁口滑坡稳定性的影响
张真源, 李金秋, 张永双, 任三绍, 王振兴, 孙建时, 宫敬新
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250207
摘要:
摘要:[目的]甘肃省舟曲县牙豁口滑坡是白龙江流域发育的大型滑坡,2019年发生的大规模滑动造成了严重的经济损失。由于该滑坡失稳机制不清,相应地制约了灾害治理效果。[方法]采用无人机航测、现场精细调查、室内环剪试验和数值模拟等方法,开展了滑坡变形破坏特征、不同含水率滑带土的强度弱化特征及滑坡失稳机制研究。[结果] 1)牙豁口滑坡目前处于蠕滑状态,后缘变形破坏强烈,出露了泥化碳质板岩滑带土,黏粒含量约26.4%,亲水性黏土矿物占比约52%,具较强的水敏性;2)在长距离剪切作用下,滑带土呈现明显的应变软化特征,最大软化比为57.2%;含水率由9%增至18%时强度弱化45.49%,剪切面相对起伏度均方根Z2降幅达0.24,电镜扫描下可见黏土矿物呈面面重叠状的定向排列;3)数值模拟表明,天然状态下牙豁口滑坡处于基本稳定状态,饱水条件下滑坡变形显著增大;有裂缝与无裂缝坡体相比,前者在降雨入渗导致滑带土饱和的时间比后者时间明显降低。[结论]牙豁口滑坡整体呈“前拉-后推”的变形破坏模式,泥化碳质板岩滑带土的水敏性对其稳定性具有控制作用,持续性降雨是失稳的重要诱发因素,坡体发育的贯通性裂缝显著加速了降雨入渗与滑带强度弱化过程。据此提出了该类滑坡的防范建议,对国内外同类滑坡灾害防治具有一定的指导意义。 摘要:[目的]甘肃省舟曲县牙豁口滑坡是白龙江流域发育的大型滑坡,2019年发生的大规模滑动造成了严重的经济损失。由于该滑坡失稳机制不清,相应地制约了灾害治理效果。[方法]采用无人机航测、现场精细调查、室内环剪试验和数值模拟等方法,开展了滑坡变形破坏特征、不同含水率滑带土的强度弱化特征及滑坡失稳机制研究。[结果] 1)牙豁口滑坡目前处于蠕滑状态,后缘变形破坏强烈,出露了泥化碳质板岩滑带土,黏粒含量约26.4%,亲水性黏土矿物占比约52%,具较强的水敏性;2)在长距离剪切作用下,滑带土呈现明显的应变软化特征,最大软化比为57.2%;含水率由9%增至18%时强度弱化45.49%,剪切面相对起伏度均方根Z2降幅达0.24,电镜扫描下可见黏土矿物呈面面重叠状的定向排列;3)数值模拟表明,天然状态下牙豁口滑坡处于基本稳定状态,饱水条件下滑坡变形显著增大;有裂缝与无裂缝坡体相比,前者在降雨入渗导致滑带土饱和的时间比后者时间明显降低。[结论]牙豁口滑坡整体呈“前拉-后推”的变形破坏模式,泥化碳质板岩滑带土的水敏性对其稳定性具有控制作用,持续性降雨是失稳的重要诱发因素,坡体发育的贯通性裂缝显著加速了降雨入渗与滑带强度弱化过程。据此提出了该类滑坡的防范建议,对国内外同类滑坡灾害防治具有一定的指导意义。
基于AHP-CRITIC法的储层非均质定量表征:以樊151块沙四上纯下次亚段24小层为例
杨怡梦, 徐守余, 陈麦雨, 崔改霞, 胡津
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240394
摘要:

樊151块为低渗透滩坝砂油藏,储层整体物性差,非均质性强,导致在实际开发中原油采收率较低,滞留了较多的剩余油。分析储层非均质性对剩余油分布的影响,找出剩余油富集部位,对油田提高采收率具有重要的指导意义。同时储层非均质性综合指数的计算在定量表征非均质性方面具有重要意义,因此提高储层非均质性综合指数计算的准确性,可为预测油田开发有利区和寻找剩余油提供参数依据。为提高储层非均质性综合指数计算的准确性,提出了层次分析法−客观赋权法(AHP-CRITIC)组合赋权法,采用线性组合的方法得到主客观复合权重,定量计算储层非均质的综合指数,该方法兼顾主观性和客观性,实现优势互补弥补了单一赋权的不足。使用AHP-CRITIC组合赋权法对樊151块沙四上纯下次亚段24小层储层非均质性进行了定量研究,结果表明:非均质综合指数I值的范围在0.27~0.73,综合指数值在0.4~0.65之间约占63%。研究区目的层呈现中等−较强非均质,非均质综合指数值I的高值区域分布情况与该小层剩余油饱和度平面等值线图的高值区域基本吻合,说明AHP-CRITIC组合赋权法合理地分配了评价指标参数的权重,形成了适用于该小层的储层非均质性定量评价标准,为储层非均质定量表征提供了新方法。

樊151块为低渗透滩坝砂油藏,储层整体物性差,非均质性强,导致在实际开发中原油采收率较低,滞留了较多的剩余油。分析储层非均质性对剩余油分布的影响,找出剩余油富集部位,对油田提高采收率具有重要的指导意义。同时储层非均质性综合指数的计算在定量表征非均质性方面具有重要意义,因此提高储层非均质性综合指数计算的准确性,可为预测油田开发有利区和寻找剩余油提供参数依据。为提高储层非均质性综合指数计算的准确性,提出了层次分析法−客观赋权法(AHP-CRITIC)组合赋权法,采用线性组合的方法得到主客观复合权重,定量计算储层非均质的综合指数,该方法兼顾主观性和客观性,实现优势互补弥补了单一赋权的不足。使用AHP-CRITIC组合赋权法对樊151块沙四上纯下次亚段24小层储层非均质性进行了定量研究,结果表明:非均质综合指数I值的范围在0.27~0.73,综合指数值在0.4~0.65之间约占63%。研究区目的层呈现中等−较强非均质,非均质综合指数值I的高值区域分布情况与该小层剩余油饱和度平面等值线图的高值区域基本吻合,说明AHP-CRITIC组合赋权法合理地分配了评价指标参数的权重,形成了适用于该小层的储层非均质性定量评价标准,为储层非均质定量表征提供了新方法。

基于轻量级卷积神经网络的岩石图像岩性识别方法
刘善伟, 马志伟, 魏世清, 魏忠勇
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240348
摘要:

岩性识别是油气勘探和开发过程中的重要环节,对于油气勘探定位、储层评价以及储层模型建立具有重要的指导意义。但传统的人工岩性识别方法耗时耗力,经典的深度学习模型虽然识别精度高,但模型的参数量较大,为了提高模型识别精度,同时降低模型的参数量,使模型适用于岩性实时识别工作,本研究首先收集了白云岩、砂岩等8种岩石共3016张岩石图像构建岩性识别数据集,然后以轻量型卷积神经网络ShuffleNetV2模型为基础网络,提出了一种Rock-ShuffleNetV2岩性识别模型(下文简称为RSHFNet模型)。模型中将混合注意力模块(convolutional block attention module,简称CBAM)以及多尺度特征融合模块(multi scale feature fusion module,简称MSF)融入基础网络中以加强模型的特征提取能力,提升模型识别性能,并优化模型中ShuffleNetv2单元的堆叠次数以减少模型参数量。实验结果表明:与基础模型相比,本研究提出的RSHFNet模型的准确率达到了87.21%,提高了4.98%;同时,模型参数量与浮点运算量分别降低到了8.69×106与9.3×107,分别是基础模型的67 %与63 %,模型参数量明显降低;并且RSHFNet模型的综合性能明显优于现有的卷积神经网络。本研究提出的RSHFNet岩性识别模型具有较高的识别精度和较好的泛化能力,同时更加的轻量化,为实现野外实时的岩性识别工作提供了新思路。

岩性识别是油气勘探和开发过程中的重要环节,对于油气勘探定位、储层评价以及储层模型建立具有重要的指导意义。但传统的人工岩性识别方法耗时耗力,经典的深度学习模型虽然识别精度高,但模型的参数量较大,为了提高模型识别精度,同时降低模型的参数量,使模型适用于岩性实时识别工作,本研究首先收集了白云岩、砂岩等8种岩石共3016张岩石图像构建岩性识别数据集,然后以轻量型卷积神经网络ShuffleNetV2模型为基础网络,提出了一种Rock-ShuffleNetV2岩性识别模型(下文简称为RSHFNet模型)。模型中将混合注意力模块(convolutional block attention module,简称CBAM)以及多尺度特征融合模块(multi scale feature fusion module,简称MSF)融入基础网络中以加强模型的特征提取能力,提升模型识别性能,并优化模型中ShuffleNetv2单元的堆叠次数以减少模型参数量。实验结果表明:与基础模型相比,本研究提出的RSHFNet模型的准确率达到了87.21%,提高了4.98%;同时,模型参数量与浮点运算量分别降低到了8.69×106与9.3×107,分别是基础模型的67 %与63 %,模型参数量明显降低;并且RSHFNet模型的综合性能明显优于现有的卷积神经网络。本研究提出的RSHFNet岩性识别模型具有较高的识别精度和较好的泛化能力,同时更加的轻量化,为实现野外实时的岩性识别工作提供了新思路。

晋祠泉域西边山岩溶关键带地下水污染机制研究
高旭波, 王倩, 毛智锋, 张鑫, 段燕
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240278
摘要:

