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武汉蔡甸区浅层地下水氮污染来源识别及其迁移转化过程解析
曹益, 李逸凡, 周传富, 李朋, 李俊霞
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230357
摘要:
【目的】近年来,随着人类活动的不断加剧,地下水氮污染成为全球范围内典型的环境问题。为识别浅层地下水氮污染源、贡献比例、及迁移转化特征,采集湖北省武汉市蔡甸地区主要供水区地表水14个、浅层地下水24个及土样样品7个,并测试分析了其水化学指标、氮同位素、氢氧同位素等。【方法】基于当地土地利用类型,综合水化学及δ15N-NO3-、δ18O-NO3-双同位素示踪技术,判别研究区地下水硝酸盐氮污染源及迁移转化规律,同时进一步运用Iso-Source模型定量识别不同氮污染源的贡献比例。【结果】区域氮污染类型以硝酸盐氮为主,其中约66.7%地下水采样点NO3-浓度超出WHO规定限值(10mg/L),污水和粪便、土壤有机质以及含氨肥料硝化为主要NO3-来源,其对浅层地下水硝酸盐氮的贡献率均值分别为:48.6%、32.9%、18.5%,受较为明显的人类活动影响;进一步结合区域水化学及氢氧同位素组成显示,区域地表水及地下水氮的形态转化主要受到硝化作用影响与控制。【结论】研究结果将为进一步了解蔡甸区氮循环过程及氮污染治理提供理论基础。
山西省屯留区富硒土地质量综合评价与利用研究
王大莹, 崔新宇, 曹培丽, 崔杰, 张仕裕, 樊文华, 冯志强, 何俊辰, 雷勇
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230666
摘要:
开展土地调查与评价和发展特色产业是实现乡村振兴,巩固脱贫成果的重要工作。为更加精准有效指导区域农业生产布局及特色产业开发,本文选取富硒产业质量、生态环境和耕地地力三方面的指标构建富硒土地综合质量评价体系,在山西省长治市屯留区开展富硒土地评价工作。运用模糊数学法、熵权法、综合指数法等方法评价与划分土地等级。结果表明:①屯留区高硒和硒适量土壤占比54.47%,集中分布于全区东部;耕地地力等级分布不均,整体为西低东高;全域生态环境状况清洁。②全区一等富硒土地面积299.33平方千米,占比26.61%,集中分布于东部平原地区。③屯留区小麦、尖椒和青椒达到富硒标准,尖椒富硒率为100%,农作物清洁状况良好。依据评价结果,结合屯留区国土空间规划,划分出三类土地:A类地(富硒富肥且清洁)规划种植富硒小麦和绿色蔬菜,同时发展观光农业;B类地(硒适量且清洁)规划种植富硒辣椒,同时发展农产品深加工;C类地(非富硒富肥)打造农产品深加工体系,同时发展农贸和旅游。本文为屯留区富硒农业产业规划以及区域协同发展提供了理论支持及科学建议。
北京山区典型流域泥石流次声预警模型
于家烁, 翟淑花, 徐尚智, 冒建, 王强强, 刘欢欢, 王云涛
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240223
摘要:
次声是泥石流监测预警的有效手段,目前常用的阈值预警法未全面考虑次声的时频特征,这将降低预警的准确度。基于北京市草甸水村泥石流的次声监测数据,分析了该流域泥石流次声和环境次声的时频特征差异,并基于随机森林算法构建了泥石流次声识别模型。结果表明,泥石流次声的有效声压为0.4-1.0Pa,环境次声的有效声压多低于0.1Pa,但噪音会引起声压上升至0.4Pa以上;噪音次声能量多集中在低于6Hz的频段,泥石流次声在6-15Hz频段的能量明显高于噪音次声。因此,泥石流次声的甄别需综合考虑时频域的多个特征,重点是6-15Hz频段对应的能量。基于随机森林算法,以有效声压、6-15Hz有效声压、短时过零率、主频、主频振幅为特征变量构建的泥石流次声识别模型AUC值为0.99,对测试数据识别准确率为90.0%,相比传统声压阈值法提升了15.0%。研究结果说明随机森林模型能够较为精准地甄别泥石流次声信号,适用于草甸水村的泥石流次声预警,可为其他区域的泥石流次声预警研究提供参考。
基于机器学习和SHAP算法的声波测井曲线重构及可解释性分析
黎子豪, 蒋恕
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230504
摘要:
