地下水封油库利用"隙存水封"原理实现原油大规模地下储存, 水封安全性是决定地下油库安全经济运行的重要前提。为评价某地下水封油库的水封安全性, 基于精细化工程地质勘察, 获取了洞库围岩、库区内断层带、节理裂隙密集带、破碎带的渗透系数, 综合分析了库址区范围内的渗透系数空间变化规律; 并结合多源高精度勘察信息构建了三维精细化渗流数值模拟模型, 在对比分析三维精细化模型与均匀介质模型的优劣后, 通过数值模拟, 对比分析了有、无水幕条件下洞库的水封可靠性, 并预测了洞库施工和运营期的涌水量。结果表明: 三维精细化数值模型可以精确地反映地质构造对地下水位及水压力的影响, 使得分析结果更加符合实际情况; 水幕系统可以有效提高洞库水封安全性, 具体表现为, 在无水幕条件下进行洞室开挖时, 地下水位明显下降, 部分洞室上方出现疏干区, 而在有水幕条件下进行洞室开挖时, 地下水位下降不明显, 洞室上方具有较厚的含水层, 其厚度足以保证洞室水封安全性; 同时, 洞室涌水量在可控范围内。本研究提出的地下油库水封安全评价方法对类似工程具有借鉴意义。

揭示裂隙岩体纵波速度变化规律对工程岩体质量分级与稳定性评价具有重要意义。以某地下水封洞库无充填型单裂隙花岗岩为研究对象, 基于钻孔电视成像、水压致裂法地应力测试与声波全波列测井, 获取了384组单裂隙花岗岩的几何特性、受力状态与纵波速度, 构建起了预测单裂隙花岗岩纵波速度的进化-神经网络模型, 分析了关键指标影响下单裂隙花岗岩纵波速度的变化规律。研究表明: 该水封洞库单裂隙花岗岩纵波速度分布于4 300~5 330 m/s之间, 82.3%的纵波速度在4 700~5 200 m/s之间; 选取裂隙法向应力、平均张开度与倾角作为单裂隙花岗岩纵波速度的预测指标是合理可行的; 将现场测试数据分为训练样本与测试样本, 基于遗传算法优化神经网络权值、阈值的进化-神经网络模型构建出单裂隙花岗岩纵波速度预测模型, 其测试误差最大仅为2.9%, 85%的样本测试误差不超过1.5%, 预测模型精度较高。分析了纵波速度变化规律, 发现单裂隙花岗岩纵波速度随裂隙法向应力增大而增大, 但当法向应力增至5 MPa后的纵波速度增大速率逐渐减小, 纵波速度随裂隙张开度增大而逐渐减小, 纵波速度在裂隙倾角小于40°时无明显变化, 此后纵波速度随倾角增大而增大。

我国西南地区山高谷深、斜坡高陡, 危岩落石灾害极为发育, 高陡边坡危岩落石由于高差大、坡面陡, 具有显著的突发性, 因此快速、准确、便捷地解译与识别危岩体源头成为高陡岩质边坡风险分析的首要问题。当前探测手段的进步使基于影像的地质灾害解译逐步从目视识别向人机交互式识别方向发展。其中, 无人机激光雷达(LiDAR)系统通过融合无人机载体与LiDAR测量技术的优势, 广泛应用于地质灾害调查中, 同时仿地飞行技术的引入可以使无人机LiDAR系统适应复杂的地形, 快速获取高精度、高密度的点云数据。基于以上技术对攀枝花某铁矿露天采场东侧边坡开展了无人机调查, 通过获取高精度DOM影像和三维点云模型, 量化提取点云模型中露头坡面粗糙度、倾向等危岩体几何特征参数作为DOM影像的补充材料, 提出了一套基于DOM影像和几何特征的危岩体人机交互式识别方法。通过对东侧边坡危岩体的应用表明: 提出的人机交互式识别方法通过在DOM影像的基础上叠加露头坡面几何特征, 对悬空危岩体的识别精度优于目视识别, 可以显著提高危岩体识别的效率和准确性。提出的方法通过结合创新的遥感技术, 为高陡岩质边坡危岩体识别提供了快速便捷的方案。

钻孔摄影图像是地质工程中分析深部岩体的有效方法和重要手段, 对于了解地表结构面延伸和地下结构面分布具有重要意义, 尤其对水利工程中复杂地质条件的分析有着不可或缺的作用。目前, 岩体中结构面的形态特征分析依赖于人工解译, 其结果具有一定的主观性, 同时不能保证解译的效率。为此提出了一种从数字钻孔摄像图像中智能分割结构面的方法, 并结合图像细化实现岩体结构面几何信息的量化分析。在研究中首先采用Unet、SegNet和DeepLabV3 3种不同的深度网络结构, 进行钻孔摄影图像结构面智能识别分析研究, 并将识别结果与传统的图像处理方法进行了比较。研究结果表明: 深度模型在复杂地质图像分割方面具有优越性。同时将Attention机制加入到编码-解码过程中, 提升了模型的准确性。在精确实现结构面分割的基础上, 采用图像细化方法提取出结构面的骨架, 对骨架图像进行单宽处理并提取有效信息, 最终实现结构面倾向、倾角和厚度的智能解译。对比结构面信息人工提取结果与自动识别结果, 倾向、倾角误差在3°以内, 厚度误差在0.65 mm以内。研究结果验证了本研究提出的结构面信息的智能量化方法的有效性, 在水利工程中具有广泛的应用前景。