岩溶地下水资源是我国重要供水水源。在全球气候变化和采煤等强烈人类活动的叠加作用下,晋祠泉域地下水水质恶化。探明水环境问题,识别泉域岩溶关键带地下水污染机制对于泉域岩溶地下水保护具有重要意义。采用熵权法水质指数对泉域地下水进行水质评价。基于水质评价结果,采用水化学耦合地下水硫酸盐硫氧和硝酸盐氮氧同位素进行地下水污染溯源。通过地下水无机碳同位素、锶同位素和硫同位素进一步识别出岩溶地下水污染途径。结果表明,岩溶水中硫酸盐质量浓度均值为582.07 mg/L,孔隙水硝酸盐质量浓度高达424.72 mg/L,说明研究区地下水受到明显硫酸盐、硝酸盐污染。污染岩溶水中硫酸盐硫同位素显著偏负,硝酸盐污染岩溶水锶同位素和碳同位素特征与深部孔隙水相似。地下水中过量硫酸盐的主要来源是硫化物氧化和石膏溶解,污水排放和粪肥输入是地下水受硝酸盐污染的重要原因。岩溶含水层的主要污染途径为孔隙水的反向补给和上层老窑水的串层补给。研究成果为晋祠泉域岩溶地下水污染治理及岩溶水资源的合理开发利用提供了重要科学依据。

岩溶地下水资源是我国重要供水水源。在全球气候变化和采煤等强烈人类活动的叠加作用下,晋祠泉域地下水水质恶化。探明水环境问题,识别泉域岩溶关键带地下水污染机制对于泉域岩溶地下水保护具有重要意义。采用熵权法水质指数对泉域地下水进行水质评价。基于水质评价结果,采用水化学耦合地下水硫酸盐硫氧和硝酸盐氮氧同位素进行地下水污染溯源。通过地下水无机碳同位素、锶同位素和硫同位素进一步识别出岩溶地下水污染途径。结果表明,岩溶水中硫酸盐质量浓度均值为582.07 mg/L,孔隙水硝酸盐质量浓度高达424.72 mg/L,说明研究区地下水受到明显硫酸盐、硝酸盐污染。污染岩溶水中硫酸盐硫同位素显著偏负,硝酸盐污染岩溶水锶同位素和碳同位素特征与深部孔隙水相似。地下水中过量硫酸盐的主要来源是硫化物氧化和石膏溶解,污水排放和粪肥输入是地下水受硝酸盐污染的重要原因。岩溶含水层的主要污染途径为孔隙水的反向补给和上层老窑水的串层补给。研究成果为晋祠泉域岩溶地下水污染治理及岩溶水资源的合理开发利用提供了重要科学依据。

一种基于滑坡易发性优化SBAS-InSAR解译结果的方法
唐璐瑶, 曾斌, 袁晶晶, 艾东, 许汇源
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240412
摘要:

SBAS-InSAR解译结果具有多解性,直接利用解译的形变点识别滑坡隐患区具有较大的不确定性。为此,以清江北岸(长阳段)为研究区,提出了一种利用滑坡易发性等综合优化SBAS-InSAR解译结果的方法。首先将SBAS-InSAR解译的形变点进行聚类和异常值分析(Anselin Local Moran's I工具),保留低值聚类形变点;然后,选取高程、坡度、坡向、工程地质岩组、距断层距离、距水泵距离、距道路距离、地形湿度指数8个指标,采用信息量法评价并得到滑坡易发性分区图,利用受试者工作特征曲线(ROC)验证得到ROC曲线下面积(AUC)值为0.844,表明易发性评价结果可靠;最后,通过设置阈值(地表形变速率v≤−10 mm/a)和易发性结果对低值聚类形变点进行筛选,得到优化后的SBAS-InSAR结果图。选取部分区域进行野外验证,结果显示:优化后的形变点数量减少,其分布特征与研究区历史滑坡的发育规律更一致。此外,以渔坪村一组滑坡与偏山滑坡作为典型实例,比较SBAS-InSAR与GNSS在同一时刻监测到的地表形变量。其中渔坪村一组滑坡显示的SBAS-InSAR与GNSS在同一时刻监测到的地表形变量差值范围为0~7.87 mm,平均差值约为2.23 mm,均方根误差(RMSE)为3.67。研究证明,对SBAS-InSAR解译结果的优化方法具有较好的实用性及可靠性,可为InSAR技术应用于地质灾害领域提供有益参考。

SBAS-InSAR解译结果具有多解性,直接利用解译的形变点识别滑坡隐患区具有较大的不确定性。为此,以清江北岸(长阳段)为研究区,提出了一种利用滑坡易发性等综合优化SBAS-InSAR解译结果的方法。首先将SBAS-InSAR解译的形变点进行聚类和异常值分析(Anselin Local Moran's I工具),保留低值聚类形变点;然后,选取高程、坡度、坡向、工程地质岩组、距断层距离、距水泵距离、距道路距离、地形湿度指数8个指标,采用信息量法评价并得到滑坡易发性分区图,利用受试者工作特征曲线(ROC)验证得到ROC曲线下面积(AUC)值为0.844,表明易发性评价结果可靠;最后,通过设置阈值(地表形变速率v≤−10 mm/a)和易发性结果对低值聚类形变点进行筛选,得到优化后的SBAS-InSAR结果图。选取部分区域进行野外验证,结果显示:优化后的形变点数量减少,其分布特征与研究区历史滑坡的发育规律更一致。此外,以渔坪村一组滑坡与偏山滑坡作为典型实例,比较SBAS-InSAR与GNSS在同一时刻监测到的地表形变量。其中渔坪村一组滑坡显示的SBAS-InSAR与GNSS在同一时刻监测到的地表形变量差值范围为0~7.87 mm,平均差值约为2.23 mm,均方根误差(RMSE)为3.67。研究证明,对SBAS-InSAR解译结果的优化方法具有较好的实用性及可靠性,可为InSAR技术应用于地质灾害领域提供有益参考。

渝东北“7.8”强降雨诱发滑坡成灾背景与触发阈值
张钟远
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250323
摘要:
降雨作用下鄂西山区麻池村1号滑坡变形破坏过程试验研究
王赟, 陈菲菲, 沈颜参, 杨涛, 陈梦源, 李喜, 章广成
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250271
摘要:
摘要:鄂西山区堆积层滑坡分布广、规模大,其变形规律与降雨时空分布特征密切相关。【目的】为了揭示堆积层边坡变形特征及其演化过程对降雨模式的响应规律,确定滑坡稳定性对各因素的敏感程度。【方法】本文选取十堰市典型堆积层滑坡——麻池村1号滑坡为例,采用物理模型试验探究前锋、中锋、平锋和后锋四种雨型作用下滑坡的演化过程。采用正交试验和方差分析,辨识影响滑坡稳定性的主控因素。【结果及结论】研究结果表明:(1)四种降雨雨型对滑体土孔隙水压力的影响主要体现在孔隙水压力峰值出现时间随雨峰位置的变化,雨峰越靠前,峰值出现的时间越早。其次,后峰型降雨所导致的滑坡破坏区域相对较大,致灾效应较强。(2)在各种类型降雨条件下,边坡模型主要从中部开始变形,先发生蠕变,再到阶跃式变形直至边坡完全破坏。(3)正交试验方差分析表明,影响麻池村1号滑坡整体稳定性的敏感因素由大到小依次为:内摩擦角φ >粘聚力c >累计降雨量T >渗透系数Ks >滑带土容重γ >降雨雨型Q。滑带土的粘聚力c与内摩擦角φ是评估滑坡稳定性的关键抗剪强度参数。(4)对于滑坡前缘局部来说,渗透系数Ks是影响稳定性的一个重要因素,而对滑坡整体而言,累计降雨量T更关键。 摘要:鄂西山区堆积层滑坡分布广、规模大,其变形规律与降雨时空分布特征密切相关。【目的】为了揭示堆积层边坡变形特征及其演化过程对降雨模式的响应规律,确定滑坡稳定性对各因素的敏感程度。【方法】本文选取十堰市典型堆积层滑坡——麻池村1号滑坡为例,采用物理模型试验探究前锋、中锋、平锋和后锋四种雨型作用下滑坡的演化过程。采用正交试验和方差分析,辨识影响滑坡稳定性的主控因素。【结果及结论】研究结果表明:(1)四种降雨雨型对滑体土孔隙水压力的影响主要体现在孔隙水压力峰值出现时间随雨峰位置的变化,雨峰越靠前,峰值出现的时间越早。其次,后峰型降雨所导致的滑坡破坏区域相对较大,致灾效应较强。(2)在各种类型降雨条件下,边坡模型主要从中部开始变形,先发生蠕变,再到阶跃式变形直至边坡完全破坏。(3)正交试验方差分析表明,影响麻池村1号滑坡整体稳定性的敏感因素由大到小依次为:内摩擦角φ >粘聚力c >累计降雨量T >渗透系数Ks >滑带土容重γ >降雨雨型Q。滑带土的粘聚力c与内摩擦角φ是评估滑坡稳定性的关键抗剪强度参数。(4)对于滑坡前缘局部来说,渗透系数Ks是影响稳定性的一个重要因素,而对滑坡整体而言,累计降雨量T更关键。
元素扫描测井在煤系烃源岩识别与评价中的应用
王斌, 夏宗立, 张科, 李玲, 王中瑞, 赵飞, 张有鹏, 赖锦
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240386
摘要:

库车坳陷三叠系、侏罗系发育湖泊相和沼泽相间互沉积的5套烃源岩层系,按岩性可划分出煤、炭质泥岩和暗色泥岩,其烃源岩具有总有机碳(TOC)丰度较高、厚度大、分布范围广等特征。由于烃源岩纵向分布层系多,不同岩性分布及纵向非均质性强,导致常用的ΔlgR法等在TOC测井定量表征中应用效果较差。为了更好地了解库车坳陷油气资源潜力以及评估油气储量,首先通过岩心等识别了烃源岩岩性特征,进一步通过地球化学分析资料实现烃源岩地质特征评价。将ΔlgRR为测井电阻率)法运用于TOC测井定量评价,然后将元素扫描测井应用于烃源岩岩性的测井识别工作中,并进一步利用元素扫描测井实现TOC测井定量评价。整体上,三叠系、侏罗系有机质类型以Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型为主,有机质演化为成熟阶段,其烃源岩品质为中等−好烃源岩。通过元素扫描测井识别不同岩性烃源岩并进一步定量评价TOC的方法,其精度相比ΔlgR法提升显著。研究成果对库车坳陷油气资源潜力评估有一定指导意义,同时还有利于拓展元素扫描测井资料应用范围。

