页岩油微运移是指石油由页岩层系中的富有机质层产生, 并向其紧邻且孔渗性较好的贫有机质层发生短距离运移的现象。勘探实践显示, 微运移可有效改善贫有机质层含油性及其品质, 甚至优于部分富有机质页岩层系, 是页岩油勘探突破的重要层段。因此, 对页岩油微运移现象进行系统研究具有必要性。在回顾国内外已有研究基础之上, 首先明确了页岩油微运移的示踪主要包括岩石热解参数、烃组分、生物标志化合物、非烃化合物、同位素等指标, 基本原理是根据运移烃与滞留烃地球化学性质分异进行判别。分析表明, 微运移会导致贫有机质页岩层系生烃活化能分散状分布, 生烃门限偏早, 且轻组分以游离态在贫有机质层中的聚集可进一步增加生油层和储油层烃组分分异程度, 进而影响页岩含油性与可动性特征。基于油气运移及其地质色层效应, 揭示了微运移贯穿油气生成、排出和滞留全过程, 是连接页岩层系各个油气聚集要素的桥梁, 影响了页岩油的差异富集。综合地球化学和地球物理方法是未来开展页岩层系中微运移精细识别的有效途径, 将为揭示陆相页岩油动态差异富集提供新视角。

塔里木盆地塔北隆起带哈拉哈塘-哈得地区中生界面积超3万km², 处于大型单斜背景, 油气显示活跃, 具有较大的勘探潜力, 但多年来未有勘探突破。邻区中石化矿区的发现使得该区的勘探再次提上了日程。基于新处理的三维地震资料, 在分析区域地质概况的基础上, 系统分析了油源条件、走滑断裂的构造及演化特征和岩性圈闭的形成及封堵条件, 明确了该区的成藏模式及有利勘探方向。研究区中生界发育河流-三角洲沉积体系, 其中三叠系发育NE-SW向条带状三角洲砂体, 侏罗系和白垩系下部发育SE-NW向展布的叠覆浅水三角洲砂体, 白垩系上部发育大面积连片状的辫状河砂体。该区经历了3期隆升, 发育5期断层, 其中中生界的三叠系-侏罗系断层是古生界断层的伴生断层, 受古生界断层的发育控制, 雁列状NE-SW向展布。白垩系和侏罗系浅水三角洲前缘单一朵体或多个朵体披覆泥岩拼接形成了侧向遮挡, 与上倾方向断层联合形成岩性-断层圈闭, 三叠系条带状SE方向展布的三角洲砂体和大型河道弯曲部位河道外泥岩遮挡形成岩性圈闭。油气源于古生界古油藏, 通过古生界奥陶系断层泄漏后, 经中生界伴生断层直接进入中生界圈闭或经中生界断层接替输运进入圈闭而成藏。基于此, 认为本区勘探潜力区主要有北部走滑带的侏罗系-白垩系舒善河组三角洲前缘岩性油气藏、三叠系北侧的三角洲前缘砂体和南部河道砂体岩性油气藏和三叠系北部隆起区披覆小型扇体岩性油气藏。断裂组合、砂体展布及披覆泥岩遮挡3个关键控藏要素及其有效配置是塔北隆起带大型斜坡区形成有利岩性、岩性-断层复合圈闭油气藏的重要前提, 该认识为该区油气的深化勘探指明了方向, 对其他地区岩性、岩性-断层复合圈闭油气藏勘探具有借鉴意义。

我国油气勘探正向页岩油气领域挺进, 富含有机质页岩中普遍发育超压, 页岩孔隙压力预测方法的不足制约着页岩油气的研究。分析了生烃增压及欠压实增压的岩石物理响应特征, 基于密度与声速数据对生烃增压及欠压实增压的差异化响应, 建立了一种利用声速、密度数据分别计算页岩生烃增压量及欠压实增压量, 最终实现页岩孔隙压力预测的新方法——声速回弹法。选取生烃条件优越的渤东凹陷作为研究实例, 首先利用综合泥岩压实曲线、加载-卸载曲线、声速-密度图解, 综合判别了超压的成因, 而后利用声速回弹法定量计算了单井欠压实、生烃作用的增压量以及地层孔隙压力, 并将其与数值模拟及常规计算方法进行了对比。以LD21-A井为例, 页岩超压成因为生烃增压与欠压实复合成因; 压力预测结果显示: 非烃源岩层段超压由欠压实增压贡献; 烃源岩层段超压由生烃增压与欠压实贡献, 其中生烃增压量主要分布在5~15 MPa之间(占比约35%~65%), 实测压力点生烃增压量为11.09 MPa (占比45%)。新方法可行性较数值模拟更高, 与Eaton法相比, 不受各层段、区域生烃增压量及欠压实增压量占比不一致的影响。新方法在页岩油气领域及常规油气领域的研究具有重要意义。