岩溶隧道的涌突水问题对于隧道安全性存在着较大影响。以宜来高速五峰隧道为研究对象, 通过现场水文地质调查、钻孔水位与降雨量观测、数值模拟并结合室内小尺寸模型试验对隧道涌突水的风险进行了判别。试验结果显示隧道涌突水风险主要受到岩溶管道与隧道相对空间位置和管道水压的影响, 当试验水压为0.2 MPa时, 随着隧道上覆土体的厚度增加能够有效地减小渗流作用对隧道的影响, 但随着水压的增大, 管道水的渗流不单以垂直渗流为主, 还包括水平向的渗流, 水压的增大使隔水层中的断续裂隙发生扩展, 从而使隧道产生涌水破坏; 数值模拟结果显示五峰隧道在拱顶和拱肩处剪力最大, 在地下水渗流的条件下容易形成沿着拱顶和拱肩处的拉剪破坏, 隧道涌突水是剪应力场与渗流场耦合作用下的结果。隧道涌点水破坏的首要因素为水压并与隔水岩盘的厚度息息相关。

天然孔隙比是初始结构的基本表征参数, 故从岩土角度对黄土天然孔隙比分布规律进行分析和预测, 对于掌握原位黄土灾变力学行为并进行灾害预警工作具有重要意义。通过选取典型场地不同层位原状黄土开展了颗粒分析试验、X射线衍射(XRD)试验、天然孔隙比试验和一维固结试验, 分析得到了天然孔隙比与颗粒组分、应力历史的相关规律。结果表明, 天然孔隙比受应力历史和颗粒级配影响, 上覆压力越大, 级配越均匀, 天然孔隙比越小, 同时含水状态也可能是天然孔隙比变化的原因之一。在此基础上, 以层位埋深、颗粒级配不均匀系数和曲率系数、天然含水量作为影响因素, 基于BP神经网络对天然孔隙比进行了定量评价。引入麻雀算法(SSA)与粒子群优化算法(PSO), 建立了BP、SSA-BP与PSO-BP神经网络的天然孔隙比预测模型。随机选取51组实测数据进行了模型训练, 将训练后的模型对16组验证与测试数据进行了预测, 并将预测结果与实测天然孔隙比进行了对比。结果表明基于PSO-BP的神经网络模型预测效果显著优于SSA-BP、BP神经网络模型, 可以有效预测天然孔隙比。

岷江流域深层不稳定斜坡发育, 揭示它们的变形演化特征对于稳定性评价和灾害防治有重要意义。以茂县梯子槽大型倾倒变形体为例, 采用SBAS-InSAR监测和光学遥感解译结合的方法, 获得变形体地表历史时序形变场。研究表明, 梯子槽倾倒变形体前缘表现为垮塌破坏和鼓胀裂解复合破坏模式, 垮塌区经历了形变由递增到减弱的破坏过程; 在递增阶段倾倒变形体北侧形变量远大于南侧, 而形变减弱后在南侧后缘形成了拉应力沉降区(-70.17 mm/a)、前缘因挤压应力集中而鼓胀裂解(-45.94 mm/a); 形变减弱后变形体处于蠕变状态(年最大沉降量小于80 mm), 但南侧后缘拉陷区与北侧前缘垮塌区形变对降雨和地震响应明显, 表现为5~15 mm形变突增和回弹现象。本研究地表位移监测方法可以为形变量级跨度较大的不稳定斜坡演化分析提供参考。

膨润土具有明显胀缩性, 收缩引起膨润土的强度变化并伴随着裂隙的产生, 对工程结构安全有非常重要的影响, 研究膨润土的收缩性对工程安全具有重要意义。通过对膨润土开展恒温干燥收缩试验, 结合数字图像技术, 从干密度和掺砂率2个方面研究其对土体干燥收缩过程中水分蒸发、各向收缩应变和裂隙的影响。土体的干燥收缩过程可以分为减速阶段和残余阶段, 高干密度和高掺砂率土样在干燥收缩过程中失水更少、各向收缩应变更小、裂隙更少。通过扫描电镜试验观察得到高干密度和高掺砂率的土体在微观结构上更加均匀、密实, 孔隙明显减少。针对土样收缩特征模型的选取发现T&D模型数据拟合效果较好。试验表明提高掺砂率和干密度是减小膨润土收缩性的有效手段。