(目的)测井技术是查明地下岩性、地层及地质流体的关键技术手段,在石油勘探行业中发挥着至关重要的作用。然而,由于仪器损坏、井眼条件等因素,经常造成测井数据缺失、曲线不全等问题,传统多元线性回归或经验公式方法无法合理地构建测井曲线间的关系模型使得曲线重构精度相对较低,机器学习算法虽能在大量数据之间找到最为合适的数据映射关系进而提高了模型精度,但相较而言其所构建的黑箱模型无法得到良好的解释。近期,可解释性算法的运用使得机器学习在重构测井曲线中的应用更为合理。(方法)本文通过将Support Vector Regression(SVR),Random Forest(RF)以及eXtreme Gradient Boosting(XGBoost)和传统多元线性回归方法(Linear Regression,简称LR)对比对英国能源局22-30b-11号井声波测井曲线进行模型重构并基于Shapley Additive Explanations(SHAP)算法对XGBoost模型进行解释。(结果)结果表明,XGBoost在测试集上的R2和MSE分别为0.996、6.371优于SVR的0.990、15.755和RF的0.993、9.871,而传统多元线性回归方法则为0.969、48.895,表明XGBoost对声波时差曲线的重构具有更高的准确度和更好的泛化性能。本文创新性的采用SHAP算法对XGBoost黑箱模型进行解释,表明在模型构建选择重要特征时,XGBoost模型采用地层温度数据作为特征明显合理于多元线性回归方案采用的井径测井数据。最后基于SHAP对模型进行单点和全局特征交互解释。(结论)上述结果表明在声波测井曲线重构方面,机器学习算法明显优于传统的多元线性回归方法,并证明了SHAP算法在声波测井曲线重构机器学习模型解释方面的可行性,为后续机器学习在测井解释中的发展提供了新的思路。
干湿循环作用下软硬相间地层滑坡-抗滑桩体系劣化特性FDEM模拟研究
冼树兴, 叶阳, 李长冬, 姚文敏, 张华伟
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230700
摘要:
【目的】三峡库区秭归盆地广泛分布以软硬相间地层为主的易滑地层,在长期的库水浸泡冲刷、降雨等作用下,地层岩土体发生劣化损伤,成为降低滑坡稳定和影响工程安全的重要内因。【方法】以软硬相间地层岩土体为研究对象,采用有限-离散元法(FDEM)对不同干湿循环作用下软硬相间地层中硬岩和软岩的力学参数进行标定,然后通过改进的泰森多边形程序进行网格重划分,实现零厚度黏聚力单元的嵌入功能,提出并建立软硬相间地层滑坡-抗滑桩体系FDEM数值计算模型,最后对不同干湿循环作用下滑坡裂纹的形成过程和抗滑桩的嵌固机理进行研究。【结果】研究结果表明:①滑坡模拟裂纹数量随着干湿循环次数的增加而增多,裂纹宽度也逐渐增大,并与马家沟滑坡现场裂缝进行对比,模拟结果与现场基本一致;②滑坡-抗滑桩体系的模拟裂纹呈现两种演化模式,一是裂纹从桩顶侧岩土体沿着桩身向下扩展,二是裂纹从抗滑桩周围逐渐向滑体内部延伸,与横向裂纹和竖向裂纹连通,最终形成大型的贯通裂纹;③当干湿循环次数增加时,抗滑桩桩身水平位移、弯矩和剪力也随之增加;④抗滑桩嵌固段的软硬相间地层基岩内的裂纹具有局部化发育特征,而且随干湿循环次数的增加,区域内的应力逐渐减小,位移和应变则逐渐增大,相应的裂纹也愈发密集。【结论】本研究成果可为不同干湿循环作用下软硬相间地层滑坡防治提供支撑。
基于Pearson卡方检验算法评价指标优选的波密-墨脱地区泥石流易发性评价
李群, 徐红剑, 杨金, 王林康, 孙靖宜, 章广成
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240091
摘要:
西藏地区地貌单元复杂、地质构造活跃,为该地区泥石流提供了良好的孕育环境,也对人类生命财产构成了极大威胁,开展泥石流易发性评价可为地区防灾减灾明确重点区域。以西藏自治区波密县-墨脱县为研究区域,利用Pearson卡方检验算法优选出高程、坡度、地层岩性、降雨量等12个对泥石流影响较高的因素作为评价指标,以研究区282个泥石流点和非泥石流点为样本数据库,基于ArcGIS平台利用信息量法和机器学习方法建立了4种易发性评价模型,并引入ROC曲线和AUC指标对泥石流易发性精度进行评估。研究表明:(1)考虑不同维度泥石流类型和主控因素不同,采用纬度和气温相融合的归一化系数作泥石流易发性评价指标,在一定程度上消除了低海拔地区泥石流对温度的过度响应。(2)气温、距水系距离、距道路距离、地层岩性、高程是研究区泥石流发生的主控因素;植被覆盖率、地形湿度、坡度等因素也发挥着重要作用。(3)考虑泥石流灾害点和影响因子分级属性关系,对影响因子各分级属性赋分,作为输入特征进行训练,机器学习模型预测效果较好,平均AUC为0.980,整体优于传统的信息量模型。(4)SVM模型的AUC高达0.987,高易发区FR值为41.13且预测面积占比最小,具有在大尺度区域内进行高精度预测的能力。
冻融循环作用下砂岩的动态冲击压缩特性试验研究
孙峤, 孙路平, 王泽成
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240103
摘要:
为研究冻融循环对砂岩微观结构特征和动态力学性能的影响,对冻融0、30、60、90、120次的砂岩进行了核磁共振检测、电镜扫描以及冲击速度分别为3、6、9 m/s的动态冲击压缩试验。结果表明,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。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。基于上述试验,探究了冻融循环作用下砂岩的损伤破坏机制,发现冻胀破坏是造成砂岩冻融损伤的主要原因;随着冻融循环次数的增加,砂岩内部损伤程度加剧,矿物晶体和胶结物质之间的粘结作用减弱,孔隙尺寸扩大且数量增多,甚至出现沿晶裂纹和穿晶裂纹。该研究可为寒冷地区岩石工程提供相关参考。
基于运动学三维模拟的山区公路崩塌灾损评价及治理
张乐, 陈沛, 向波, 张俊云, 何云勇, 叶尚其, 龚臻, 徐鸿彪, 李颖
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240068
摘要:
【目的】考虑斜坡地貌特征的运动学三维模拟是山区公路危岩崩塌灾损评价的重要依据,其计算结果亦可支撑崩塌灾害治理。【方法】基于实地调查和无人机航测,分析了研究区危岩分布、物质组成和灾变特征,并采用RocPro3D软件进行危岩崩塌运动学三维模拟,对灾损情况进行评价,并计算不同粒径危岩和防护设施下的工程治理效果。【结果】结果表明,构造挤压和临空卸荷产生的组合节理切割形成危岩,底部风化凹腔降低危岩稳定性,后缘裂隙静水推力和裂隙渗水是危岩崩塌的典型诱因;危岩崩塌后运动速度和冲击能量先增大后减小,弹跳高度起伏波动且整体趋于降低;研究区危岩带对坡脚管理用房具有重大威胁,清方至危岩直径低于0.8m,并采用5.0m高、防护能级1000 kJ的被动防护网是有效的处置措施;危岩崩塌运动迹线空间分布局部集中位置应适当增强防护。【结论】运动学三维模拟能够获取危岩崩塌运动迹线、速度、能量、弹跳高度和单元密度等信息,突破了二维剖面计算在空间上的局限性,对灾损评价和地质灾害防治具有重要意义。
济南长孝岩溶水系统地下水富集区补给源识别及其成因机制
刘燚, 康凤新, 张文强, 许庆宇, 赵强
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240122
摘要:
【目的】为识别济南长孝岩溶水系统岩溶地下水富集区补给源并揭示其富水机制,【方法】利用水化学方法和自组织神经网络(SOM-KM)耦合法揭示研究区岩溶地下水补给源和空间分布规律,利用端元混合模型定量计算富水区岩溶地下水的补给源贡献比;并结合地形地貌、地质构造、地层岩性及汇水条件探究岩溶地下水富集机制。【结果】结果表明,汇集排泄区岩溶地下水与南部补给区、侧向径流区岩溶地下水和黄河水水化学皆具相似性,水力联系密切,指示汇集排泄区岩溶地下水接受南部山区、侧向径流岩溶地下水和黄河水三源补给,枯水期三者贡献比分别为75.09%、21.02%、3.89%。【结论】汇集排泄区碳酸盐岩分布广泛且裂隙岩溶发育,尤其在马集-孝里-归德一带,加之该地区岩溶地下水补给源丰富,且在岩溶地下水自东南向西北径流过程中,在北部受砂岩泥岩阻水地层的阻滞,地下水汇聚于可溶岩与非可溶岩接触带,形成地层阻滞型岩溶地下水富水构造。【研究意义】通过揭示长孝岩溶水系统岩溶地下水富集机制,可为后续准确计算可采资源量、济南市保泉供水提供科学支撑。
幕阜山岩体西北缘伟晶岩中石榴子石成因及对稀有金属成矿的制约: 成矿和未成矿伟晶岩对比
杨紫文, 李艳军, 周豹
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230563
摘要:
江南造山带中段幕阜山地区已成为我国重要的稀有金属资源基地之一。断峰山伟晶岩型铌钽矿床是幕阜山复式岩体西北缘唯一的大型矿床,其成因及物理化学条件不明确,尤其是对新发现的微斜长石伟晶岩型铌钽矿化研究甚少。本文以断峰山地区成矿与未成矿两种微斜长石伟晶岩脉中石榴子石为研究对象,进行了BSE和CL微观结构观察、电子探针(EPMA)和LA-ICP-MS原位微区主微量元素分析,探讨石榴子石成因及其对微斜长石伟晶岩成矿作用的指示。断峰山地区伟晶岩中石榴子石均属于铁铝榴石-锰铝榴石(Alm48.61-Sps48.21)固溶体系列,成矿伟晶岩脉中石榴子石以铁铝榴石为主(Sps42.56Alm54.63),而未成矿伟晶岩脉中石榴子石以锰铝榴石为主(Sps58.93Alm37.18)。两种石榴子石稀土元素均呈HREE富集、LREE亏损、明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0-0.09)的特征。结果表明,该地区成矿和未成矿伟晶岩中石榴子石均为岩浆成因,可能由同时代不同岩浆演化形成。两者均形成于中高温、中低压力环境。成矿伟晶岩中石榴子石较低的Mn含量(12.07-19.00 wt.%)是由于铌钽矿物结晶的影响,稀有金属成矿与外接触带伟晶岩脉低的过冷程度有关。石榴子石Y/Gd和Y/Dy比值及电气石的出现均证实伟晶岩岩浆富含挥发分,有利于Nb和Ta等稀有金属元素的富集。但未成矿伟晶岩由于内接触带高的过冷程度导致岩相分带不发育。