广西页岩气勘探已在雪峰山隆起南缘桂中坳陷中北部的下石炭统鹿寨组取得多处页岩气重要发现, 商业试采取得出气点火成功, 但该地区坳陷内结构及演化特征尚未明确, 制约了对富有机质泥页岩形成条件与有利沉积相带展布特征、页岩气富集规律的准确认识。以融水地区为例, 通过地质调查分析、二维-三维地震剖面构造解译及演化平衡剖面等技术, 对主要构造及结构特征、构造演化规律及其与页岩气保存关系进行研究, 认为研究区现存3条主干断裂、NE-NNE向4个主要向斜构造, 先存的NNE向三江-融安断裂是伸展断陷、挤压-走滑改造作用的主控因素。研究区在寒武系褶皱基底上, 伸展断陷发展于晚泥盆世、强盛于早石炭世早期、停止于早石炭世晚期, 坳陷改造期的挤压-走滑作用发育于印支期、燕山期, 喜山期局部张性作用。现今的褶皱体系主体形成于印支期, 受自西向东三江融安断裂的逆冲作用逐渐增强的影响, 呈现宽缓向斜-复式向斜-断展褶皱的构造样式展布规律。沙坪复式向斜是页岩气保存的有利构造单元, 页岩气保存有利的构造样式为断向斜、断背斜。该认识明确了该地区下一步页岩气勘探部署的方向, 为桂中坳陷中北部的环江浅凹等结构和演化认识提供有利思路。

涪陵气田是我国第一个实现商业开发的页岩气田, 近几年年产气量稳定在70亿m³以上, 开发效果良好。随着开发需求不断增大, 开发对象由焦石坝等高压页岩气藏逐步转向了白马常压页岩气藏。2021年白马地区提交探明储量1 048.83亿m³, 地质资源基础得到夯实, 而开发地质评价与目标优选是实现储量有效动用第一环。以分析化验、测井解释、地震预测、压裂试气资料为基础, 开展白马地区常压页岩气开发有利层段与有利目标评价研究。研究结果表明, 白马地区奥陶系五峰组-志留系龙马溪组发育深水陆棚相富有机质页岩, 其中深水陆棚硅质页岩是开发最有利层段。明确了地层压力系数、孔隙度、天然裂缝、应力性质是常压页岩气开发地质评价的关键参数。以此为基础, 建立了白马常压页岩气藏开发选区地质参数体系, 优选白马向斜南部为开发建产第一目标, 实现了规模效益建产, 对常压页岩气开发具有重要借鉴意义。

四川盆地东部复兴地区泰页1井和兴页L1井均在侏罗系凉高山组页岩段测试获得高产油气流, 试采效果好, 实现了川东侏罗系陆相页岩油气勘探重大突破。为进一步明确川东侏罗系凉高山组页岩油气勘探潜力及有机质富集机理, 选取复兴地区兴页X井、兴页Y井作为典型代表, 综合测录井、岩心资料和全岩X衍射、有机碳、主微量元素等分析测试方法研究表明: 凉二下亚段页岩沉积古气候处于暖湿型环境(中等风化条件), 不同单元地层沉积的古气候之间无明显差异, 处于淡水-微咸水沉积环境。通过镧-钴法计算古水深整体介于10.9~56.1 m之间, 属于半深湖-深湖沉积环境, 自下而上沉积水体深浅交替, 整体古生产力呈现增大的趋势, 页岩段总体上处于缺氧还原环境, 发育砂质纹层, 沉积速率相对砂岩段较小。通过不同沉积环境参数与w(TOC)相关性分析, 凉二下亚段页岩有机质富集主要受古水深、古氧化还原环境、沉积速率和古生产力等多因素耦合控制作用, 古盐度和古气候条件影响相对较小。沉积环境的差异控制了页岩纵向上非均质性特征, 其中⑥号单元页岩相形成于深水缺氧沉积环境, 具有低沉积速率、高古生产力及受陆源影响较小的特点, 为有机质的富集提供了有力条件, 为有利勘探目的层。