为明确纳米颗粒在高温高压下抑制地层活油中沥青质沉淀的效果及机理, 通过开展高温高压固相颗粒检测实验, 分别采用激光探测、高压显微镜和高温高压过滤等方法, 研究了纳米颗粒二氧化硅(SiO₂)(改性)和四氧化三钴(Co₃O₄)作用下地层活油中沥青质的聚集和沉淀特征, 结合电镜扫描和热重分析实验, 揭示了纳米颗粒抑制沥青质沉淀机理。实验结果表明, 目标储层地层原油中添加SiO₂纳米颗粒后, 沥青质沉淀起始压力(AOP)由原来的59.2 MPa下降至53.4 MPa, 衰竭至35 MPa压力下, 沥青质颗粒的平均粒径由8.82 μm减小至5.53 μm, 沉淀量占比由66.4%降至46.4%。而添加Co₃O₄纳米颗粒后, 在泡点压力之上未出现明显沥青质沉淀, 35 MPa压力下沥青质颗粒平均粒径仅为1.65 μm, 沉淀量占比仅为13.6%。纳米颗粒能够抑制沥青质分子的析出、减缓沥青质颗粒的聚集速度、降低AOP及沥青质的沉淀量。与SiO₂纳米颗粒相比, Co₃O₄纳米颗粒具有更高的沥青质吸附亲和力, 抑制效果更好。研究成果为防治沥青质沉积及改善沉积伤害提供了依据。

受地球轨道参数诱导的太阳辐射变化和两极冰盖消长的共同影响, 第四纪气候环境演化表现出阶段性变冷及显著的冰期-间冰期波动特征。位于亚洲季风区关键地带的渭河盆地堆积了新生代以来巨厚的河湖相沉积以及风成沉积, 是研究第四纪环境演化的重要区域。盆地堆积的下更新统三门组河湖相地层被认为和古三门湖有密切联系, 但目前对于三门组地层年龄和古三门湖演化及其与区域活动演化是否有联系尚未达成共识。相比单一沉积载体研究, 选取渭河盆地南缘阎峪风成相黄土和武家堡湖相沉积2种沉积载体进行对比分析, 探讨了同期异相沉积记录的粒度和磁化率变化特征, 重建了渭河盆地南缘早更新世(距今2.6~1.6 Ma)沉积环境演化。结果表明, 阎峪记录的黄土-古土壤序列平均粒径和磁化率变化良好地记录了东亚冬、夏季风的盛衰演化历史; 武家堡指示的盆地南缘沉积环境在距今1.95 Ma由湖相转变为风成相沉积, 湖相沉积粒径和磁化率变化呈正相关关系, 敏感响应湖平面高低波动。风成相与湖相记录揭示了渭河盆地边缘早更新世环境演化经历了[2.6, 1.95)Ma的湖盆演化和[1.95, 1.6]Ma的湖盆萎缩-风成相堆积, 湖盆萎缩受黄河贯通影响强烈。

大型河流的演化是构造-气候相互作用的结果, 对其开展演化历史研究是揭示地球深部动力过程对地表过程影响的关键切入点。保存于江汉盆地的新生代地层详细记录了汉江、长江等大型河流的演化信息。通过对汉江流域进行系统的碎屑锆石U-Pb年龄分析(n = 690), 结合前人在江汉盆地主要汇入河流发表的锆石U-Pb年龄数据, 将其与江汉盆地内早始新世沉积钻孔的锆石U-Pb年龄数据进行了对比。结果表明, 汉江下游的碎屑锆石U-Pb年龄物质组成混合了秦岭西部、大巴山和秦岭东部的河流碎屑物质信号, 采用其下游干流样品的锆石U-Pb年龄组成进行物源对比更具有代表性; 江汉盆地早始新世的碎屑物质主要来自秦岭和大别山, 这主要归结为江汉盆地内部断陷与这些造山带的隆升形成显著的地势差异, 为大型河流发育奠定基础; 发源于武陵山和黄陵背斜的河流此时并不是江汉盆地中部、东部和南部凹陷的物质供给河流; 黄陵背斜以西的长江在早始新世未进入江汉盆地。总体而言, 江汉盆地在新生代早期的沉积物源以近源造山带为主, 是对盆地周缘造山带隆升和类季风气候的沉积响应。

莺歌海盆地东方区黄流组大型海底扇复合体气藏勘探近年来已获重大突破, 其低位体系域海底扇砂体储层发育期次及其分布演化规律尚不明确, 制约了该区下步油气滚动勘探进程。利用测井和三维地震资料展开地震沉积学及沉积学综合研究。研究表明: 黄流组一段顶底界面分别为T30和T31三级层序界面, 内部可进一步识别出T301地震标志层为代表的初始海泛面, T31和T301界面可限定黄流组一段低位体系域海底扇复合体。通过地震-岩性标定及地层切片, 自下而上揭示了4期海底扇复合体沉积特征及演化过程。第一期和第二期海底扇在平面上呈"人"字型, 主要发育深水水道及水道化朵叶地貌, 地震剖面上表现为大片弱振幅平行反射与零星强振幅反射地震相组合, 内部水道摆动剧烈, 薄层粉砂岩与泥岩互层为主。第三期海底扇内部水道体系占据主体, 岩性以细-极细砂岩为主, 储层类型优, 岩性圈闭条件好。第四期海底扇大幅萎缩, 整体以朵叶地貌为特色。在此基础上, 建立了黄流组一段低位体系域海底扇早期水道建设为主与晚期朵叶为特色的沉积模式, 认为低位体系域早期水道储层为下步油气勘探开发的主力对象。