川南云锦地区茅口组岩溶微地貌识别及储层特征
刘珍
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230576
摘要:
川南地区下二叠统茅口组岩溶储层发育,是川南常规油气勘探关键层系。表生岩溶型储层发育程度直接受控于丰富多变的岩溶微地貌,所形成的岩溶储层横向非均质性强。本文利用三维地震资料,结合地层厚度、梯度结构张量属性和地质体雕刻技术刻画了云锦地区东吴期岩溶微地貌特征,并通过模型正演和振幅属性预测了表生岩溶储层有利区带。研究认为:①云锦地区在东吴期岩溶微地貌差异大,发育一系列岩溶塌陷体,在地震上表现为茅口组顶界地震同相轴“下拉”的特征;②利用梯度结构张量属性结合地质体雕刻技术有效刻画了云锦向斜区岩溶塌陷体,分析了其展布规律,平面上呈孤立、线状或连片3种展布方式;③岩溶塌陷体边缘两侧地震振幅减弱区,岩溶作用强烈,溶蚀孔洞发育,为储层发育有利区带,该研究成果为后续茅口组储层预测工作具有指导意义。
澜沧江某巨型堆积体蓄水失稳诱发涌浪预测研究
胡大儒, 吴述彧, 邓 辉, 李鹏飞, 涂国祥
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230598
摘要:
澜沧江上游拟建RM水电站,其蓄水运行可能导致近坝左岸RS巨型堆积体发生变形失稳,进而诱发滑坡涌浪灾害,威胁枢纽建筑物和下游居民安全。本文结合前期大量地质勘察及物理力学试验资料,采用大型离心机模型试验等方法,进行了RS堆积体蓄水潜在失稳破坏模式研究。在此基础上,建立了RS堆积体至大坝段全河道的三维数值模型,开展了RS堆积体滑坡-涌浪链式灾害动力学灾变全过程数值分析,对滑坡涌浪的首浪高度、对岸爬坡浪高、沿途传播特征、坝前浪高、沿大坝爬升高度等进行了预测分析。结果表明:随着水库蓄水位逐步抬升,RS堆积体最可能发生以2800m蓄水位以上一定范围较大规模的失稳破坏,其后缘拉裂边界为堆积体碎石土层、前缘剪切边界为堆积体的中下部细颗粒层。堆积体失稳破坏后诱发滑坡涌浪,首浪高度在入水点附近达到峰值,约为31.5m,历时约15s。涌浪沿河道向下游传播通过①号河湾前后浪高衰减39.5%,涌浪在约147s时传至大坝处并沿坝坡继续爬升,爬坡浪高约为2.6m,历时180s,首浪及后续小浪均无翻坝风险。首浪受大坝阻挡消能后,随即向上游反向传播形成回涌现象,回涌与后续涌浪撞击形成局部高浪区,至P5监测点处回涌浪高达到最大,约为4.56m,历时219s。涌浪传播过程中,河湾地形及回涌现象可大幅加速涌浪能量衰减,有效降低涌浪冲击与次生灾害风险。
岩质边坡生态修复基材配比及性能研究
苏丹辉, 颜阳, 王永忠, 张济法, 冯海波, 李冉, 谭思祺, 段佳文, 周建伟
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230445
摘要:
【目的】随着我国经济的高速发展,矿产资源开发、道路电力等基础设施的建设产生了大量岩质边坡,对区域生态系统产生了严重影响。由于工艺简单,经济高效的特点,客土喷播技术广泛应用于岩质边坡的生态修复工作。但传统喷播基材粘结性及稳定性较差,导致高陡岩质边坡的修复效果不可持续。因此,亟需开发针对性的生态修复基材。【方法】本研究通过盆栽实验和正交实验,探索了不同配比的基材性质的优劣,包括基材保水性、水平收缩率、容重、植物发芽株数、植物生长高度,并筛选出性能优良的土壤基材。在此研究基础上,通过抗冲刷试验,分析筛选出的土壤基材的抗冲刷性能,并进一步筛选适用于高陡岩质边坡生态修复的最优配比基材。【结果】结果表明,适量的保水剂可提高植物的发芽率与生长高度,而稍高含量的粘结剂(大于0.15%)不仅使植物的生长高度减小,还会降低植物的生长速率;不同配比基材的性能具有明显差异,但各指标几乎都优于空白对照组的自然土壤;经过筛选,P6、P10、P16、P1、P15组基材的植物生长状况、物理结构及保水性良好;随着坡度和降雨强度的升高,基材流失量明显增加,并且P15组基材具有优越的抗冲刷性能。【结论】因此,当边坡坡度较小(60°以下)或者偶发大雨时,基材可直接应用于边坡生态修复;当边坡坡度较大(60°以上)或者频发大到暴雨时,基材应用时应搭配防护网等工程。该研究对于岩质边坡的生态修复具有重要的指导意义。
深水超浅层疏松砂岩含水合物气层的识别与饱和度计算
汤翟, 裴健翔, 赵军, 骆玉虎, 郭璃, 贾将
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240082
摘要:
在海域天然气水合物的勘探过程中,针对含水合物气层电性响应特征异常复杂,导致针对含水合物气层的定性识别与定量评价存在较大的困难。为此,基于南海深水超浅层疏松砂岩含水合物气层测井响应特征,结合孔隙度差值法、中子-密度曲线重叠法、剪切模量法等定性识别方法,识别含水合物气层并利用循环迭代法同时反演纵波速度与电阻率寻找最小联合误差的方法求解含水合物气层的饱和度。计算结果表明,声波和电阻率测井联合反演计算含水合物气层饱和度的方法是可行而可靠的,可同时计算得到水合物饱和度和浅层气饱和度,L区块Z井联合反演计算结果与岩心饱和度吻合度为81.25%,L区块Y井联合反演结果与单独使用水合物或浅层气计算模型计算结果吻合度接近85%,可为现场含水合物气层的识别与饱和度的计算提供借鉴依据。
基于NMR与CMP实验的致密砂岩孔喉结构表征方法
李浩, 樊志强, 谢雨芯, 巩肖可, 郝博斐, 孙龙, 雷小兰, 闫健
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230484
摘要:
致密砂岩储层孔隙结构复杂、纳米孔隙发育,需集成多种技术对孔隙结构进行综合表征,以更好认识储层。在优选6块延长组长71储层代表性岩心基础上,采用场发射扫描电镜(FESEM)、恒速压汞(CMP)和核磁共振(NMR)等方法,研究了岩心样品的孔隙类型及结构特征。采用CMP数据对NMR孔隙分布进行了修正,识别了喉道半径与孔隙半径的分布范围,建立了适用于致密砂岩的孔隙半径分类方法。研究结果表明,目标储层可动水与不可动水孔隙度之比仅为0.14~0.47,渗流能力差。将NMR与CMP数据相结合可精确识别出目标储层喉道半径中值为0.151~0.380μm,孔隙半径中值为4.38~9.76μm。孔隙内赋存水类型分为可动水、束缚水和黏土结合水,对应的饱和度平均值分别为23.35%、14.75%和9.4%。微小孔隙(T2<T2c1)、中孔隙(T2c1<T2<T2c2)和大孔隙(T2c2<T2)的平均孔隙度分别3.12%、3.42%和1.35%。孔喉半径r2c1可作为储层渗流能力划分的评价指标,r2c1的降低会导致微小孔(即吸附孔)孔隙度的降低,以及中孔和大孔(即渗流孔)孔隙度的增加。研究成果为优选致密砂岩优质储层,提高致密油采收率提供了参考和借鉴。
干热岩开发循环试验的研究进展和发展建议
王丹
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230644
摘要:
【目的/意义】干热岩是一种开发前景广阔的地热资源。增强型地热系统是当前干热岩开发的主要方式,需要通过多个工程环节衔接实施,循环试验是其中的重要步骤。循环试验实施过程具有长期性和复杂性的特点,亟需技术突破降本增效。【分析/评论/进展】本文简要总结了国内外较为典型的干热岩开发EGS工程的循环试验经验和探索方向,阐述了多种因素对于循环试验的影响,并结合青海共和场地的实际情况提出了发展建议。可以看出,以往提高循环试验效果主要是通过开发层位及井组调整、长期循环、储层改造以及化学刺激等方法实现的,而当前技术人员主要通过解决准确获取工程参数,以及改进注采井组设计和储层改造工艺进行探索。【结论/展望】循环试验的方案制定需要充分考虑地质因素,且数值模拟、储层刺激、流程设计、工程实施等方面都值得进行深入研究。随着开发技术的日趋成熟,干热岩地热资源将会成为我国能源结构中的重要一环,为经济发展和环境保护发挥重要的作用。
基于XGBoost算法的走滑断裂内部特征带的精细识别
赵军, 汪峻宇, 赖强, 文晓峰, 邬光辉, 焦世祥
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230583
摘要:
受制于走滑断裂内部强烈的非均质性、储集空间多变及流体分布复杂的影响,走滑断裂内部裂缝带、破碎带和溶蚀带这三个特征带之间的测井响应复杂多变,为有效利用成像及常规测井资料识别走滑断裂内部三个特征带造成了困难。分析了走滑断裂内部“三带”测井响应特征,优选敏感测井曲线构建基于均值及方差的特征向量空间集,采用极端梯度提升算法,建立走滑断裂溶蚀带、破碎带和裂缝带“三带”的XGBoost回归预测模型,并通过多分类评价指标对XGBoost模型的关键参数进行调优,提高了走滑断裂内部“三带”的识别精度。利用构建的XGBoost模型对研究区走滑断裂内部“三带”进行了识别,识别正确率达88.89%,表明基于XGBoost算法的走滑断裂内部特征带识别模型能够有效地识别裂缝带、破碎带和溶蚀带“三带”,对走滑断裂内部结构的精细刻画有一定借鉴意义。
基于U-Net神经网络的微地震有效事件自动拾取方法
田佳, 李萌, 罗浩
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230689
摘要:
【目的】有效事件自动拾取是微地震监测的重要环节,拾取的准确性直接影响后续震源定位和震源机制反演的精度与可靠性。【方法】本文构建了10层U-Net神经网络模型框架,将三维有限差分模拟的原始微地震数据与实测储气库微地震原始数据制作为标签图像,将其切割为128*128大小切片并输入U-Net神经网络学习,输出预测后的切片并将其合并,在对预测后的图像进行二值化,最后提取微地震有效事件的P波初至。使得背景噪声与有效信号图像的边缘分割更加精细,提高了微地震有效事件的自动拾取效率与准确性。【结果】定量分析与对比了U-Net方法与STA/LTA法的拾取率、错拾率和拾取误差,测试结果表明,U-Net的拾取效果优于STA/LTA法,而且U-Net也具有较强的抗干扰能力与泛化能力;评价不同标签宽度对初至拾取结果的影响,结果表明依据事件的主周期制作的标签拾取效果最佳。【结论】本文建立的U-Net神经网络初至自动拾取算法是高效、高精度储气库完整性微地震智能监测系统的重要组成部分,对提高我国微地震监测技术水平具有重要意义。
基于多剖面生成露天矿三维边坡最危险滑面
陈应显, 叶永超, 杨红霞, 李佳莹
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230690
摘要:
目前,普遍采用二维剖面进行边坡稳定性分析,该方法能高效且较为准确地评估边坡的稳定性。然而,二维剖面不能描述边坡最危险滑面的三维空间形态和三维滑体。为解决此问题,在二维剖面边坡稳定性分析的基础上,通过将多个剖面与三维边坡模型进行关联,使用样条函数拟合出边坡三维最危险滑面。首先,通过对剖面线和二维剖面图中图元的剖面名称、水平坐标定位及高程定位等的设置,建立二维剖面图与三维边坡空间的关联;其次,分别自动生成各剖面的最危险滑面线,使用坐标转换公式将每个二维剖面的最危险滑面线转换到三维边坡空间;最后,利用样条函数插值对三维空间中的各最危险滑面线进行拟合,构建三维最危险滑移面。以内蒙古锡林浩特某露天矿西南帮边坡为例,建立边坡三维工程地质模型,生成5个边坡稳定性分析二维剖面,通过该方法,成功生成了该边坡的三维最危险滑面及三维滑体。
复杂脉状矿体精细化三维建模方法探讨
李宏达, 吴志春
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20240050
摘要:
[目的]利用三维建模技术模拟地质体的三维形态,能够有效揭示地质体的空间分布特征。与隐式建模方法相比较,显式建模方法在小尺度的地质结构特征上刻画更加精准,然而对于形态复杂脉状矿体等地质体的大比例尺精细化三维建模,还存在建模速度慢、难度大、精度偏低等问题亟待解决。[方法]本文针对部分复杂脉状矿体,综合运用加密约束点、构建矿体劈分线、分段式建模、矿体缝合等技术,系统开展了分枝分岔复合矿体、存在无矿天窗矿体、含夹石矿体、断层切割矿体等四种复杂脉状矿体的显式三维建模方法研究。[结果与结论]实现了复杂脉状矿体的高精度快速三维建模,该建模方法对稀有、贵金属等复杂脉状矿体的精细化三维建模、矿产资源量估算、矿产资源开发利用方案制定等具有重要意义。
基于光谱指数和端元混合模型的滨海地下水溶解性有机质来源示踪
邰晋, 龚绪龙, 梁莹, 马瑞, 姜雪, 马凯歌, 刘晨, 张安广
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230711
摘要:
滨海地下水中溶解性有机质(DOM)长期受到陆源、海洋源等多种有机质混合,定量评估其来源对认识滨海地区碳迁移转化具有重要意义。本研究选取江苏连云港市为研究区,利用同位素示踪和光谱指数识别了地下水DOM来源,并通过光谱指数与端元混合模型(EMMA)定量评估了不同端元对滨海地下水DOM的贡献占比。结果表明,滨海地下水DOM受河水DOM、海水DOM和沉积物可溶性有机质混合影响,三个端元贡献占比分别为44%±22%、33%±10%和22%±13%。研究区北侧地下水受到海水混入和淡水补给共同影响,地下水DOM具有较高海水DOM贡献占比和自生源特征;而研究区南侧地下水咸化严重,高盐度地下水在径流过程中促进了沉积物可溶性有机质释放,地下水DOM具有较高的沉积物可溶性有机质贡献占比和腐殖化特征。本研究为滨海地下水DOM来源的计算提供了评估方法。
基于离散元模型的聚合型滑坡碎屑流聚合角度影响研究
杨锟, 叶永, 谢旋
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230564
摘要:
摘要:【目的】滑坡碎屑流是一种常见的地质灾害,它有着规模宏大、滑动距离远、速度快的特征,而山坡沟谷等地形会影响着滑坡碎屑流的运动轨迹,进而对其进行阻拦、转向、堆积等一系列影响,所以滑坡碎屑流不仅仅只有简单的直线路径,受到地形因素的影响,其运动路径复杂多样。【方法】本文主要基于滑坡碎屑流不同的运动轨迹中的聚合行为,采用EDEM软件,分析对称聚合型滑坡碎屑流在不同聚合角度中的运动冲击和堆积特性。【结果】研究结果表明:(1)聚合角度对于运动速度的影响:聚合角度越大,Vy越小,滑坡碎屑流分离程度更高,滑坡滑动时间更长;(2)聚合角度对于堆积形态的影响:聚合角度越大,滑坡稳定在坡脚处,其堆积区的形态,在滑道一侧的长度增加,而在拦挡结构处的高度减小;(3) 聚合角度对于冲击性能的影响:聚合角度越大,对拦挡结构的冲击力峰值更低且更晚出现峰值;在停止运动形成静态堆积区后的残余冲击力也更低,残余冲击力的值也与冲击力峰值更加接近。【结论】研究成果为滑坡碎屑流复杂路径运动深入研究提供基础作用,为滑坡碎屑流防治结构优化提供理论参考。