异常地层压力预测是油气开发中面临的难点问题之一, 随着页岩油气和致密砂岩气等非常规储层开发的不断深入, 地层压力系统的复杂程度不断增大, 同一地区超压和负压并存的现象时有发生, 对复杂压力系统进行准确刻画具有重要的应用价值。针对复兴地区侏罗系页岩气储层和致密砂岩储层所形成的2套超压系统和1套负压系统, 分析了超压和负压的地球物理响应特征和敏感弹性参数, 发现泥岩地层的体变模量在负压－超压区间与地层压力具有良好的相关性, 据此提出一种基于泥岩体变模量的超压和负压一体化预测方法, 并利用测井数据和地震数据计算了单井压力曲线和三维地层压力数据体。该方法的关键在于利用超压和负压地层的泥岩进行一体化压力预测, 降低岩性变化因素的影响; 其次, 选取与异常压力物理机制具有直接关联的体变模量作为预测参数, 提高预测模型的精度。根据测井和地震压力预测结果, 研究区东岳庙段强超压系统的压力保存条件较好, 压力结构特征稳定, 压力系数最大约为2.0;凉高山组超压系统的压力保存条件相对较差, 压力结构特征横向差异较大, 压力系数最大约为1.65;凉高山组负压系统压力系数约为0.5~1.0, 且与下伏超压系统存在一定的耦合作用。对比超压和负压钻井实测数据, 研究区单井压力曲线与三维地层超压和负压预测结果均达到较高的吻合度。

涪陵页岩气田是我国探明储量最大的非常规页岩气田, 储层以页岩为主, 具有低孔低渗、非均质性强等特点。自2018年率先在国内部署开发调整井并实施水力压裂, 面临着由于压力场变化导致周围老井压力异常变化, 从而影响老井正常生产等问题, 给气田采收率的提升带来了不确定的因素。从已产生影响的一次井网老井生产情况来看, 邻井压裂影响干扰特征呈现多类型、多特征、多结果、多主控因素的特点, 而目前还没有统一的邻井压裂干扰响应特征描述方法和机理解释。以涪陵页岩气田为例, 在大量文献调研的基础上, 基于一次井网整体有效动用程度, 开展了页岩气井邻井压裂干扰响应特征及机理探讨。研究表明: (1)页岩气邻井干扰按照对母井技术可采储量的影响结果分为正面、无、负面干扰3种类型, 造成3种干扰类型的差异主要与子母井空间井距、穿行层位、采出程度、地层压力、应力差异等因素相关; (2)初步明确了产生邻井压裂干扰的机理是子井和母井裂缝沟通程度及两者人工缝网重叠程度不同; (3)根据干扰带来的不同结果需采取合理的井距设计, 压裂施工前采取母井关井恢复压力至稳定状态、子井压裂施工期间采取远场封堵转向压裂技术等方式规避负面影响。研究结果为制定合理的压裂防干扰措施提供了理论支撑, 对行业具有良好的指导意义。

为探明准噶尔盆地二叠系下乌尔禾组页岩气富集条件及主控因素, 以东道海子凹陷下乌尔禾组为研究对象, 通过野外地质观察、录井、测井、地震等资料的收集, 结合总有机碳含量测定、X衍射全岩分析、岩心观察、气体吸附(N₂、CO₂)等手段, 对下乌尔禾组页岩的分布特征、有机质发育特征、储层特征及含气性特征进行了研究。结果表明: (1)下乌尔禾组页岩总有机碳含量(w(TOC))较高, 平均1.58%;有机质类型以Ⅱ₂型和Ⅲ型为主; 镜质体反射率R_o平均1.46%, 处于成熟阶段; 烃源岩厚度平均75 m, 烃源岩较好, 生气潜力大。盆地模拟结果表明下乌尔禾组页岩含气量较好, 平均1.89 m³/t。(2)页岩储集层粒内孔和微裂缝较为发育; 气体主要吸附于微孔和介孔; 孔隙度均值6.10%, 渗透率均值为0.27×10^-3 μm², 有利于页岩气的聚集。(3)页岩黏土矿物体积分数较高, 均值29.6%, 能提供较高的比表面积, 增加页岩的气体吸附能力; 脆性矿物体积分数均值50.9%, 压裂改造性良好。(4)页岩储层压力系数较大, 均值为1.58, 具有良好的保存条件。结合区域构造—沉积环境以及地化参数的分析表明, 东道海子凹陷下乌尔禾组页岩气成藏的主控因素包括地化参数和保存条件, 其中有机质热演化成熟度高、页岩厚度大、w(TOC)高、良好的保存条件等是影响页岩气富集的关键因素。基于上述条件, 提出东道海子凹陷页岩气勘探开发有利区位于凹陷的腹部偏东北斜坡地区。该研究成果揭示了东道海子凹陷下乌尔禾组页岩气富集条件及主控因素, 对准噶尔盆地腹部地区深层油气勘探具有借鉴意义。