南海南部北康盆地是我国海域油气研究的重点区域, 前人对该区域沉积地层的研究集中在古近系烃源岩和中中新世碳酸盐岩储层, 有关晚中新世以来深水沉积发育及分布特征的研究仍很薄弱。为此, 研究用2D地震数据资料识别北康盆地晚中新世以来沉积单元, 揭示深水沉积单元分布特征及其控制因素。基于地震反射特征, 研究识别了北康盆地晚中新世以来的主要沉积体类型, 包括披覆沉积、块体流沉积和浊流沉积, 其中浊流沉积可进一步分为限制型浊积体和三角洲前缘浊积体。披覆沉积在北康盆地前隆区域大面积发育, 沉积厚度从南向北递减。块体流沉积则主要分布在研究区隆后盆地, 厚度自西南向东北递减。结果表明北康盆地晚中新世以来的深水沉积受到物源供给、地形、构造活动和海平面变化的控制。其中, 物源供给是控制研究区沉积体发育位置和厚度变化的主要因素。地形对重力流沉积(块体流沉积和三角洲前缘浊积体)和半远洋沉积的分布范围进行控制。研究成果可为深水沉积发育及其控制因素研究提供理论依据。

湖盆重力流沉积砂体是致密油勘探的有利目标区。综合利用岩心观察、分析化验及测录井资料, 对鄂尔多斯盆地华庆地区长6₃砂层组重力流沉积类型、特征、主控因素及沉积模式展开了研究。研究表明: 华庆地区长6₃砂层组沉积粒度细, 粒度概率为上凸两段式, 跳跃和悬浮总体发育, 具有典型深水重力流沉积的层理构造; 华庆地区重力流沉积划分为滑塌沉积、碎屑流沉积和浊流沉积3种类型, 组成水道、朵叶及朵叶侧缘3种沉积微相。华庆地区长6₃深水重力流沉积发育主要受东北充足物源供给、足够湖盆水深、湖盆发育的深水坡折地形及延长期火山、地震等沉积事件影响, 不同相带重力流沉积类型、砂体厚度与内部结构表现出明显差异性。在靠近三角洲源区以水道为主, 由砂质碎屑流沉积和滑塌沉积组成, 砂体薄而分布局限; 中部沉积以朵叶为主, 主要是砂质碎屑流沉积夹浊流沉积, 沉积砂体垂向叠加, 厚层展布; 深湖区主要为朵叶侧缘, 以浊流沉积为主, 砂体呈薄互层分布。本研究不仅对湖盆重力流沉积认识有一定的补充作用, 同时为后期重力流砂体中油气勘探与开发提供了重要地质依据。

Yogou组烃源岩作为尼日尔Termit盆地晚白垩世重要的烃源岩层系, 然而缺乏对该套地层的埋藏史、热演化史和生烃史的系统研究, 制约了该地区油气成藏规律的认识。结合钻井、地震二维剖面及地球化学等资料, 利用BasinMod盆地模拟软件中生烃动力学模型, 恢复了Termit盆地Yogou组烃源岩热演化史, 分析不同地区烃源岩的热演化特征及其与油气成藏的匹配关系, 为Termit盆地下一步油气勘探提供了重要依据。研究表明, Termit盆地热流值具有明显的两段式演化特征, 初始热流值较低, 古近纪晚期热流值达到最大, 热流值介于64.3~69.2 mW/m²之间; 新近纪以来, 盆地热状态表现为持续冷却, 现今热流值介于60.7~67.4 mW/m²之间。Yogou组顶部烃源岩在55 Ma进入生烃门限(R_o=0.5%), 达到生烃高峰(R_o=1.0%)的时间为35 Ma, 在27.5 Ma进入高成熟演化阶段(R_o=1.3%)。Yogou组烃源岩存在2期生烃过程, 晚白垩世末期(70~60 Ma)生烃阶段主要存在于盆地深凹陷区, 古近纪(40~20 Ma)是全盆地主要的生烃阶段。盆地不同构造带对比发现, Dinga凹陷烃源岩具有成熟度更高, 生烃时间更早和生烃能力更强等特征, 可为Termit盆地储层提供充足油气来源。古近纪Termit盆地断裂强烈活动, 促使底部烃源岩生成的油气在古近系储层中聚集成藏。研究成果为Termit盆地烃源岩生烃潜力评价提供依据, 并为该盆地油气勘探提供理论指导。