库车坳陷三叠系、侏罗系发育湖泊相和沼泽相间互沉积的5套烃源岩层系,按岩性可划分出煤、炭质泥岩和暗色泥岩,其烃源岩具有总有机碳(TOC)丰度较高、厚度大、分布范围广等特征。由于烃源岩纵向分布层系多,不同岩性分布及纵向非均质性强,导致常用的ΔlgR法等在TOC测井定量表征中应用效果较差。为了更好地了解库车坳陷油气资源潜力以及评估油气储量,首先通过岩心等识别了烃源岩岩性特征,进一步通过地球化学分析资料实现烃源岩地质特征评价。将ΔlgRR为测井电阻率)法运用于TOC测井定量评价,然后将元素扫描测井应用于烃源岩岩性的测井识别工作中,并进一步利用元素扫描测井实现TOC测井定量评价。整体上,三叠系、侏罗系有机质类型以Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型为主,有机质演化为成熟阶段,其烃源岩品质为中等−好烃源岩。通过元素扫描测井识别不同岩性烃源岩并进一步定量评价TOC的方法,其精度相比ΔlgR法提升显著。研究成果对库车坳陷油气资源潜力评估有一定指导意义,同时还有利于拓展元素扫描测井资料应用范围。

基于集成学习的成矿预测:以鲁西苗山-新泰地区铁金多金属矽卡岩型矿床为例
王勇军, 黄啸坤, 邵玉宝, 黄鑫, 赵志新, 谭俊, 赵智华
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250333
摘要:
摘要:【目的】针对传统成矿预测模型在复杂地质条件下多源数据融合能力不足的局限,提出一种基于集成学习框架的成矿预测方法。【方法】方法采用两层堆叠(Stacking)集成策略,基学习器层集成了随机森林(Random Forest)、极端梯度提升(XGBoost)和类别提升(CatBoost)三种算法,元学习器层选用逻辑回归算法整合基学习器输出。同时,构建基于模型重要性评分的特征筛选机制,定量分析变量对非线性模型的影响,为地质要素优选提供依据。以鲁西苗山-新泰地区铁金多金属矽卡岩型矿床为例,整合地质、地球物理、地球化学多源数据,筛选17个评价因子开展预测。【结果】结果表明:集成模型在准确率、精确率、F1值及 AUC值等4个指标上显著优于单一模型,集成模型的成矿概率预测结果与已知矿床空间分布吻合度高。三类基学习器的特征识别具有互补性,集成学习机制实现了地质特征的多维度表征增强。【结论】结合模型预测与成矿地质背景分析,在鲁西苗山-新泰地区优选三个找矿靶区,为后续勘查工作指明方向。特征筛选评分器的设计,具有重要的方法学推广价值。多源数据融合与异质模型协同优化的方法显著提升了预测可靠性,可以为新一轮找矿突破战略行动提供新的技术支持。 摘要:【目的】针对传统成矿预测模型在复杂地质条件下多源数据融合能力不足的局限,提出一种基于集成学习框架的成矿预测方法。【方法】方法采用两层堆叠(Stacking)集成策略,基学习器层集成了随机森林(Random Forest)、极端梯度提升(XGBoost)和类别提升(CatBoost)三种算法,元学习器层选用逻辑回归算法整合基学习器输出。同时,构建基于模型重要性评分的特征筛选机制,定量分析变量对非线性模型的影响,为地质要素优选提供依据。以鲁西苗山-新泰地区铁金多金属矽卡岩型矿床为例,整合地质、地球物理、地球化学多源数据,筛选17个评价因子开展预测。【结果】结果表明:集成模型在准确率、精确率、F1值及 AUC值等4个指标上显著优于单一模型,集成模型的成矿概率预测结果与已知矿床空间分布吻合度高。三类基学习器的特征识别具有互补性,集成学习机制实现了地质特征的多维度表征增强。【结论】结合模型预测与成矿地质背景分析,在鲁西苗山-新泰地区优选三个找矿靶区,为后续勘查工作指明方向。特征筛选评分器的设计,具有重要的方法学推广价值。多源数据融合与异质模型协同优化的方法显著提升了预测可靠性,可以为新一轮找矿突破战略行动提供新的技术支持。
福建政和矿集区矿化—蚀变及元素迁移特征研究——以岩皮头多金属勘查区为例
冀相仪, 王敏芳, 肖凡, 尚晓雨, 周延, 赵睿哲
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240720
摘要:
【目的】福建政和地区是东南沿海重要的金多金属矿集区,主要发育岩浆—热液型矿床,矿化—蚀变样式复杂多样。然而,由于该地区地质情况复杂、研究程度较低,其矿化—蚀变特征尚不明确。【方法】本文以东坑火山盆地西北侧的岩皮头多金属勘查区为研究对象,对区内广泛发育的热液蚀变开展详细的野外地质观察、钻孔矿化—蚀变分带和地球化学定量分析,为深部找矿勘查提供有效的围岩蚀变和地球化学信息。【结果】结果表明,岩皮头地区发育铅锌多金属矿化和铜钼矿化,以矿化为中心,蚀变具有明显的分带性,可分为钾质蚀变岩带、矽卡岩带、金属矿化带、云母片岩带和角岩带。从钾质蚀变岩带到矽卡岩带,Si、Al、TFe、Ca、K等元素呈迁出状态;从矽卡岩带、角岩带到矿化带,大部分元素向矿化带迁移,表明矿化时成矿流体活泼。与金属矿化关系密切的蚀变类型是钾质蚀变和矽卡岩化,与矿化有关系的是云母片岩带。【结论】结合前人研究成果,建立了岩皮头地区矿化—蚀变分带模式,认为该地区具有较好的深部找矿潜力,并指出下一步找矿工作为向北西侧矽卡岩化更强烈的黄畲岗地区。 【目的】福建政和地区是东南沿海重要的金多金属矿集区,主要发育岩浆—热液型矿床,矿化—蚀变样式复杂多样。然而,由于该地区地质情况复杂、研究程度较低,其矿化—蚀变特征尚不明确。【方法】本文以东坑火山盆地西北侧的岩皮头多金属勘查区为研究对象,对区内广泛发育的热液蚀变开展详细的野外地质观察、钻孔矿化—蚀变分带和地球化学定量分析,为深部找矿勘查提供有效的围岩蚀变和地球化学信息。【结果】结果表明,岩皮头地区发育铅锌多金属矿化和铜钼矿化,以矿化为中心,蚀变具有明显的分带性,可分为钾质蚀变岩带、矽卡岩带、金属矿化带、云母片岩带和角岩带。从钾质蚀变岩带到矽卡岩带,Si、Al、TFe、Ca、K等元素呈迁出状态;从矽卡岩带、角岩带到矿化带,大部分元素向矿化带迁移,表明矿化时成矿流体活泼。与金属矿化关系密切的蚀变类型是钾质蚀变和矽卡岩化,与矿化有关系的是云母片岩带。【结论】结合前人研究成果,建立了岩皮头地区矿化—蚀变分带模式,认为该地区具有较好的深部找矿潜力,并指出下一步找矿工作为向北西侧矽卡岩化更强烈的黄畲岗地区。
广西北流台风暴雨特征及其对滑坡稳定性的影响
姚鑫, 王英凡, 张谱升, 黄健
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250100
摘要:
【目的】针对台风暴雨诱发花岗岩地区群发性滑坡灾害防控难题,本文以广西北流市为研究区,通过台风暴雨事件中降雨时空分布特征及其诱发滑坡机制分析,量化降雨峰度-偏度-峰值位置系数,将台风暴雨分为后峰型、前峰型及集中型三类。【方法】通过构建基于TRIGRS-Scoops 3D耦合模型的暴雨条件下区域斜坡稳定性评价方法,以2023年"6.26"降雨事件为例,进行了应用验证。【结果】结果表明,研究区超50%范围在降雨条件下发生稳定性劣化,其中极不稳定区占比5.73%,高风险区域集中分布于北部、东部及西南部陡坡地貌单元。暴雨诱发的滑坡点均位于基于稳定性评价结果划分的预警区域范围内。【结论】表明基于"降雨模式识别-稳定性量化评估-风险区域动态圈定"的台风暴雨型浅层滑坡预警方法,具有较高可靠性与适用性,研究成果对完善台风区滑坡灾害应急管理体系具有重要参考价值。 【目的】针对台风暴雨诱发花岗岩地区群发性滑坡灾害防控难题,本文以广西北流市为研究区,通过台风暴雨事件中降雨时空分布特征及其诱发滑坡机制分析,量化降雨峰度-偏度-峰值位置系数,将台风暴雨分为后峰型、前峰型及集中型三类。【方法】通过构建基于TRIGRS-Scoops 3D耦合模型的暴雨条件下区域斜坡稳定性评价方法,以2023年"6.26"降雨事件为例,进行了应用验证。【结果】结果表明,研究区超50%范围在降雨条件下发生稳定性劣化,其中极不稳定区占比5.73%,高风险区域集中分布于北部、东部及西南部陡坡地貌单元。暴雨诱发的滑坡点均位于基于稳定性评价结果划分的预警区域范围内。【结论】表明基于"降雨模式识别-稳定性量化评估-风险区域动态圈定"的台风暴雨型浅层滑坡预警方法,具有较高可靠性与适用性,研究成果对完善台风区滑坡灾害应急管理体系具有重要参考价值。
基于SBAS-InSAR与MGWR的黄河流域地面沉降多因子驱动机制——以天水市秦州区为例
胡祥祥, 石亚亚, 安乐平, 刘宝康, 吴成永, 于志远, 庞栋栋
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250192
摘要:
黄河流域是我国重要的生态保护屏障和经济高质量发展区域,地面沉降问题对区域生态安全及可持续发展构成了严峻挑战。本研究以黄河流域上游重要节点城市天水市秦州区为例,选取2021年6月至2024年6月50景Sentinel-1A卫星影像,利用SBAS-InSAR技术对天水市秦州区地面沉降展开监测,在此基础上,结合5类15个影响因子数据天水市地面沉降进行空间模拟,通过对比普通最小二乘(OLS)模型、地理加权回归(GWR)模型和多尺度地理加权回归(MGWR)模型的模拟效果,最后选取相对最优模型对各种影响因子进行量化研究。结果表明:(1)秦州区地面沉降存在明显的空间分异性,最大年均沉降速率达到-14.9 mm/a,最大累积位移-76.91mm。主城区整体呈抬升状态,最大年均抬升速率达12.3mm/a,最大抬升位移36.81mm。(2)人类足迹强度与夜间灯光指数等人类活动因素在城区东南部及南部地区显著加剧了地面沉降.(3)生态环境因素(NDVI、水源涵养)则对沉降有明显抑制作用,尤其在生态保护条件较好的北部和西北部区域效果突出。(4)地下水储量减少显著推动了南部及东南部地区的沉降。(5)地形因素如坡度和高程与沉降关系呈现明显的空间差异,高海拔和山区沉降风险相对较低,平原区域则较高。(6)降水量显著缓解了沉降,而温度与蒸发量则强化了区域沉降趋势。本研究为黄河流域生态保护和高质量发展的规划决策提供了科学依据和实践参考。 黄河流域是我国重要的生态保护屏障和经济高质量发展区域,地面沉降问题对区域生态安全及可持续发展构成了严峻挑战。本研究以黄河流域上游重要节点城市天水市秦州区为例,选取2021年6月至2024年6月50景Sentinel-1A卫星影像,利用SBAS-InSAR技术对天水市秦州区地面沉降展开监测,在此基础上,结合5类15个影响因子数据天水市地面沉降进行空间模拟,通过对比普通最小二乘(OLS)模型、地理加权回归(GWR)模型和多尺度地理加权回归(MGWR)模型的模拟效果,最后选取相对最优模型对各种影响因子进行量化研究。结果表明:(1)秦州区地面沉降存在明显的空间分异性,最大年均沉降速率达到-14.9 mm/a,最大累积位移-76.91mm。主城区整体呈抬升状态,最大年均抬升速率达12.3mm/a,最大抬升位移36.81mm。(2)人类足迹强度与夜间灯光指数等人类活动因素在城区东南部及南部地区显著加剧了地面沉降.(3)生态环境因素(NDVI、水源涵养)则对沉降有明显抑制作用,尤其在生态保护条件较好的北部和西北部区域效果突出。(4)地下水储量减少显著推动了南部及东南部地区的沉降。(5)地形因素如坡度和高程与沉降关系呈现明显的空间差异,高海拔和山区沉降风险相对较低,平原区域则较高。(6)降水量显著缓解了沉降,而温度与蒸发量则强化了区域沉降趋势。本研究为黄河流域生态保护和高质量发展的规划决策提供了科学依据和实践参考。
基于深度学习和钻孔图像岩体RQD智能计算
李东黎, 刘兴宇, 张占荣, 葛云峰, 李炜, 张子龙
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250114
摘要:
【目的】岩石质量指标(RQD)是岩土工程中公认的并广泛运用的反映岩石完整性的重要指标,常用于岩石质量分类,同时也是评级系统的重要输入参数。传统的RQD确定方法依赖于人工岩芯测井,但该方法通常费时费力,且易受钻进工艺、取芯质量的影响,往往不能客观获得RQD值。鉴于此,【方法】本研究提出了一种新方法,该方法基于深度学习算法YOLOv5(You Only Look Once version 5),无需采集岩芯,能够直接从钻孔井下电视获得的原位钻孔图像中自动识别和定位结构面,从而避免岩芯取样过程中的破坏性影响,并实现RQD的智能计算。该方法首先对钻孔原始图像进行预处理构建一个具有代表性的数据集,然后采用深度学习算法训练模型,最后结合图像分析方法自动计算RQD。为了验证该方法的准确性,本研究选取了位于中国湖南省永州市某隧道工程为例。通过对比zk4钻孔得到的RQD智能计算值和RQD人工测量值,【结果】发现根据钻孔图像智能计算的RQD值相较现场人工对于岩芯盒的实测值平均偏高20%,平均绝对误差为9.82%。【结论】证明该方法能够避免钻进和取芯过程对实际RQD造成的影响,提高了RQD数据的准确性,体现了其卓越的可靠性和有效性。 【目的】岩石质量指标(RQD)是岩土工程中公认的并广泛运用的反映岩石完整性的重要指标,常用于岩石质量分类,同时也是评级系统的重要输入参数。传统的RQD确定方法依赖于人工岩芯测井,但该方法通常费时费力,且易受钻进工艺、取芯质量的影响,往往不能客观获得RQD值。鉴于此,【方法】本研究提出了一种新方法,该方法基于深度学习算法YOLOv5(You Only Look Once version 5),无需采集岩芯,能够直接从钻孔井下电视获得的原位钻孔图像中自动识别和定位结构面,从而避免岩芯取样过程中的破坏性影响,并实现RQD的智能计算。该方法首先对钻孔原始图像进行预处理构建一个具有代表性的数据集,然后采用深度学习算法训练模型,最后结合图像分析方法自动计算RQD。为了验证该方法的准确性,本研究选取了位于中国湖南省永州市某隧道工程为例。通过对比zk4钻孔得到的RQD智能计算值和RQD人工测量值,【结果】发现根据钻孔图像智能计算的RQD值相较现场人工对于岩芯盒的实测值平均偏高20%,平均绝对误差为9.82%。【结论】证明该方法能够避免钻进和取芯过程对实际RQD造成的影响,提高了RQD数据的准确性,体现了其卓越的可靠性和有效性。
广东省韶关市江湾镇2024年“4·20”极端降雨诱发滑坡发育特征及其主控因子分析
魏瑞增, 单云锋, 秦佳松, 王磊, 彭大伟, 何国庆,
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250066
摘要:
【目的】2024年4月20日,广东省韶关市发生了特大暴雨事件,韶关江湾镇地区24 h降雨量达到历史极值206 mm,诱发了大量的滑坡,导致多地居民房屋遭到损毁、道路中断,引起了社会的广泛关注。及时获取降雨诱发滑坡编目、发育分布规律及主要调控因子对灾后的应急救援决策和恢复重建至关重要。 【目的】2024年4月20日,广东省韶关市发生了特大暴雨事件,韶关江湾镇地区24 h降雨量达到历史极值206 mm,诱发了大量的滑坡,导致多地居民房屋遭到损毁、道路中断,引起了社会的广泛关注。及时获取降雨诱发滑坡编目、发育分布规律及主要调控因子对灾后的应急救援决策和恢复重建至关重要。
地下水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制研究
王培源, 童曼
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240788
摘要:
摘要:【目的】地下水环境中生物地球化学反应的本质是电子转移。沉积物是地下水环境中重要的电子储库,在水位波动驱动下可经历循环的电子储存与释放,显著影响地下水中的物质转化和元素循环。然而,目前对于地下水位波动驱动的沉积物充放电规律及机制仍缺乏认识。【方法】本研究构建了一维土柱体系模拟地下水位波动带,结合化学分析、精细结构表征和分子生物学技术,探究了水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制。【结果】结果表明,在短周期波动模式下,沉积物可以完成两次充-放电循环,最大充放电量分别为2.3和8 μmol e-·g-1,最大充放电速率为0.577和2.012 μmol e-·g-1·d-1。沉积物的活性电子来源主要为吸附态、离子交换态和高活性结构态Fe(II)。水位波动通过驱动Fe(III)生物还原-Fe(II)化学氧化实现沉积物中电子的储存与释放。随着还原-氧化反应的循环,铁氧化物的生物可利用性降低,导致沉积物无法持续充放电。电子穿梭体蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)的输入初期显著提高了充放电速率,但加速了三价铁生物可利用性的降低,最终使充放电速率逐渐下降,充放电循环在第3周期停止。电子供体乳酸钠的输入显著富集了铁还原菌Anaeromyxobacter,维持了三价铁的高生物可利用性,使沉积物的充放电速率显著提高,在水位波动下能进行持续的充放电循环。【结论】本研究揭示了不同水位波动模式下沉积物充放电行为的变化规律及其控制机制,增进了我们对地下水位波动影响下沉积物电子转移机制的理解,也为地下水污染防控提供了新的策略。 摘要:【目的】地下水环境中生物地球化学反应的本质是电子转移。沉积物是地下水环境中重要的电子储库,在水位波动驱动下可经历循环的电子储存与释放,显著影响地下水中的物质转化和元素循环。然而,目前对于地下水位波动驱动的沉积物充放电规律及机制仍缺乏认识。【方法】本研究构建了一维土柱体系模拟地下水位波动带,结合化学分析、精细结构表征和分子生物学技术,探究了水位波动驱动的沉积物充放电规律与机制。【结果】结果表明,在短周期波动模式下,沉积物可以完成两次充-放电循环,最大充放电量分别为2.3和8 μmol e-·g-1,最大充放电速率为0.577和2.012 μmol e-·g-1·d-1。沉积物的活性电子来源主要为吸附态、离子交换态和高活性结构态Fe(II)。水位波动通过驱动Fe(III)生物还原-Fe(II)化学氧化实现沉积物中电子的储存与释放。随着还原-氧化反应的循环,铁氧化物的生物可利用性降低,导致沉积物无法持续充放电。电子穿梭体蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS)的输入初期显著提高了充放电速率,但加速了三价铁生物可利用性的降低,最终使充放电速率逐渐下降,充放电循环在第3周期停止。电子供体乳酸钠的输入显著富集了铁还原菌Anaeromyxobacter,维持了三价铁的高生物可利用性,使沉积物的充放电速率显著提高,在水位波动下能进行持续的充放电循环。【结论】本研究揭示了不同水位波动模式下沉积物充放电行为的变化规律及其控制机制,增进了我们对地下水位波动影响下沉积物电子转移机制的理解,也为地下水污染防控提供了新的策略。