桂中坳陷北部鹿寨组海相富有机质页岩是滇黔桂盆地页岩气勘探的重要接替领域, 目前在勘探初期已取得重大突破, 因此开展地质-工程一体化的评价工作极为关键。利用岩心、薄片和扫描电镜等岩石物理实验和常规、成像、核磁共振及阵列声波等测井资料, 在岩心刻度测井和小层精细划分的基础上, 分别开展了地质和工程“甜点”要素测井表征研究。通过对烃源岩品质、储层品质和工程品质叠合, 最终完成了地质-工程“双甜点”的耦合与优选。研究表明: 鹿寨组一段页岩岩性以硅质页岩、混合质页岩和灰质页岩3种类型为主。孔渗物性偏低, w(TOC)介于1%~2%之间。生物硅含量低, 硅质来源主要为陆源碎屑供给, 页岩气主要赋存在黏土矿物相关孔隙和微裂缝中, 且以吸附气为主而游离气较少。脆性指数介于20%~80%之间, 且基本均大于40%。应力差异系数介于0.26~0.50, 现今最大水平主应力方向为NNE-SSW方向。优选③小层底部页岩“甜点”层段作为水平井靶窗, 水平段实钻气测结果显示良好。研究成果能够为页岩气单井“甜点”测井评价与水平井靶窗优选提供理论指导和方法支撑。

泥页岩中可溶有机质(DOM)组成和可降解性是影响生物气形成的重要因素, 开发简便有效的方法来评估可溶有机质的组成、官能团特征和微生物活性等, 可为泥页岩生物气田产气机制分析提供关键的基础信息。采集了柴达木盆地涩探1井1 219~1 309 m泥质岩心, 基于有色可溶有机质(CDOM)的三维荧光(EEM)和紫外可见吸收光谱特征, 分析了可溶有机质的组分、官能团特征和易降解程度, 了解了产甲烷菌可利用底物的分布情况。结果表明: 涩探1井岩心有机质以易降解的类色氨酸荧光组分C1和C3为主, 占比70.54%;荧光组分、荧光参数HIX、BIX和＜吸光系数E₂₅₃/E₂₀₃、SUVA₂₅₄共同指示1 219~1 222 m和1 285~1 301 m 2个层位有机质腐殖化程度较低, 芳香性较弱, 为潜在的产气活跃层位。研究表明CDOM光谱可以作为分析泥页岩可溶有机质特征的有效方法, 其结果反映了产甲烷菌可利用底物和微生物活性等特征, 为烃源层系内生物产气预测提供有效的重要信息。

柴达木盆地西部干柴沟区块C902井在古近系下干柴沟组上段Ⅳ~Ⅵ油层组获得高产油气流, 实现了柴达木盆地古近系页岩油的重大勘探突破。然而, 古近系页岩油的评价标准和资源潜力不清等问题制约了干柴沟区块高效开发。基于C902井及其他探井的勘探成果, 利用岩性、物性、孔隙结构、生烃潜力等资料, 综合评价了干柴沟区块古近系下干柴沟组上段Ⅳ~Ⅵ油层组页岩油的勘探潜力。结果表明, 该套页岩层系混积特征明显, 岩相类型包括纹层状和层状灰云岩、纹层状和层状云灰岩、纹层状黏土质页岩和层状泥岩, 具有较高脆性指数, 可压性强; 晶间孔和纹层缝是重要的储集空间, 占比达85%, 属于低孔-特低渗储层; w(TOC)均值高于0.9%, 氯仿沥青“A”和S₁+S₂共同指示生烃潜力大, 且有机质类型以Ⅰ~Ⅱ₁型为主。因此, 下干柴沟组上段Ⅳ~Ⅵ油层组具有烃源岩品质好、源储一体、可压性强、发育广泛等特征, 生储盖组合在空间上广泛发育且密封性好, 有利于压裂改造后提高油气采收率, 对干柴沟区块页岩油的高效开发具有重要理论指导意义。