为了明确低渗透-致密砂岩储层孔隙结构纵向上差异性的成因。以鄂尔多斯盆地WL地区为例, 利用物性测试、铸体薄片、扫描电镜、高压压汞等分析资料, 通过对研究区成岩相的划分和不同成岩相纵向分布差异的分析, 对延长组不同层系储层孔隙结构的特征、差异性及其成因进行了探讨。研究表明, 研究区延长组主力层系共发育5类孔隙结构, 在同一层系内和不同层系之间孔隙结构存在较大差异: 上组合长2和长3油层组主要发育Ⅲ_a、Ⅲ_b类孔隙结构; 中组合长4+5和长6油层组主要发育Ⅳ_a、Ⅳ_b类孔隙结构; 下组合长7、长8和长9油层组主要发育Ⅳ_b、Ⅴ类孔隙结构。随着埋深增加, 储层孔隙结构及孔渗条件整体上逐渐变差。研究区延长组储层发育4种成岩相类型, 孔隙结构的纵向差异主要受控于成岩相类型的差异分布: 上组合大气水淋滤主导的溶蚀作用强, 发育不稳定组分溶蚀相和绿泥石胶结相为主的成岩相类型, 形成的孔隙结构以相对较好类型为主; 中组合胶结作用强, 发育绿泥石胶结相和碳酸盐胶结相为主的成岩相类型, 形成的孔隙结构以中等类型为主; 下组合压实和胶结作用强, 发育碳酸盐胶结相和富软颗粒压实充填相为主的成岩相类型, 形成的孔隙结构以相对较差类型为主。研究结果可以为鄂尔多斯盆地三叠系延长组油气勘探开发提供有利指导。

为了明确中低渗透储层可动流体赋存特征, 以期更好地指导油田增储上产, 以高尚堡油田高3102断块沙三2+3亚段中低渗透砂岩储层为研究对象, 基于薄片资料、全岩衍射分析、高压压汞曲线、密闭取心核磁共振资料、扫描电镜以及油水相渗曲线, 开展了不同孔隙结构储层可动流体的赋存特征及其影响因素研究。结果表明: ①不同孔隙结构储层可动流体饱和度差异较大。Ⅰ类中孔中喉型储层核磁共振T₂谱呈左低右高双峰型, 可动流体饱和度平均61.14%;Ⅱ类中小孔细喉型储层核磁共振T₂谱呈左高右高双峰型, 可动流体饱和度平均45.24%;Ⅲ类细孔微喉型储层核磁共振T₂谱呈左高右低双峰型, 可动流体饱和度平均30.45%;Ⅳ类微孔微喉型储层核磁共振T₂谱呈左高单峰型, 可动流体饱和度平均13.86%;②储层宏观物性、微观孔隙结构、黏土矿物含量以及储层润湿性共同控制可动流体赋存特征。其中微观孔隙结构是可动流体赋存的关键因素, 孔喉半径越大, 储层渗流能力越好, 黏土矿物含量越低, 储层润湿性越弱, 可动流体饱和度越高。该研究结果对高尚堡油田沙三2+3亚段储层高效注水开发提供合理科学依据。

新民铁矿是晋南塔儿山-二峰山地区近年来接触交代型矿床最具代表性的矿产勘查成果之一, 查明其成矿铁质来源及矿化过程对其成矿具有指示意义。系统分析了新民铁矿见矿钻孔中蚀变闪长岩体、赋矿灰岩(白云岩)及不同类型磁铁矿样品的铁同位素组成。结果显示δ⁵⁶Fe分布范围分别为0.23‰, 0~0.19‰, -0.56‰~0.07‰。蚀变闪长岩体的铁同位素组成较上地壳δ⁵⁶Fe平均值(0.07‰)明显更重, 可能与矽卡岩/钠长石化过程中流体迁移相关, 轻铁同位素优先从岩体中淋滤而出。灰岩、白云岩的δ⁵⁶Fe变化范围较大, 且与磁铁矿的铁同位素组成有明显差异, 可能并非成矿铁元素的主要来源。磁铁矿相比于两类围岩明显富集轻铁同位素, 在钻孔剖面上呈现明显的从矿体的核部到边部变重趋势, 指示成矿流体从岩体淋滤、迁移, 并在灰岩地层中沉淀, 导致磁铁矿δ⁵⁶Fe与Fe含量之间呈现出明显的负相关性。本研究与前人针对矽卡岩型铁矿床Fe同位素的系统研究结果相一致, 为其接触交代成因的厘定提供了重要证据, 同时也预示着塔儿山-二峰山地区, 尤其是具有高δ⁵⁶Fe组成的蚀变闪长岩体, 可能具备开展富铁矿找矿工作的广阔前景。

贵州织金新华早寒武世超大型富稀土磷矿床属于典型的海相沉积型矿床, 长期以来, 对其成矿环境及成矿机制的认识尚存在分歧。在重点研究含磷岩系岩(矿)石显微特征的基础上, 结合元素地球化学证据, 求证了戈仲伍组含磷岩系沉积环境及其形成机制, 丰富了扬子陆块同类型矿产的研究资料。该含磷岩系从下到上, 矿石结构构造发生了规律性的变化: 颗粒稍变细; 粒间填隙物由以亮晶白云石胶结物为主变为硅质、胶磷矿等泥晶基质, 再变为以亮晶白云石胶结物为主, 最后变为泥晶胶磷矿、硅质等; 胶结方式由以孔隙式胶结为主转换为孔隙式-基底式胶结, 支撑类型由颗粒支撑变化为颗粒-杂基支撑; 岩层单层厚度变薄, 颜色变深, 交错层理变得不发育; 反映含磷岩系沉积于强水动力的潮下带, 上部沉积水体较下部有所加深、水动力条件稍变弱。含磷岩系显著的Ce负异常(δCe介于0.32~0.39)、较低的Ni/Co比值(0.98~6.07)和V/Cr比值(0.57~12.50), 表现出沉积水体具有与现代海洋环境相似的氧化特征; 较低的10³·Sr/Ca比值(2.00~3.38)及1/Σ(Al₂O₃+TiO₂)比值(0.57~3.45)说明古水深总体较浅, 但变化频繁; Fe, Cu, Ba含量分布特点指示下部碳酸盐古生产力比上部高。在各种条件耦合的古环境中, 磷块岩经历沉淀-冲搅-颠选-胶结-固结作用最终富集形成。