基于分布式声波传感的潮汐作用下海浪冲击规律研究
程琛, 唐振宇, 谭道远, 王静, 于洋, 朱鸿鹄, 苏晶文
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250015
摘要:
【目的】本研究旨在定量分析潮汐作用下的海浪冲击强度及其与潮汐特征和地形之间的关系,为海岸侵蚀机制研究和沿海防护工程设计提供科学依据。【方法】利用分布式声波传感(DAS)技术对浙江省舟山市摘箬山岛北部海岸的海浪冲击过程进行了为期21天的有效监测,结合潮汐数据和功率谱密度(PSD)分析潮汐作用下的海浪冲击动态规律。【结果】研究表明,潮位高度、潮汐强度和地形特征共同影响海浪冲击的强度与分布。在观测期内,海浪冲击强度与潮汐强度变化呈现出一致性:大潮期间海浪的冲击作用最为显著,尤其在满潮点的潮位高度超过特定阈值时,冲击作用明显增强;中潮阶段海浪的冲击过程表现出多阶段、多峰值特征;而小潮期间冲击作用相对较弱,主要集中在退潮阶段。此外,地形特征显著调控了冲击分布:东侧海岸因潮汐作用时间较长,冲击持续时间更久,而凹陷区域因潮流引发的波浪相互抵消,冲击较弱。【结论】本研究验证了DAS技术在监测潮汐作用下海浪冲击规律中的有效性,揭示了潮汐特征与地形因素对海浪冲击的协同调控机制,为深入理解海浪冲击动力学过程和沿海防护策略优化提供了重要的数据支持。 【目的】本研究旨在定量分析潮汐作用下的海浪冲击强度及其与潮汐特征和地形之间的关系,为海岸侵蚀机制研究和沿海防护工程设计提供科学依据。【方法】利用分布式声波传感(DAS)技术对浙江省舟山市摘箬山岛北部海岸的海浪冲击过程进行了为期21天的有效监测,结合潮汐数据和功率谱密度(PSD)分析潮汐作用下的海浪冲击动态规律。【结果】研究表明,潮位高度、潮汐强度和地形特征共同影响海浪冲击的强度与分布。在观测期内,海浪冲击强度与潮汐强度变化呈现出一致性:大潮期间海浪的冲击作用最为显著,尤其在满潮点的潮位高度超过特定阈值时,冲击作用明显增强;中潮阶段海浪的冲击过程表现出多阶段、多峰值特征;而小潮期间冲击作用相对较弱,主要集中在退潮阶段。此外,地形特征显著调控了冲击分布:东侧海岸因潮汐作用时间较长,冲击持续时间更久,而凹陷区域因潮流引发的波浪相互抵消,冲击较弱。【结论】本研究验证了DAS技术在监测潮汐作用下海浪冲击规律中的有效性,揭示了潮汐特征与地形因素对海浪冲击的协同调控机制,为深入理解海浪冲击动力学过程和沿海防护策略优化提供了重要的数据支持。
三峡库区万州区瀼渡场北滑坡灾害风险评价研究
吴益平, 易羽聪, 谢媛华, 陈锐, 苗发盛
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250018
摘要:
我国重庆市万州区地处三峡库区地带,多年来滑坡灾害发育显著,对乡镇等地发展速度与成效产生较大影响。本文以万州区瀼渡场北滑坡为研究对象开展单体滑坡风险评价研究,首先,基于野外实地调查,通过 GEO-Studio和DAN3D分别开展滑坡失稳概率分析及运动过程分析,得到滑坡危险性评价结果;然后,结合承灾体抗灾能力分析,开展易损性定量评价;最后,叠加滑坡灾害危险性、承灾体易损性及承灾体价值得到瀼渡场北滑坡风险评价结果。结果显示:瀼渡场北滑坡百年一遇的降雨强度下失稳破坏 我国重庆市万州区地处三峡库区地带,多年来滑坡灾害发育显著,对乡镇等地发展速度与成效产生较大影响。本文以万州区瀼渡场北滑坡为研究对象开展单体滑坡风险评价研究,首先,基于野外实地调查,通过 GEO-Studio和DAN3D分别开展滑坡失稳概率分析及运动过程分析,得到滑坡危险性评价结果;然后,结合承灾体抗灾能力分析,开展易损性定量评价;最后,叠加滑坡灾害危险性、承灾体易损性及承灾体价值得到瀼渡场北滑坡风险评价结果。结果显示:瀼渡场北滑坡百年一遇的降雨强度下失稳破坏
浅谈热液有机碳循环与汞的耦合研究
云兴林, 包锐
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250026
摘要:
热液系统是海洋中典型极端环境,其连接了地球深部与表层的物质与能量交换,并在全球海洋环境中具有广泛的分布,是海洋重要的组成部分。由于深部物质的供应,热液系统向海洋中提供丰富的营养物质,支撑了大量的生物生长,使热液系统成为了海底生命绿洲,同时也成为了有机碳的生产与埋藏的热点区域。热液系统同时是海洋中汞重要的源,在全球海洋汞输入通量中具有较大的占比。汞与有机碳之间具有较强的结合能力,结合的汞随有机碳沉降至热液系统沉积物中,记录了热液与火山环境的变化,同时也给有机碳在火山与热液活动中的变化提供了解释。由于热液系统在海洋有机碳生产的重要作用,对热液沉积物的研究有助于我们解开热液复杂的有机碳循环,了解热液系统在海洋有机碳循环中的重要性。同时,对汞与有机碳在火山与热液活动中的耦合研究,是解开历史时期火山活动驱动的有机碳埋藏变化的重要手段。本文初步梳理了热液系统有机碳的生产、埋藏与转化过程,以及碳同位素(δ13C与Δ14C)在热液有机碳循环研究中的运用,并分析总结了热液系统中有机碳与汞的耦合研究。分析认为,在重大火山与热液活动事件期间,其影响范围内沉积物汞含量出现明显偏移,火山与热液活动被汞这一指标良好记录。同时,在热液与火山活动期间,沉积物中有机碳的含量与信号特征发生较大变化,表明了火山与热液活动在长时间尺度下对有机碳生产产生显著影响,表现为更多深部源有机碳的生产。基于沉积物中汞对热液与火山活动良好的记录,热液与火山活动对有机碳循环的影响得到更加精确的研究。通过总结热液系统有机碳循环以及地质时间尺度上汞与有机碳耦合相关研究,本文进一步对海底热液事件与活动中汞与有机碳耦合研究进行展望,以期进一步完善热液这一复杂区域的有机碳循环过程,为全球有机碳循环进一步研究提供理论基础。 热液系统是海洋中典型极端环境,其连接了地球深部与表层的物质与能量交换,并在全球海洋环境中具有广泛的分布,是海洋重要的组成部分。由于深部物质的供应,热液系统向海洋中提供丰富的营养物质,支撑了大量的生物生长,使热液系统成为了海底生命绿洲,同时也成为了有机碳的生产与埋藏的热点区域。热液系统同时是海洋中汞重要的源,在全球海洋汞输入通量中具有较大的占比。汞与有机碳之间具有较强的结合能力,结合的汞随有机碳沉降至热液系统沉积物中,记录了热液与火山环境的变化,同时也给有机碳在火山与热液活动中的变化提供了解释。由于热液系统在海洋有机碳生产的重要作用,对热液沉积物的研究有助于我们解开热液复杂的有机碳循环,了解热液系统在海洋有机碳循环中的重要性。同时,对汞与有机碳在火山与热液活动中的耦合研究,是解开历史时期火山活动驱动的有机碳埋藏变化的重要手段。本文初步梳理了热液系统有机碳的生产、埋藏与转化过程,以及碳同位素(δ13C与Δ14C)在热液有机碳循环研究中的运用,并分析总结了热液系统中有机碳与汞的耦合研究。分析认为,在重大火山与热液活动事件期间,其影响范围内沉积物汞含量出现明显偏移,火山与热液活动被汞这一指标良好记录。同时,在热液与火山活动期间,沉积物中有机碳的含量与信号特征发生较大变化,表明了火山与热液活动在长时间尺度下对有机碳生产产生显著影响,表现为更多深部源有机碳的生产。基于沉积物中汞对热液与火山活动良好的记录,热液与火山活动对有机碳循环的影响得到更加精确的研究。通过总结热液系统有机碳循环以及地质时间尺度上汞与有机碳耦合相关研究,本文进一步对海底热液事件与活动中汞与有机碳耦合研究进行展望,以期进一步完善热液这一复杂区域的有机碳循环过程,为全球有机碳循环进一步研究提供理论基础。
基于渗流-侵蚀-应力耦合效应的堆积体内侵蚀演化表征模型
徐子涵, 韩成诚, 于洋
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250068
摘要:
堆积体是典型的宽级配土体,渗流作用下易发生细颗粒流失的内侵蚀现象,预测侵蚀量对工程安全至关重要。针对已有侵蚀量预测模型未考虑应力状态影响的问题,本文基于渗流-侵蚀-应力理论构建了堆积体的内侵蚀耦合控制方程与数值方法,采用三轴侵蚀剪切实验数据验证了方法的可靠性与准确性,基于渗流-侵蚀-应力耦合的内侵蚀数值模拟数据,以体积应变、含石率、平均流速和时间为输入参数,建立了考虑渗流-侵蚀-应力耦合效应的堆积体内侵蚀演化表征模型,初步实现了复杂应力状态下的堆积体内侵蚀演化的定量描述,探究了含石率和体积应变对堆积体内侵蚀特性的影响及其内在原因。结果表明:在不发生侵蚀破坏土骨架的条件下,所构建的模型能有效预测不同应力状态、不同含石率堆积体细颗粒侵蚀演化过程,含石率的增大通过增加孔隙水的渗流距离、降低平均渗流速度抑制堆积体侵蚀程度,偏应力状态下堆积体剪胀引起的体积应变增大是堆积体侵蚀程度加强的内在原因。 堆积体是典型的宽级配土体,渗流作用下易发生细颗粒流失的内侵蚀现象,预测侵蚀量对工程安全至关重要。针对已有侵蚀量预测模型未考虑应力状态影响的问题,本文基于渗流-侵蚀-应力理论构建了堆积体的内侵蚀耦合控制方程与数值方法,采用三轴侵蚀剪切实验数据验证了方法的可靠性与准确性,基于渗流-侵蚀-应力耦合的内侵蚀数值模拟数据,以体积应变、含石率、平均流速和时间为输入参数,建立了考虑渗流-侵蚀-应力耦合效应的堆积体内侵蚀演化表征模型,初步实现了复杂应力状态下的堆积体内侵蚀演化的定量描述,探究了含石率和体积应变对堆积体内侵蚀特性的影响及其内在原因。结果表明:在不发生侵蚀破坏土骨架的条件下,所构建的模型能有效预测不同应力状态、不同含石率堆积体细颗粒侵蚀演化过程,含石率的增大通过增加孔隙水的渗流距离、降低平均渗流速度抑制堆积体侵蚀程度,偏应力状态下堆积体剪胀引起的体积应变增大是堆积体侵蚀程度加强的内在原因。
三峡库区动水压力型滑坡对降雨的响应规律—以八字门滑坡为例
刘开心, 易庆林, 邓茂林, 汪标
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240697
摘要:
【目的】为探究动水压力型滑坡对降雨的响应规律,【方法】以三峡库区八字门滑坡为例,结合地质勘察数据、相关性分析及有限元数值模拟,系统研究了降雨对滑坡变形的影响,揭示其响应规律及变形机制。【结论】研究表明,库水涨落和降雨是八字门滑坡变形的主要驱动因素。降雨对滑坡变形的影响表现为:在库水下降阶段,降雨通过补给坡体内部水头,进一步增强动水压力作用,显著加剧坡体变形;而在库水上升阶段,降雨入渗至次级滑带后缘,导致孔隙水压力升高,从而引发滑坡后缘变形并推动滑坡整体变形,足够的降雨是库水上升期间滑坡变形的主要触发因素。滑坡变形呈现一定的滞后性,其中库水下降引发的变形滞后时间约为20天,降雨引发的变形滞后时间为9天。长时间持续降雨条件下的滑坡稳定性系数(1.029)衰减程度高于暴雨条件(1.039)。研究成果深化了对动水压力型滑坡变形机制的认识,可为该类滑坡的预警预测提供参考。 【目的】为探究动水压力型滑坡对降雨的响应规律,【方法】以三峡库区八字门滑坡为例,结合地质勘察数据、相关性分析及有限元数值模拟,系统研究了降雨对滑坡变形的影响,揭示其响应规律及变形机制。【结论】研究表明,库水涨落和降雨是八字门滑坡变形的主要驱动因素。降雨对滑坡变形的影响表现为:在库水下降阶段,降雨通过补给坡体内部水头,进一步增强动水压力作用,显著加剧坡体变形;而在库水上升阶段,降雨入渗至次级滑带后缘,导致孔隙水压力升高,从而引发滑坡后缘变形并推动滑坡整体变形,足够的降雨是库水上升期间滑坡变形的主要触发因素。滑坡变形呈现一定的滞后性,其中库水下降引发的变形滞后时间约为20天,降雨引发的变形滞后时间为9天。长时间持续降雨条件下的滑坡稳定性系数(1.029)衰减程度高于暴雨条件(1.039)。研究成果深化了对动水压力型滑坡变形机制的认识,可为该类滑坡的预警预测提供参考。
河北典型压采区含水层水力层析扫描成像
柴宏利, 刘飞, 甄品娜, 郭晓帅, 刘聪丽, 郭雁辉
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240709
摘要:
运用水力层析方法刻画大尺度含水层非均质性的主要困难是寻找能够显著影响区域地下水动态的刺激源,而人为控制下的地下水开采量变化无疑是一个可行的选择。本研究选择河北地下水超采治理试点区之一的邯郸东部平原作为研究对象,通过利用压采所引起的地下水位响应数据开展二维承压含水层水力层析扫描成像,探讨了不同先验信息以及观测井布局对水力参数反演效果的影响。结果表明,水力层析法能够有效刻画大尺度含水层非均质性特征,准确的地质分区信息可以明显改善参数的估计效果;相关尺度和方差对参数反演效果影响不显著;为提高含水层参数估计精度,需要充分考虑已有的先验地质信息,并结合已有水井信息,在水文地质条件明显变化区域附近补充完善地下水观测井网络。这种基于水力层析理念的大尺度含水层非均质性刻画方法,通过智慧式收集河北地下水压采大背景下现有井的地下水开采量和观测数据,以较低的成本刻画大尺度含水层非均质性,省去了额外的打井和抽水试验时间人力成本,具有显著的经济和社会效益。 运用水力层析方法刻画大尺度含水层非均质性的主要困难是寻找能够显著影响区域地下水动态的刺激源,而人为控制下的地下水开采量变化无疑是一个可行的选择。本研究选择河北地下水超采治理试点区之一的邯郸东部平原作为研究对象,通过利用压采所引起的地下水位响应数据开展二维承压含水层水力层析扫描成像,探讨了不同先验信息以及观测井布局对水力参数反演效果的影响。结果表明,水力层析法能够有效刻画大尺度含水层非均质性特征,准确的地质分区信息可以明显改善参数的估计效果;相关尺度和方差对参数反演效果影响不显著;为提高含水层参数估计精度,需要充分考虑已有的先验地质信息,并结合已有水井信息,在水文地质条件明显变化区域附近补充完善地下水观测井网络。这种基于水力层析理念的大尺度含水层非均质性刻画方法,通过智慧式收集河北地下水压采大背景下现有井的地下水开采量和观测数据,以较低的成本刻画大尺度含水层非均质性,省去了额外的打井和抽水试验时间人力成本,具有显著的经济和社会效益。
鄂尔多斯盆地旬邑地区典型断缝体露头内部结构精细刻画
任川, 刘传喜, 吕钊宇, 秦学杰, 夏冬冬, 何维领, 刘洪平, 冯文杰
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240522
摘要:
【目的】鄂尔多斯盆地南部的断缝体油藏开采前景较好,但其内部结构复杂多变,现有研究成果无法支撑断缝体油藏精细描述。【方法】为明确断缝体内部结构特征的变化规律,本文采用无人机倾斜摄影技术,对旬邑地区多种典型断缝体露头进行高精度采样和建模,利用自研软件采集并分析断缝体数据,开展其内部结构特征和裂缝发育规律研究。【结果】结果表明:(1)旬邑地区发育张扭型(半负花式、地堑式)、纯走滑(平移式)、压扭型(正花式)3类断缝体;(2)综合野外露头断层发育情况、岩层形态、裂缝发育特征等参数,将断缝体划分为破碎带、裂缝带和基质带,不同类型断缝体结构模式和定量规律差异较大;(3)裂缝密度受断缝体类型、断距、断层间距、断块位置和砂层厚度影响,总体为地堑式断缝体最高,半负花式断缝体次之,平移式和正花式断缝体最低;断距越大、断层间距越小、岩层厚度越低裂缝越发育;同一断缝体中,不同断块内的裂缝密度呈现出不同的变化趋势。【结论】本研究明确了4种断缝体的模式和定量规律,总结了不同因素对裂缝密度的影响,为地下储层表征提供了更贴近地质实际的定量断缝体结构特征。 【目的】鄂尔多斯盆地南部的断缝体油藏开采前景较好,但其内部结构复杂多变,现有研究成果无法支撑断缝体油藏精细描述。【方法】为明确断缝体内部结构特征的变化规律,本文采用无人机倾斜摄影技术,对旬邑地区多种典型断缝体露头进行高精度采样和建模,利用自研软件采集并分析断缝体数据,开展其内部结构特征和裂缝发育规律研究。【结果】结果表明:(1)旬邑地区发育张扭型(半负花式、地堑式)、纯走滑(平移式)、压扭型(正花式)3类断缝体;(2)综合野外露头断层发育情况、岩层形态、裂缝发育特征等参数,将断缝体划分为破碎带、裂缝带和基质带,不同类型断缝体结构模式和定量规律差异较大;(3)裂缝密度受断缝体类型、断距、断层间距、断块位置和砂层厚度影响,总体为地堑式断缝体最高,半负花式断缝体次之,平移式和正花式断缝体最低;断距越大、断层间距越小、岩层厚度越低裂缝越发育;同一断缝体中,不同断块内的裂缝密度呈现出不同的变化趋势。【结论】本研究明确了4种断缝体的模式和定量规律,总结了不同因素对裂缝密度的影响,为地下储层表征提供了更贴近地质实际的定量断缝体结构特征。
干湿循环条件下无机盐对原状黄土孔隙结构及渗透性的影响
李培月,何强,吴健华,陈银富,寇晓梅,田艳
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240711
摘要:
【目的】干湿循环作用下无机盐溶液渗透对黄土体的结构强度和安全稳定性有着重要影响。该文研究目的是揭示干湿循环作用下无机盐对黄土孔隙结构及渗透性的影响。【方法】该研究以陕西省泾阳县南源的黄土为研究对象,通过室内试验,对不同干湿循环条件和不同浓度NaCl溶液入渗下原状黄土渗透性和孔隙结构的变化规律及其水土作用机制进行了系统分析。【结果】干湿循环削弱了原状黄土的渗透性,且随着干湿循环次数的增加,原状黄土的饱和渗透系数越小。NaCl溶液增强了原状黄土的渗透性,且随着NaCl入渗液浓度的增大,对渗透性的促进作用越明显。【结论】干湿循环促进了原状黄土表面裂隙发育,增加了土体中微孔的数量和面积比,使土体有效孔隙度减小,土体结构变得更加紧密。NaCl溶液的入渗促进了石膏等矿物的溶解作用,导致土体孔隙更加发育,渗透性增强。本研究加深了对干湿循环和无机盐溶液渗透的共同作用下黄土结构及渗透性变化规律的认识,为黄土地区的水土保持及工程建设提供科学支撑。 【目的】干湿循环作用下无机盐溶液渗透对黄土体的结构强度和安全稳定性有着重要影响。该文研究目的是揭示干湿循环作用下无机盐对黄土孔隙结构及渗透性的影响。【方法】该研究以陕西省泾阳县南源的黄土为研究对象,通过室内试验,对不同干湿循环条件和不同浓度NaCl溶液入渗下原状黄土渗透性和孔隙结构的变化规律及其水土作用机制进行了系统分析。【结果】干湿循环削弱了原状黄土的渗透性,且随着干湿循环次数的增加,原状黄土的饱和渗透系数越小。NaCl溶液增强了原状黄土的渗透性,且随着NaCl入渗液浓度的增大,对渗透性的促进作用越明显。【结论】干湿循环促进了原状黄土表面裂隙发育,增加了土体中微孔的数量和面积比,使土体有效孔隙度减小,土体结构变得更加紧密。NaCl溶液的入渗促进了石膏等矿物的溶解作用,导致土体孔隙更加发育,渗透性增强。本研究加深了对干湿循环和无机盐溶液渗透的共同作用下黄土结构及渗透性变化规律的认识,为黄土地区的水土保持及工程建设提供科学支撑。
基于TPE优化集成学习的岩石弹性模量预测模型
孟祥龙, 王胜建, 朱迪斯, 马彦彦, 李大勇, 迟焕鹏, 岳伟民
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240325
摘要:
油气工程中常利用地球物理资料获取地层弹性模量并结合小样本的岩心实验数据进行校正,但这种方法在复杂地质条件下往往表现不佳。【目的】为提高岩石弹性模量的预测精度和泛化能力,提出了一种利用基本岩石物性参数的弹性模量智能预测模型。【方法】分别采用三种集成学习算法(RandomForest,XGBoost,LightGBM)构建了岩石弹性模量智能预测模型,并采用TPE方法对模型进行超参数优化,最后利用SHAP归因分析探讨了各输入变量对模型的贡献,【结果】结果表明:(1)提出的智能预测模型明显优于传统模型,能够实现弹性模量的精确预测并具有较强的泛化能力,其中XGBoost模型表现最佳(R2=0.87,RMSE=6.94,MAE=4.96);(2)横波速度对模型贡献最大,纵波速度次之,密度最小,精确横波速度对弹性模量预测有重要意义。【结论】该方法无需对工区及地层进行预先识别即可实现弹性模量的精准预测,对油气工程设计及实施有重要参考意义。 油气工程中常利用地球物理资料获取地层弹性模量并结合小样本的岩心实验数据进行校正,但这种方法在复杂地质条件下往往表现不佳。【目的】为提高岩石弹性模量的预测精度和泛化能力,提出了一种利用基本岩石物性参数的弹性模量智能预测模型。【方法】分别采用三种集成学习算法(RandomForest,XGBoost,LightGBM)构建了岩石弹性模量智能预测模型,并采用TPE方法对模型进行超参数优化,最后利用SHAP归因分析探讨了各输入变量对模型的贡献,【结果】结果表明:(1)提出的智能预测模型明显优于传统模型,能够实现弹性模量的精确预测并具有较强的泛化能力,其中XGBoost模型表现最佳(R2=0.87,RMSE=6.94,MAE=4.96);(2)横波速度对模型贡献最大,纵波速度次之,密度最小,精确横波速度对弹性模量预测有重要意义。【结论】该方法无需对工区及地层进行预先识别即可实现弹性模量的精准预测,对油气工程设计及实施有重要参考意义。
古龙凹陷青一段页岩层系沉积构造特征与测井识别方法
韩宗晏, 王贵文, 武宏亮, 冯周, 田瀚
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240641
摘要:
沉积构造类型的精细划分与定量表征是页岩油勘探开发中的一个关键问题。为此,以松辽盆地古龙凹陷青山口组一段(K2qn1)陆相页岩层系为例,基于岩心和薄片观察、全岩矿物X射线衍射和电成像测井资料,明确了岩性差异下的沉积构造特征,建立了适用于陆相页岩层系的沉积构造测井定量识别方法。结果表明,K2qn1页岩层系的不同岩性下沉积构造特征的差异主要体现在纹层的矿物组成和层理(纹理)的厚度变化上,沉积构造类型基于单层厚度的大小可分为纹层状(单层≤1cm)、层状(1cm<单层<10cm)和块状(单层≥10cm);充分依托电成像测井切片图像的高分辨率优势,利用边缘检测和霍夫变换识别电成像切片中的层界面,基于层界面厚度的大小,实现沉积构造类型的定量划分;该方法不仅克服了传统动静态成像测井图像对毫米级纹层表征精度不足的难题,同时弥补了以往利用纹层密度不能对测井单位窗长内层状和纹层状沉积构造进行精细划分的弊端。总体上,本文提出的基于电成像切片的沉积构造测井识别方法,精度高、推广性好,可为后续陆相页岩储层有效性评价提供有力支撑。 沉积构造类型的精细划分与定量表征是页岩油勘探开发中的一个关键问题。为此,以松辽盆地古龙凹陷青山口组一段(K2qn1)陆相页岩层系为例,基于岩心和薄片观察、全岩矿物X射线衍射和电成像测井资料,明确了岩性差异下的沉积构造特征,建立了适用于陆相页岩层系的沉积构造测井定量识别方法。结果表明,K2qn1页岩层系的不同岩性下沉积构造特征的差异主要体现在纹层的矿物组成和层理(纹理)的厚度变化上,沉积构造类型基于单层厚度的大小可分为纹层状(单层≤1cm)、层状(1cm<单层<10cm)和块状(单层≥10cm);充分依托电成像测井切片图像的高分辨率优势,利用边缘检测和霍夫变换识别电成像切片中的层界面,基于层界面厚度的大小,实现沉积构造类型的定量划分;该方法不仅克服了传统动静态成像测井图像对毫米级纹层表征精度不足的难题,同时弥补了以往利用纹层密度不能对测井单位窗长内层状和纹层状沉积构造进行精细划分的弊端。总体上,本文提出的基于电成像切片的沉积构造测井识别方法,精度高、推广性好,可为后续陆相页岩储层有效性评价提供有力支撑。
太原盆地控盆构造研究
关成尧
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240208
摘要:
【目的】为了以地质力学方法确定太原盆地及邻区的控盆构造,认清太原盆地的构造属性,【方法】应用推测性构造线分析法,根据第四纪沉积条带展布、线性地貌、盆地边界地貌及已确定断层的体系化延长,组合成断层系统。【结果】认为研究区存在经向构造体系、纬向构造体系、华夏系、北西向构造体系。【方法】通过局部构造的分析,【结果】认为存在太岳山北段多字形构造体系、南北向帚状构造体系、北西向斜扭构造体系、南北向人字形扭动构造体系四个局部扭动构造体系和北西向直扭构造体系、东西向直扭构造体系两个全局性扭动构造体系。【方法】应用现代地貌阶区分析法,将研究区围区的地貌高程分为若干个区域,形成若干个地貌台阶,【结果】显示盆地形成和围区山地地貌区的形成具有联动性和机制统一性,【结论】山西地堑系的伸展是阶段性的含围区造山带的全面伸展垮塌。【结果】据此推断出6种成盆或者对成盆活动有贡献的区域活动模式。【结论】在伸展行为方面,太原盆地及围区存在系舟山、太岳山、云中山的NNW-SSE向新近纪伸展垮塌事件,太原盆地属于复杂断块控制的断陷盆地,各类局部或全局的运动模式共同影响了盆地形态及次级构造单元的分布,但不同子区域的成盆影响因素不同,是多构造体系和多成盆模式参与的复杂多变的多因成盆模式。 【目的】为了以地质力学方法确定太原盆地及邻区的控盆构造,认清太原盆地的构造属性,【方法】应用推测性构造线分析法,根据第四纪沉积条带展布、线性地貌、盆地边界地貌及已确定断层的体系化延长,组合成断层系统。【结果】认为研究区存在经向构造体系、纬向构造体系、华夏系、北西向构造体系。【方法】通过局部构造的分析,【结果】认为存在太岳山北段多字形构造体系、南北向帚状构造体系、北西向斜扭构造体系、南北向人字形扭动构造体系四个局部扭动构造体系和北西向直扭构造体系、东西向直扭构造体系两个全局性扭动构造体系。【方法】应用现代地貌阶区分析法,将研究区围区的地貌高程分为若干个区域,形成若干个地貌台阶,【结果】显示盆地形成和围区山地地貌区的形成具有联动性和机制统一性,【结论】山西地堑系的伸展是阶段性的含围区造山带的全面伸展垮塌。【结果】据此推断出6种成盆或者对成盆活动有贡献的区域活动模式。【结论】在伸展行为方面,太原盆地及围区存在系舟山、太岳山、云中山的NNW-SSE向新近纪伸展垮塌事件,太原盆地属于复杂断块控制的断陷盆地,各类局部或全局的运动模式共同影响了盆地形态及次级构造单元的分布,但不同子区域的成盆影响因素不同,是多构造体系和多成盆模式参与的复杂多变的多因成盆模式。
断裂填充物封堵性演化阶段厘定研究——以贝尔凹陷大一段内F3断裂为例
史集建, 付广, 丁云浩