平北斜坡带是西湖凹陷岩性油气藏勘探的重点区带之一, 但实际勘探过程中存在岩性砂体厚度小、横向变化大等问题, 亟需开展不同构造单元内地层发育样式、沉积中心变迁、砂体发育机制等构造-沉积响应研究。基于最新钻井、测井及覆盖全区的高精度三维地震资料, 开展了平北斜坡带平湖组三级层序-体系域高精度层序地层研究。基于古地貌、断裂体系的差异, 划分了平北斜坡带构造-沉积单元, 分析了不同单元内层序构型下断裂组合样式、地层接触关系、沉积充填样式的差异, 探讨了不同层序构型差异的控制因素和控砂模式。研究表明, 平北斜坡带可以划分为断裂陡坡型、对向断阶型、反向断阶型、顺向断阶型4种层序构型, 层序构型差异受物源供给强弱变化、断裂体系活动差异、微古地貌转换调节、基准旋回迁移变化等控制, 形成了4种砂体发育模式。通过不同构造单元层序构型差异和控砂机制研究, 对于推动西湖凹陷平北斜坡带岩性油气藏领域勘探进程意义重大。

四川盆地东部(川东)红星地区上二叠统吴家坪组具备良好的页岩气成藏条件, 是四川盆地二叠系页岩气勘探的重要接替领域, 但对于该套硅泥质烃源岩的形成机理目前仍缺乏明确的认识。除了岩石矿物组成、地球化学成分、宏体化石组合等特征之外, 以放射虫为代表的微体化石对于辨别硅质泥页岩沉积的成因也具有重要意义。放射虫是显生宙海洋浮游生态系统的重要组成部分, 其组合可以指示沉积环境, 而其丰度是古海洋生产力的良好指标。利用酸蚀法分离出放射虫化石, 从而鉴别化石的形态组合特征并结合薄片镜下统计, 分析了放射虫丰度与总有机碳(TOC)含量的相关性。研究结果表明, 川东红星地区HY3井吴家坪组吴二段中发育大量放射虫化石, 经鉴定为泡沫虫目和内射球虫目分子, 属于典型的浅水放射虫组合(Se组合)。镜下统计表明吴二段放射虫丰度与TOC含量呈现较好的相关性。通过放射虫组合特征, 结合吴家坪组沉积序列和古地理背景, 推断吴二段烃源岩形成于水深小于60 m的较浅水环境。吴二段有机质富集可能受到初级生产力、氧化还原条件、陆源碎屑输入、上升流等多方面因素的影响, 其中高古生产力是吴二段有机质富集的主控因素之一。

胜北凹陷是吐哈盆地最大的富油气洼陷, 随着对中侏罗统三间房组致密砂岩气勘探开发的需求强烈, 亟需对三间房组沉积特征进行研究, 预测有利勘探区带。通过岩心观察、测井和地震资料分析等手段, 结合高分辨率层序地层学对胜北凹陷中侏罗统三间房组致密砂岩气藏沉积特征进行研究, 建立三角洲-湖泊沉积体系, 预测了致密气藏有利勘探区带。吐哈盆地胜北凹陷三间房组发育3个长期层序(L1, L2, L3)和5个中期层序(M1, M2, M3, M4, M5), 中期旋回区域对比良好。M1~M3层序沉积期, 主要发育辫状河三角洲-湖泊沉积体系; M4~M5层序沉积期为曲流河三角洲-湖泊。胜北凹陷三间房组有利储层的砂体主要发育于三角洲前缘亚相。平面上M2层序沉积期胜北5井和胜深3井井区、M3层序沉积期胜北5井和胜北6井井区及东北部和M5层序沉积期胜北5井、胜北6井和胜探1井井区为有利勘探区, M4层序沉积期有利储层整体不发育。该研究成果对促进吐哈盆地胜北凹陷三间房组致密气藏勘探具有指导意义。