研究武汉市喻家山试验区次降雨事件下土壤含水率的响应特征和影响因素, 为后续包气带和饱水带地下水储量变化研究提供科学依据。基于野外降雨、地下水位和土壤含水率的连续监测数据, 分析4个典型剖面土壤含水率的动态变化及其对6次降雨事件的响应特征; 以S4剖面为例采用灰色关联度法分析影响土壤含水率响应幅度的主导因子。结果表明: 相对于喻家山山体较高位置, 南坡和北坡坡脚的地形高程低, 地下水位埋深小, 土壤颗粒细, 分选好, 土壤剖面的含水率平均值较大, 变异系数较小; 4个剖面的土壤含水率大小和初始响应时间随埋深增加并不是系统地增加, 反映研究区土壤剖面非均质性较强; 平均降雨强度和最大降雨强度与含水率响应幅度间的关联度最大, 是控制试验区含水率响应的主导因子。位于喻家山南坡坡脚实验大楼内的2个土壤剖面受人类建筑活动、周围绿化和浇水影响较大, 后期应结合长期监测资料综合分析土壤含水率的响应特征和主控因素。

CO₂地质封存是重要的CO₂减排技术之一, 其中泄漏风险评价是该技术实施的关键, 而天然CO₂泄漏研究是获取泄漏评价关键信息的重要手段。通过野外调查, 现场测量以及水样、气样和岩样的采集和测试, 分析了西宁盆地南部CO₂的来源、泄漏特征和其泄漏到浅部含水层后相关的响应规律。结果显示西宁盆地南部发现了多处天然CO₂泄漏, 包括高含CO₂的泉、废弃钻孔的间歇水气喷发和CO₂井喷等多种形式的泄漏显示, 以及与之伴随的较大范围的钙华。气体中CO₂占绝对含量, CO₂碳同位素介于-2.5‰~-0.4‰, 指示泄漏的CO₂来源于深部无机成因, 并通过深部断层泄漏进入浅部承压含水层, 与地下水一起径流、排泄或在浅部二次聚集。CO₂泄漏区域土壤²²²Rn浓度异常(超过9 000 Bq/m³), 这可作为识别隐伏泄漏通道的重要方法。地下水对CO₂的泄漏产生了明显的物理化学响应, 包括现象独特的井筒间歇喷发(喷发200 s和停止130 s), 地下水水化学特征的变化(比如pH值的降低(小于7), 电导、HCO_3-、Ca²⁺的升高和氧同位素的漂移), 以及地表大面积特征明显(比如气泡构造)和成分以方解石为主的钙华。该场地天然CO₂泄漏特征与美国Utah场地具有很高的相似性。研究成果不仅能为CO₂地质封存的泄漏风险评价提供天然类比知识, 而且还有助于了解地球深部地质活动。

陆地地质环境中的微塑料污染日渐广泛和严重, 受到科学界的广泛关注, 但研究尚处于起步阶段。对近5年微塑料研究的国际文献进行了综述, 从来源与组成、迁移和环境影响3个方面进行了梳理和总结, 并提出了下一步研究建议。近期研究发现陆地地质环境中的微塑料主要来源于垃圾填埋场、农业面源污染、污水处理系统和交通运输系统, 不同来源的微塑料存在显著差异, 具有时空变异性。微塑料会随土体人为扰动、土内生物活动在土体内迁移, 还可能渗入地下水并借助渗流迁移, 或悬浮到大气中并借助风力迁移, 颗粒越小越容易迁移。微塑料使土体黏聚力增加、孔隙率降低、孔隙尺度减小、空气循环减少、保水能力提高, 微塑料中强水溶性添加剂的渗出会造成地质体次生污染。微塑料对植物生长、动物消化、微生物活性存在不利影响, 会诱发人类能量和脂质代谢紊乱、氧化应激和呼吸系统疾病。微塑料污染地质体修复仍处于起步阶段, 仅在少量室内试验中发现了微生物降解和生物修复的效果。综上, 微塑料污染广泛存在, 且对生物和人类健康带来诸多不利影响。面向未来, 尚需探明微塑料对陆地生态系统中营养传输的影响、微塑料添加剂在地质体中的迁移和降解规律, 研发更高效便捷的微塑料定量检测方法, 制定全球统一的测试和评价标准, 将微塑料检测列入污染土检测项目, 研发高效的微塑料污染地质体修复方法。