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240302
摘要:
【目的】断裂充填物封堵性演化阶段划分的不合理,可能造成无法合理解释断层圈闭内不同部位油气分布的差异性。【方法】为了解决该问题,本文建立了对断裂充填物和其下伏储层岩石的紧闭指数和愈合指数的评价及其演化的研究方法。进而通过比较断裂填充物和下伏储层岩石的紧闭指数和愈合指数之间相对大小的转变,综合厘定断裂填充物封堵性演化阶段。【结果】利用其厘定海拉尔盆地贝尔凹陷呼和诺仁背斜构造大一段内F3断裂填充物封堵性演化阶段,结果表明:测点2、4、6、9-11处断裂填充物处于紧闭及愈合皆不封堵阶段,无油气获得;测点1、3、5处断裂填充物目前处于紧闭封堵阶段,但由于成藏关键时期处于紧闭及愈合皆不封堵演化阶段,也无油气获得;测点7、8、12-15处断裂填充物处于紧闭及愈合皆封堵阶段,有利于油气在南二段内聚集与保存,获得了工业油气流。【结论】因此,厘定断裂充填物封堵性演化阶段的方法是可行的,对于判断断层圈闭封堵性及其形成时间,提高油气勘探效率具有重要意义。 【目的】断裂充填物封堵性演化阶段划分的不合理,可能造成无法合理解释断层圈闭内不同部位油气分布的差异性。【方法】为了解决该问题,本文建立了对断裂充填物和其下伏储层岩石的紧闭指数和愈合指数的评价及其演化的研究方法。进而通过比较断裂填充物和下伏储层岩石的紧闭指数和愈合指数之间相对大小的转变,综合厘定断裂填充物封堵性演化阶段。【结果】利用其厘定海拉尔盆地贝尔凹陷呼和诺仁背斜构造大一段内F3断裂填充物封堵性演化阶段,结果表明:测点2、4、6、9-11处断裂填充物处于紧闭及愈合皆不封堵阶段,无油气获得;测点1、3、5处断裂填充物目前处于紧闭封堵阶段,但由于成藏关键时期处于紧闭及愈合皆不封堵演化阶段,也无油气获得;测点7、8、12-15处断裂填充物处于紧闭及愈合皆封堵阶段,有利于油气在南二段内聚集与保存,获得了工业油气流。【结论】因此,厘定断裂充填物封堵性演化阶段的方法是可行的,对于判断断层圈闭封堵性及其形成时间,提高油气勘探效率具有重要意义。
基于LA-GraphCAN的甘肃省泥石流易发性评价
郭玲, 薛晔, 孙鹏翔
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240324
摘要:
【目的】针对目前泥石流灾害易发性相关研究中尚未考虑泥石流灾害的地理位置关系以及空间依赖性的局限性。【方法】本文构建包含10198个样本点的甘肃省泥石流数据集,提出一种基于LA-GraphCAN的泥石流易发性评价方法,首先,以样本点的经纬度投影坐标为基础,利用KNN构建最近邻图;其次,使用GCN高效聚合局部邻域信息,提取关键地理和环境特征,同时,引入GAT添加动态注意力机制,细化特征表示;再次,验证所提方法的有效性,并从不同角度对比分析,最后,对甘肃省泥石流易发性进行评价。【结果】结果表明,LA-GraphCAN准确率、精确率、召回率以及F1分数分别为0.9441、0.9287、0.9375以及0.9331,与主流机器学习模型随机森林、CNN等相比最优。基于LA-GraphCAN评价的甘肃省泥石流高易发区中历史泥石流灾害点数量为4055个,占甘肃省历史泥石流总数的95%,与历史灾害分布基本一致。【结论】性能评估和甘肃省泥石流易发性评价结果均表明考虑泥石流灾害空间依赖关系的LA-GraphCAN方法的评价结果更优,在泥石流易发性评价研究中有较好的适用性。 【目的】针对目前泥石流灾害易发性相关研究中尚未考虑泥石流灾害的地理位置关系以及空间依赖性的局限性。【方法】本文构建包含10198个样本点的甘肃省泥石流数据集,提出一种基于LA-GraphCAN的泥石流易发性评价方法,首先,以样本点的经纬度投影坐标为基础,利用KNN构建最近邻图;其次,使用GCN高效聚合局部邻域信息,提取关键地理和环境特征,同时,引入GAT添加动态注意力机制,细化特征表示;再次,验证所提方法的有效性,并从不同角度对比分析,最后,对甘肃省泥石流易发性进行评价。【结果】结果表明,LA-GraphCAN准确率、精确率、召回率以及F1分数分别为0.9441、0.9287、0.9375以及0.9331,与主流机器学习模型随机森林、CNN等相比最优。基于LA-GraphCAN评价的甘肃省泥石流高易发区中历史泥石流灾害点数量为4055个,占甘肃省历史泥石流总数的95%,与历史灾害分布基本一致。【结论】性能评估和甘肃省泥石流易发性评价结果均表明考虑泥石流灾害空间依赖关系的LA-GraphCAN方法的评价结果更优,在泥石流易发性评价研究中有较好的适用性。
走滑型断溶体油气藏形成机制与控藏作用研究进展
王露露, 代宗仰, 李阳, 高洋, 任铌, 郭子家
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240149
摘要:
【意义】断溶体在国内多数盆地普遍发育,其资源量巨大,已经成为地学界研究的热点课题。但由于其埋藏深、勘探难度大,学者们对断溶体的圈闭划分、形成机制、发育控制因素观点不一,亟需形成一致的认识。【进展与结果】在文献调研的基础上,文章深入探讨了断溶体的形成机制。断溶体是一类在多期构造活动影响下,通过岩溶作用在碳酸盐岩地层中形成的缝洞型储集体。文章首先回顾了断溶体的基本概念,指出其具有埋藏深、非均质性强、流体性质差异大等特点,并强调了走滑断层在油气储集和运移中的重要作用。通过对塔里木盆地顺北地区及其他地区的地质数据进行分析,文章揭示了断溶体的圈闭类型、形成机制及其控藏因素。研究认为,走滑断层的分段性、溶蚀流体的活动以及烃类的及时侵位对断溶体油气藏的发育至关重要。文章还讨论了大气淡水、热液流体和烃类流体在储层改造中的作用,以及它们如何共同影响断溶体油气藏的形成和分布。最后,文章总结了断溶体油气藏的成藏模式。【展望】断溶体油气藏的发现和认识开拓了新的油气勘探领域和方向。 【意义】断溶体在国内多数盆地普遍发育,其资源量巨大,已经成为地学界研究的热点课题。但由于其埋藏深、勘探难度大,学者们对断溶体的圈闭划分、形成机制、发育控制因素观点不一,亟需形成一致的认识。【进展与结果】在文献调研的基础上,文章深入探讨了断溶体的形成机制。断溶体是一类在多期构造活动影响下,通过岩溶作用在碳酸盐岩地层中形成的缝洞型储集体。文章首先回顾了断溶体的基本概念,指出其具有埋藏深、非均质性强、流体性质差异大等特点,并强调了走滑断层在油气储集和运移中的重要作用。通过对塔里木盆地顺北地区及其他地区的地质数据进行分析,文章揭示了断溶体的圈闭类型、形成机制及其控藏因素。研究认为,走滑断层的分段性、溶蚀流体的活动以及烃类的及时侵位对断溶体油气藏的发育至关重要。文章还讨论了大气淡水、热液流体和烃类流体在储层改造中的作用,以及它们如何共同影响断溶体油气藏的形成和分布。最后,文章总结了断溶体油气藏的成藏模式。【展望】断溶体油气藏的发现和认识开拓了新的油气勘探领域和方向。
山区机场高填方滑坡特征、成灾机理、防治及启示—以攀枝花机场为例
赖国泉
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240216
摘要:
随着我国交通运输业的快速发展,我国山区修建了大量支线机场。由于特殊的工程地质环境条件,产生了大量的高填方边坡工程,其面临的最大问题为运营阶段高填方边坡变形控制与长期稳定。以攀枝花机场为例,在系统回顾了其建设期及运营期地质灾害史的基础上,详述了运营期3处典型高填方滑坡发育特征,并分析了高填方滑坡成因及演化机理,最后提出了控滑关键技术。结果表明:①有利于地表水汇集的地形地貌和有利于降雨入渗特殊的上软下硬单向顺坡缓倾坡体结构是其产生的内因。降雨集中且短时暴雨多发,地下水丰富且容易富集于相对隔水层是其产生的诱发因素;②攀枝花机场高填方边坡失稳演化机制可以概括为:强降雨长期入渗—地下水升高—基覆截面软弱面土体软化且抗剪强度衰减—推移式蠕滑-支挡结构失效-累进性滑移剪断-整体滑动;③此类高填方滑坡再整治应采取抗滑强支挡结合疏排地下水并重的治理理念。研究结果可为其他高填方工程变形机理及变形控制技术的研究提供借鉴。 随着我国交通运输业的快速发展,我国山区修建了大量支线机场。由于特殊的工程地质环境条件,产生了大量的高填方边坡工程,其面临的最大问题为运营阶段高填方边坡变形控制与长期稳定。以攀枝花机场为例,在系统回顾了其建设期及运营期地质灾害史的基础上,详述了运营期3处典型高填方滑坡发育特征,并分析了高填方滑坡成因及演化机理,最后提出了控滑关键技术。结果表明:①有利于地表水汇集的地形地貌和有利于降雨入渗特殊的上软下硬单向顺坡缓倾坡体结构是其产生的内因。降雨集中且短时暴雨多发,地下水丰富且容易富集于相对隔水层是其产生的诱发因素;②攀枝花机场高填方边坡失稳演化机制可以概括为:强降雨长期入渗—地下水升高—基覆截面软弱面土体软化且抗剪强度衰减—推移式蠕滑-支挡结构失效-累进性滑移剪断-整体滑动;③此类高填方滑坡再整治应采取抗滑强支挡结合疏排地下水并重的治理理念。研究结果可为其他高填方工程变形机理及变形控制技术的研究提供借鉴。