地球是一种物质和能量结合的存在形式。地球及其他行星的形成和运作过程实际上是物质和能量状态的演化历史。研究物质的科学是物理和化学, 描述物质自然规律的语言是数学, 这属于热力学的研究范畴。从19世纪中叶开尔文利用热力学理论计算地球年龄开始, 热力学在地球科学领域的应用已有100多年历史, 它在阐释地球和行星演化过程的基本逻辑与规律方面发挥了核心作用, 引起了固体地球科学发展史中的许多重要变革。近20年来, 随着物理、化学和计算机科学的不断发展, 经典热力学和非平衡热力学在地球物质科学中的应用进一步发展, 成为地球物质研究的基本原理体系。通过研究地球物质的形成与演化条件来揭示地球结构、动力学和演化过程的地球热力学学科已经形成。未来地球热力学的发展需要与地球物理、地球化学理论和实验相结合, 在热力学数据库发展的基础上, 建立合适的热力学模型来解决实际的地球科学问题。另外, 地球热力学的进一步发展需要与相应的课程教学相结合、加强热力学在地球科学中的课程建设是当前的一项重要任务。热力学是地球物理、地球化学、地质学等多学科交叉研究的纽带和桥梁。如何从热力学的视角认识地球及其演变过程将会是一个永恒课题。

地浸采铀工艺是溶浸液在含矿含水层中与铀矿物发生反应, 铀元素随溶浸液迁移至地表的一种提铀工艺, 精确了解矿区岩石内部结构及金属矿物的分布, 对地浸工艺应用具有重要的指导意义。为了解512矿床岩石内部结构及渗流路径, 选取该矿床代表性围岩和矿石岩心进行CT扫描, 经过图像降噪滤波、图像分割提取孔隙、构建孔隙网络模型等处理与分析, 获得各孔喉参数; 通过Avizo软件模拟得到绝对渗透率、迂曲率和渗流速度变化。结果表明: 围岩和矿石的孔隙度相近, 分别为15.42%, 15.18%;连通孔隙度分别是9.61%, 13.82%。围岩中高密度物质为一些金属矿物, 体积分数约为0.54%, 矿石中高密度矿物多为次生铀矿物, 体积分数为1.06%, 其在浸出过程中可与溶浸液充分接触。孔隙内部具有强烈的非均质性, 导致流速在流动路径中逐渐降低。围岩和矿石连通的大孔数量多于小孔, 指示大孔是决定孔隙发育程度的主要因素。根据速度流线推断围岩和矿石中虽然存在堵塞区, 但流通区域占主导地位。

北山地区发育众多赋存于石炭纪海相火山岩中的铁矿床, 其中内蒙古碧玉山铁矿床是该区典型的这类矿床之一。该矿床地处内蒙古自治区的西北缘, 勘查工作程度相对较低, 矿床成因研究程度较为薄弱。经过野外及初步的岩相学观察工作对内蒙古碧玉山铁矿床进行了研究。研究表明, 碧玉山铁矿床普遍具有磁铁矿-磷灰石的矿物组合, 其中磷灰石普遍经历溶解-再沉淀作用而导致内部含有大量细小的独居石包裹体。磁铁矿中普遍发育钛铁矿出溶结构, 具有高温的磁铁矿特征。这些特征与区域上发育的具有矽卡岩化及低钛磁铁矿的其他矿床明显不同, 而与典型的基鲁纳型(铁氧化物-磷灰石型)铁矿床在矿物组合及磷灰石、磁铁矿矿物学特征等方面非常相似。笔者对该铁矿的地质特征开展初步分析认为, 内蒙古北山地区碧玉山铁矿床属于赋存于海相火山岩中的基鲁纳型铁矿床, 这对该区基鲁纳型铁矿床的成矿理论及找矿勘查工作具有指导意义。

随着磷矿找矿难度越来越大, 地质勘探成果报告也愈来愈多, 通过人工识别海量文档中与磷矿成矿相关地质信息耗时低效, 无法满足知识共享传播和地质报告智能管理的需求。为快速获得磷矿地质文档报告中隐藏的成矿地质知识, 基于XLNET模型建立了磷矿成矿地质实体自动识别的方法。首先对实体进行BIO标注建立地质实体字典, 利用XLNET作为底层预处理模型学习句子双向语义; 然后使用BILSTM-Attention-CRF模型实现文本多标签的智能分类; 最后通过定位磷矿实体在报告中的分布位置大致推测该处磷矿成矿条件和成矿模式。将该模型与其余3种模型比较得出结果, 该模型识别的准确率(P)、召回率(R)及F1值都接近了90%, 较前3种模型分别调高了2%, 5%, 6%。该研究为开阳磷矿地质研究人员提供了更加高效的地质实体自动识别的方法。