针对甘肃临洮县张家沟石灰岩矿Ⅳ矿区的地质环境破坏问题, 采用喷播复绿工艺对试验矿区进行了生态恢复治理。结合在露天矿试验区和实验室同时选择6种不同配比生态土(客土+有机营养土+土壤改良材料复合肥及其他)进行了种植, 分析了在不同湿度下4种草本植物和2种灌木不同混合比例的生长特征。试验结果表明: 不同配比的生态土影响植物生长过程, 其中在6种不同配比生态土中, 生态土配比为客土(40%)+有机营养土(36%)+土壤改良材料(20%)+复合肥及其他(4%)+草籽(草本、灌木)的环境状态下的植被生长更趋于稳定; 在湿度为17%~ 30%的环境条件下, 草本植物与灌木比例为40∶1的植被生长更趋于稳定, 而在湿度为30%~ 44%的环境条件下, 草本植物与灌木比例为20∶1的植被生长更趋于稳定。研究结果揭示了在不同生态土配比下植被的生长规律特征, 可为露天矿山的生态修复治理提供参考。

隧道裂缝严重损害隧道的使用寿命以及行车安全, 而传统人工检测方法无法对长隧道中的大量裂缝进行高效精确识别。提出了一种隧道表面裂缝实时检测算法, 该方法创新性地将用于文本学习、信号分析的门控循环单元(GRU)模型应用于图像分类中, 用于提升隧道裂缝检测速度并保证检测精度。为提高训练效率, 首先对裂缝进行预处理将其转换至频域中提取隧道裂缝的关键信息并矩阵重构为一维向量, 再利用一维卷积神经网络提取一维向量的深度特征并输入循环神经网络学习深度特征中的序列依存关系, 最终实现对隧道裂缝的检测。测试结果表明该模型不仅能降低模型训练参数量和硬件配置需求, 同时该模型在精度上能达到99.0%, 检测单张图片速度能达到2.1 s, 相较于主流的分类检测模型其准确率保持不变, 训练时间和预测速度显著提升。最后针对大尺寸隧道裂缝图像开发了检测框架, 可实现对大尺寸图像中裂缝信息的有效提取。

三维地质建模是一种通过计算机技术将多源地质数据转化为三维地质模型的技术, 它揭示着地下各类地质体之间的空间分布关系, 可以帮助地质工作者更直观地理解地下地质结构, 并为资源勘探、灾害预测和工程建设等工作提供一定支持, 然而复杂的地质环境、有效地质数据的稀缺、巨大的计算量等因素使得大范围地质体的构建成为了三维地质建模发展过程中亟待解决的问题之一。针对该问题, 提出了一种大范围地质体分块建模方法, 该方法基于模型包围盒的水平分布范围将大型建模区域平均划分成若干个相对小型的区块分别进行建模, 引入虚拟钻孔和地层分区自动追踪算法实现了对区块模型顶底部及中间地层分块边界的一致性约束, 同时, 在对每个区块进行建模时, 对其建模数据范围进行一定扩充以确保合并后的区块间地层在分块边界处能够实现平滑过渡。研究结果表明各区块模型能合并成为一个地层衔接连贯、顺滑的完整地质模型, 进而实现大范围地质体建模。以厦门马銮湾新城区的浅层地下模型为例, 构建了厦门马銮湾新城区三维地质模型, 并对该方法的建模效果进行了检验。对该模型剖切得到的地质剖面与真实钻孔进行了对比, 并从建模效率、地层衔接的连贯性和顺滑性等方面进行了分析, 证实了该方法的可行性。

针对非定向钻孔岩心原始方位难以确定的科学问题, 利用塔里木盆地5口钻井(TKQ101井、SHUN9井、TAT19井、TZ18井和TS108井)志留纪无定向砂岩样品, 对典型样品进行了岩石磁学、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等实验, 明确了样品的主要载磁矿物, 之后对43块样品进行了退磁处理, 并分析了校正后的磁化率各向异性(AMS)最大轴(K_max轴)指示的古水流方向, 探讨了利用剩磁恢复岩心原始方位的可靠性。AMS结果揭示的沉积组构支持整个钻孔回次地层近似水平; 岩石磁学、SEM和EDS实验结果表明TKQ101井样品主要载磁矿物为磁铁矿、含有少量针铁矿和赤铁矿, 其他钻井样品主要载磁矿物为磁黄铁矿和磁铁矿。43块样品的系统退磁实验结果显示, TKQ101井岩心样品可分离出可靠的现代场黏滞剩磁方向(VRM)和志留纪地层原生剩磁方向(ChRM), 经VRM和ChRM各自计算获得岩心原始方位旋转量(R, R', 其中R, R'分别为利用VRM和ChRM磁偏角获得的岩心原始方位旋转量)一致, 校正后的K_max指示的古水流方向也与地质证据相吻合, 支持TKQ101井岩心原始标志线方位需逆时针旋转258.0°~262.0°;其他4口钻井岩心退磁结果呈现单分量特征, 综合分析明确其经历了由喜山期油气运移、聚集等流体活动导致的化学重磁化, 携带的剩磁为现代地磁场的黏滞剩磁和喜山期重磁化成分叠加结果。通过校正后K_max轴指示的古水流方向和地质证据验证后, 揭示利用VRM获得的恢复岩心原始方位旋转量R较为可靠。综上, 钻井岩心原始方位恢复需要旋转的角度如下: TKQ101井岩心在逆时针旋转258.0°~262.0°后即可获得可靠的原始标志线方位; SHUN9井第4, 5, 6回次岩心标志线的方位需分别逆时针旋转148.1°, 221.2°和318.2°;TAT19钻井第3, 5回次岩心标志线的方位需分别逆时针旋转269.8°, 155.9°;TS108井和TZ18井岩心标志线的方位需分别逆时针旋转239.3°, 256.6°。