以浙江嵊州-新昌地区红层软岩为研究对象, 探究该地区红层软岩崩解表面能特性。基于能量耗散原理, 通过分析该地区3组不同组成成分的红层软岩在干湿循环作用下崩解过程中能量的转化、传递和耗散, 得出红层软岩崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。结果表明, 该地区红层软岩随着干湿循环次数的不断增多, 表面能累计增长量有3个变化过程: 初期呈平缓增长; 中期表面能急剧增加, 增长速率越来越快; 崩解后期其表面能累计增长量逐渐保持平稳状态。试验还表明黏土矿物含量越高的红层软岩, 产生的表面能越多, 耐崩解性越差。本研究提出的能量耗散模型, 为治理浙江嵊州-新昌地区各种红层软岩问题提供了参考价值。

地表位移与裂缝发育是滑坡变形演化最为直观的表现形式, 因此, 通过位移监测数据与地表裂缝发育状况来揭示滑坡变形破坏特征与演化阶段对于滑坡灾害的分析防治具有重要的现实意义。选取三峡库区白水河滑坡为研究对象, 系统搜集并分析了2003-2016年滑坡监测数据, 选取ZG93和ZG118监测点, 首先基于R/S分析计算了位移数据的分形参数Hurst指数; 其次以每年为时间间隔对2个监测点位移进行多重分形维数计算研究; 最后引入滑坡裂缝分期配套理论, 对白水河滑坡目前裂缝发育状况进行裂缝分形维数计算。结果表明, 2个监测点位移分形维数H指数均大于0.5, 说明滑坡位移序列存在一定的正相关性; 白水河滑坡演化过程分为平稳变形状态(2003年6月-2007年6月)、加速变形状态(2007年6月-2009年12月)、平稳变形状态(2009年12月-2015年12月); 对比地表裂缝分形维数与滑坡裂缝分期配套规律可知, 白水河滑坡目前裂缝发育仍然处在初始变形阶段。研究成果对于揭示水库滑坡的演化状态具有一定的指导意义。

岩体结构面粗糙度系数(JRC)的估算是岩体力学性质评价的重要环节, 由于单一统计参数法难以全面表征岩体结构面的复杂粗糙形貌, 单一统计参数法建立的JRC计算模型精度较低。选取表征结构面粗糙形态的8种统计参数, 结合主成分分析法(PCA)和高斯过程回归(GPR)算法, 构建基于多参数融合的JRC预测模型。以公开的112条岩体结构面剖面线数据集(其中95条作为训练样本, 17条为验证样本)为例进行分析研究, 最后将预测所得JRC与实测值对比并分析预测效果。结果表明: 由高斯过程回归构建的JRC预测模型决定系数(R²)高达0.972, 均方根误差(MSE)为0.517, 反映出高斯过程回归方法在小样本条件下构建多统计参数与JRC值隐式关系的适用性, 为今后人工智能在JRC指标预测方面实现合理预测提供了思路。

岩体裂隙的等效水力张开度(水力学等效隙宽)是岩体的关键力学几何参数之一。目前常采用交叉孔试验等大型试验方法获取野外深部岩体裂隙的张开度, 但该方法很少在一个工程中多次使用, 且难以分析裂隙张开度在空间上的变化。以三峡大坝右岸地下电站硐室围岩为例, 提出了一种联合利用常规单孔压水试验数据和三维裂隙网络模拟, 反演确定裂隙等效水力张开度的新方法。利用实测裂隙编录资料取得的统计数据开展裂隙产状随机模拟, 构建与压水试验钻孔连通的三维离散裂隙网络渗流模型, 拟合单孔压水稳态流量和压力的关系, 反演不同深度岩体的裂隙等效水力张开度。结果表明, 研究区岩体裂隙的等效水力张开度一般为0.07~0.30 mm, 符合对数正态分布的统计特征, 多数钻孔反演的裂隙等效水力张开度随埋深呈指数形式衰减, 少数钻孔呈现出裂隙等效水力张开度随机性强、随埋深变化不明显的特征。相较传统方法, 本方法反演结果显著不同, 有待进一步验证。

目前对连州盆地中生代以来的形成演化及其与岩溶发育规律的响应关系尚缺乏系统性认识。基于最新地质调查、水文地质钻探、溶蚀试验和三维地质建模, 结合已有地质资料, 划分了盆地构造演化阶段并探讨了各阶段岩溶作用。前白垩纪, 在地壳升降运动下沉积较强溶蚀能力碳酸盐岩, 这为岩溶发育奠定了物质基础。印支运动促使垂向叠置地层形成EW向构造, 燕山运动导致其横跨-斜跨叠加NE-SW向构造, 这些地质构造控制碳酸盐岩地质结构和空间展布特征及溶蚀性能, 山脉和水系分布确立, 但岩溶整体不发育。白垩纪-古近纪发育陆内山间断陷汇流湖盆, 地壳缓慢隆升加强了盆地周围岩溶作用, 现保留早期岩溶台面。后期被冲洪积物埋藏-充填-固结成岩, 岩溶基本停止发育, 形成厚覆盖型红层盆地。新近纪以来, 地壳快速抬升导致盆地四周山体不断抬高, 河流深切, 岩溶强烈发育, 塑造多级岩溶台面。盆地内部分白垩系红层被剥蚀或切穿, 岩溶作用复活, 水系经多次变迁和贯通后, 形成第四系浅覆盖型岩溶断陷盆地。构造演化控制岩溶发育规律, 岩溶作用影响盆地内部结构, 土体结构孕育岩溶地面塌陷。研究成果可为认识覆盖型岩溶区岩溶塌陷条件提供科学依据和指导。

掌握区域地下水位分布是地下水资源评价与环境保护的重要基础。由于区域尺度观测的地下水位数据有限, 克里金插值与深度学习方法逐渐被用于区域地下水位预测, 但两者的适用性及鲁棒性缺乏对比分析。针对这个问题, 基于239口监测井水位, 采用普通克里金方法、融合地表高程的协同克里金方法、深度学习方法估计深汕特别合作区地下水位空间分布, 调查3种方法在区域地下水位预测中的应用潜力。为了研究训练集样本量对3种方法预测效果的影响, 将239口监测井分为2组(76口和163口)用于3种模型的训练。结果显示, 使用76眼井的训练数据拟合验证集样本时RMSE分别为6.09, 4.04, 7.11, 考虑了地表高程信息的协同克里金法明显优于普通克里金法与深度学习法。而当训练样本量增加到163口水位数据时, 普通克里金、协同克里金及深度学习法的预测精度都明显提升, 3种方法拟合验证数据集的RMSE相差很小, 分别为1.33, 1.36, 1.54。另外, 使用较大数据样本量进行全区域的地下水位预测时不同方法得到的预测水位分布均有所提高, 但空间分布特征依旧存在明显差异。结果表明, 当观测数据稀疏时, 融合高程信息的协同克里金方法的预测效果显著高于普通克里金方法和深度学习方法, 而当观测数据量增加到达一定数量时, 3种方法预测得到的RMSE较接近。

解析解模型计算效率高, 被广泛应用于估计含水层涌水量。然而, 这类模型包含许多假设条件, 例如: 含水层是均质的、抽水量是常数、忽略井内水头损失等, 因此被称为均质模型。事实上, 这些假设条件往往得不到满足, 导致结果产生不可忽略的误差, 尤其是非均质巨厚含水层。同时, 均质模型无法估计破碎带的渗透系数与涌水量, 不利于解决隧道施工过程中的水患问题。依托新疆天山胜利隧道项目, 开展了2次抽水试验。基于综合测井数据和钻孔数据建立地质模型; 采用非均质数值模拟方法定量研究超深孔的地下水涌水量。采用第一次抽水试验的观测数据率定模型中的参数, 采用第二次抽水试验的观测数据验证模型与率定后参数的合理性。模型反演了破碎带、完整花岗岩和较完整花岗岩的渗透系数, 分别为0.000 93, 0.000 5, 0.000 3 m/d; 预测了总涌水量与破碎带的涌水量, 分别为14.80, 10.46 m³/h, 其中破碎带的涌水量占总涌水量的70.676%。野外的观测数据表明超深孔抽水试验过程中井筒内存在水头损失。非均质数值模拟模型比均质模型更能解释超深孔抽水试验数据, 均质模型计算的总涌水量结果为18.67 m³/h, 高估了涌水量。在隧道施工过程中, 非均质模型获取的水动力学参数和涌水量更加可靠。