纹层制约着页岩储层的品质和压裂效果, 而传统纹层研究依靠的是地质资料, 充分挖掘测井数据中蕴含的页岩纹层信息可以为钻孔页岩纹层评价提供新的思路和方法。依托四川盆地南部五峰组-龙马溪组页岩的取心钻孔, 基于岩心、全直径岩心CT、大尺寸薄片、全岩衍射和有机碳含量厘定的纹层组构特征, 通过地质刻度测井, 从元素扫描、电成像、阵列声波、常规和核磁共振测井中提取表征页岩纹层不同属性的测井信息, 阐述页岩纹层测井评价的方法体系。研究指出目的层主要发育了富硅质弱纹层、富硅质纹层、富钙质纹层和富黏土纹层4种纹层类型。元素扫描测井用于确定纹层矿物组分和有机碳含量。电成像、阵列声波各向异性指数和常规测井用于评价纹层密度或发育程度。电成像指示纹层厚度, 而核磁共振侧重分析纹层的孔隙结构变化。测井分辨率和响应的多解性虽然制约着页岩纹层的测井解释精度, 但基于岩石物理属性出发的各类测井方法是页岩纹层以及纹层组评价的有益补充。

由于红层能够携带稳定的天然剩磁, 因此在古地磁研究中被广泛采用。以往对于红层的研究大多集中于河湖相, 对风成相红层的研究较少, 尤其是风成沉积过程及沉积环境对剩磁记录的影响仍缺乏清晰的认识。对湘东南茶陵盆地上白垩统戴家坪组红层开展了古地磁研究, 通过对比分析研究了风成相和河湖相红层携带剩磁的稳定性及其剩磁记录的可靠性。岩石磁学结果显示载磁矿物为磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿。退磁结果显示, 仅有约1/6的样品能够分离出特征剩磁(ChRM)。虽然两者的ChRM平均方向总体一致(风成相样品磁偏角D_s=222.7°, 磁倾角I_s=-43.3°, Fish统计精度参数κ=5.9, 95%置信区间的半顶角角度α₉₅=20.6°, 数据量n=11;河湖相样品D_s=204.6°, I_s=-47.8°, κ=2.4, α₉₅=23.1°, n=28), 但两者单个样品ChRM方向的分布均较为分散。岩石薄片分析表明, 相较于河湖相红层而言, 风成相样品以细颗粒为主, 部分粒度较粗, 几乎无填隙物, 易于受到物理扰动和后期化学作用影响, 使得其剩磁记录的稳定性变差。对取自同一前积纹层不同部位风成相红层样品的退磁结果分析表明, 当前积纹层与层系界面夹角大于20°时, 其剩磁记录受到沉积过程的影响显著。对华南白垩纪红层样品古地磁结果的统计分析表明, 华南白垩纪风成相红层剩磁的稳定性和可靠性总体较弱, 可能是由于其结构松散且赤铁矿含量少, 既不利于原生剩磁的稳定获得, 也易于受到后期化学作用的改造而影响其可靠性。研究结果为风成相红层剩磁记录的稳定性和可靠性研究及其在古地磁研究中的应用提供有利指导。

开展羌北地块早古生代古地磁学研究, 定量约束出其古生代以来的古地理位置, 可为研究青藏高原古构造格局、显生宙特提斯演化和古地理重建等提供重要基础和关键制约。在进行古地磁研究之前, 首先进行岩石磁学特征的研究, 明确岩石中载磁矿物的组合类型和特征, 为后续退磁实验方案的选择以及剩磁的原生性的讨论提供岩石磁学基础。对羌北地块上志留统龙木措上组灰岩和砂岩进行岩石磁学特征研究, 包括等温剩磁获得曲线、磁化率随温度变化(χ-T)曲线、三轴等温系统热退磁实验、低温磁学性质测试以及扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等。实验结果表明, 龙木措上组灰岩样品中的磁性矿物以磁铁矿为主, 另外还有少量的磁赤铁矿和磁黄铁矿, 砂岩样品中的磁性矿物较为复杂, 主要为磁铁矿, 可能还含有磁黄铁矿等其他磁性矿物。研究结果表明龙木措上组地层中灰岩样品可以分离出稳定的高温剩磁分量, 适宜开展进一步古地磁学研究。