致密砂岩碎屑颗粒粒度定量表征及对产能的指示意义
姚梦麟, 陶云贺, 贺洪举, 候克均, 刘海军, 熊宇, 张冲
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230582
摘要:
【目的】粒度分析可以判别地层沉积环境和评价储层渗透性,对碎屑岩油气储层评价十分重要。【方法】以四川盆地天府气田沙溪庙组致密砂岩储层为研究对象,首先分析了碎屑岩颗粒大小和形状对储层渗透性的影响,以此为基础,结合粒度中值、粒度C值、分选系数等参数,提出了一个综合表征粒度的指示参数PI,其次对颗粒粒度比较敏感的测井参数自然伽马、光电吸收截面指数和中子进行主成分分析,降维成一个主成分参数,并建立了粒度指示参数PI与主成分参数的指数关系模型,最后结合测试及测井资料,分析了粒度指示参数PI与储层产能的相关关系。【结果】统计了天府气田沙溪庙组7口井8个测试气层段,并通过上述方法计算出了7口井的粒度指示参数PI值,分析了测试段无阻流量与粒度指示参数PI的响应关系,结果显示:天府气田沙溪庙组测试段无阻流量与粒度指示参数PI的累加值X呈现指数关系,其相关系数R2达到0.85。【结论】研究说明:对于岩性主要以中—细粒砂岩为主,粒级变化大,且储集空间以残余粒间孔为主的储层,粒度指示参数PI一定程度上可以指示该种类型储层的产能大小。
幕阜山岩体北缘鄂南地区构造特征与构造控矿作用
林子晗, 夏元, 张航川, 徐先兵
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230525
摘要:
江南造山带中段幕阜山地区发育规模巨大的早白垩世Li-Be-Cs-Nb-Ta等稀有金属和Pb-Zn-Cu-Au-Sb等有色金属岩浆-热液成矿系统。幕阜山岩体南、北缘的湘东北和鄂南地区具有相同的成矿物质基础,但现有矿产勘探成果差距明显,可能是构造变形差异所致。本文通过构造解析、古应力场反演以及矿床分布特征,探讨了鄂南地区的构造控矿作用。构造解析表明E-W走向江南断裂形成于新元古代,保存了三叠纪由S向N的逆冲作用、晚白垩世断层上盘向SE的正断作用和古近纪E-W走向左行剪切作用;而NE-
胶东大柳行地区中生代花岗岩地球化学、锆石U-Pb年龄、Lu-Hf同位素特征及其构造意义
赵智华, 邵玉宝, 纪旭波, 王江波, 黄兴龙, 王勇军, 王鹏, 戚树发, 崔煜烽, 黄鑫, 路长勇, 宋宇, 李秀章
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230693
摘要:
【目的】为了确定胶东大柳行地区中生代花岗岩岩石类型、成岩时代及其形成构造背景,探讨其与金矿成矿的关系,【方法】本文选取位于胶东栖霞-蓬莱金成矿带北部的中生代燕山期玲珑型花岗岩(齐家沟二长花岗岩)和郭家岭型花岗岩(崮寺店二长花岗岩),开展了地球化学、锆石U-Pb定年及Lu-Hf同位素研究。【结果】结果表明,齐家沟二长花岗岩锆石U-Pb年龄为172.8±1.5 Ma,锆石的εHf(t)值为-27.7 ~ -20.3。崮寺店二长花岗岩锆石U-Pb年龄为127.3±0.8 Ma,锆石的εHf(t)值为-15.7 ~ -13.4,其花岗岩的87Sr/86Sr比值为0.710937 ~ 0.712735,εNd (t)变化范围为-16.8 ~ -11.3。【结论】齐家沟二长花岗岩源区为古老下地壳,主要为华北克拉通下地壳,岩浆源区可能混入了扬子克拉通地壳的成分。崮寺店二长花岗岩是由下地壳镁铁质岩石部分熔融作用形成的,在形成过程中有幔源成分的加入,成岩构造背景为伸展状态,这可能是由于太平洋板块的俯冲后撤导致的。崮寺店二长花岗岩的上述特征与胶东早白垩世金矿成矿特征具有较高的协调性,暗示崮寺店二长花岗岩可能与该区金矿成矿有关。
功能化多壁碳纳米管与L-亮氨酸复配体系中甲烷水合物动力学特征研究
单文昊, 王琳, 吴祥恩, 杨雨奇, 王菊慧子, 蔡玉叶
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230215
摘要:
加快天然气水合物形成,对基于水合物法的天然气储运、气体分离和二氧化碳捕集技术的推动具有重要意义。采用恒温恒容法研究了0.05 wt% 功能化(羟基化、羧基化和氨基化)多壁碳纳米管和1.0 wt% L-亮氨酸复配体系甲烷水合物动力学特征。研究表明,多壁碳纳米管、羧基化和羟基化多壁碳纳米管与L-亮氨酸的复配,可使甲烷水合物诱导成核时间大幅缩短至25、22和13 min左右,促进效果与典型促进剂十二烷基硫酸钠相当,且促进效果优于单一添加剂体系。复配体系甲烷储气密度具有良好表现,可达136~142 mg/g。甲烷平均吸收速率和瞬时吸收速率分析表明,多壁碳纳米管对生长阶段甲烷水合物的生长动力学影响很小。复配体系和L-亮氨酸体系中甲烷水合物的生长具有相似性,均呈现出甲烷气体吸收速率快速增加到最大值,然后迅速下降并完成生长的特点。综合分析表明,多壁碳纳米管和L-亮氨酸的复配对甲烷水合物的成核速率具有协同增强效应,而生长阶段的进程与速率主要受L-亮氨酸影响。该研究为探索不同类型添加剂在强化甲烷水合物生成动力学上的差异化机理提供了新思路。
渭河地堑南北源汇特征及其对沉积体系与储层特征的影响
柏立广, 王维, 刘子玉, 杨香华, 刘志峰
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230531
摘要:
物源性质对于我国近海盆地古近系沉积与储层发育具有重要的控制作用,然而受限于取芯成本与地震资料多解性,相关认识缺少直观证据支撑。渭河地堑为新生代断陷盆地,区域地质研究揭示其南北物源体系差异显著,其构造背景、物源配置与近海盆地具有较强的类比性。本文基于渭河地堑野外露头与系统采样进行锆石U-Pb年代学、铸体薄片、背散射以及X衍射分析,对渭河地堑南北砂体物源体系、沉积及储层特征进行精细解剖。北部花城剖面碎屑锆石具有华北克拉通两个典型古老峰值以及对应加里东与海西运动的年轻峰值,层序底部砾岩砾石类型以碳酸盐岩、钙质碎屑岩以及变质岩为主,具备鲜明的渭北隆起物源特征;南部骊山周缘剖面碎屑锆石以加里东晚期与印支晚期峰值为主,砾石类型以花岗岩与变质岩为主,具备鲜明的南部秦岭物源区特征。渭北隆起碳酸盐岩物源区对应沉积体规模小且富泥,储层中泥质与钙质含量高。南部秦岭造山带对应沉积体展布规模大,多旋回富砂沉积,储层以砂砾岩、净砂岩为主,储层钙质含量低。不同类型物源体系为储层及后续成岩作用提供了物质基础与先决条件。渭河地堑野外露头系统分析可以为我国近海盆地相关研究提供借鉴。
宁夏卫宁北山地区伴生钴矿床地质特征、控矿因素及找矿方向
海连富, 张晓军, 孙永亮, 陶瑞, 柴德亮, 刘安璐, 梅超, 任蕊, 吴亮
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230691
摘要:
卫宁北山地区位于北祁连造山带东段,是宁夏境内钴矿成矿条件最好的地区之一。【目的】为详细了解该地区钴矿形成条件及矿化规律,【方法】本文在详细野外调查基础上,综合前人勘查成果,对卫宁北山地区典型伴生钴矿床地质特征、控矿因素及时空分布规律进行了总结,提出了下一步找矿方向。【结果】研究表明:大铜沟铜钴矿、茶梁子铁钴矿和土窑铁钴矿是该地区目前已发现的3个代表性伴生钴矿床,其中大铜沟共发现铜钴矿体3个,Co品位最高达0.06%,含钴矿物主要为辉砷钴矿、含钴黄铁矿和含钴褐铁矿;茶梁子分布有4条矿带共8个铁钴矿体,Co品位最高达0.03%,含钴矿物主要为含钴褐铁矿;土窑只发现1条铁钴矿体,Co品位最高为0.20%,含钴矿物与茶梁子相似。钴矿受断裂构造控制明显,其中西部主要受东西向断裂及其与北东向断裂联合控制,东部主要受南北向断裂控制。钴矿主要赋存于上石炭统土坡组中,为主要矿源层;岩性控矿主要表现在“硅钙面”和能干性不同的岩性组合界面,控制了矿质沉淀。钴矿化形成时间主要为印支期,Co主要与Cu、Au、Fe和Mn关系密切,且与Cu、Au有关的钴矿主要分布于西部,而与Fe、Mn有关的钴矿分布于东部。多期构造叠加及热液改造可能是造成该地区矿种多样的主要原因。【结论】卫宁北山西部东西向断裂及其与北东向断裂交汇部位、东部南北向石炭系和泥盆系界面断裂、土坡组内“硅钙面”和能干性不同的岩性组合界面是寻找钴矿最有利部位,孔雀石化、褐铁矿化等围岩蚀变是铜钴矿、铁钴矿最重要的找矿标志。
酸性淋滤液对碳酸盐岩的溶蚀损伤试验研究
宗劭康, 褚学伟, 张佳欣, 梁柱, 杨凤竹
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230633
摘要:
强酸性废水对碳酸盐岩有很强的腐蚀性,可以导致碳酸盐岩的物理力学性质发生重大改变。本文通过开展不同流速条件下,不同时长磷石膏酸性淋滤液对灰岩的溶蚀试验研究,分析试验前后灰岩试样的表观特征、质量、孔隙度、单轴抗压强度以及声发射计数等指标的变化规律,探讨了酸性淋滤液对碳酸盐岩的溶蚀损伤和力学损伤,揭示了酸性淋滤液对碳酸盐岩物理力学特性的影响。试验结果表明:岩样的溶蚀率、孔隙度增量与溶蚀时间及淋滤液流速均成正相关关系,力学强度与溶蚀时间及淋滤液流速均成负相关关系。随着溶蚀的进行,岩样表面会附着越来越厚的萤石矿物,使得岩样的溶蚀速率变慢。单轴试样的破坏形式由剪切破坏向张拉破坏逐渐转变。在磷石膏淋滤液溶蚀的酸性环境下,灰岩内部矿物成分被溶解,从而引起宏观力学参数的变化,研究结果可为酸性废水影响条件下岩溶介质稳定性分析、酸性废水处理、尾矿工程安全设计等方面提供理论与试验数据依据。
黔西南下石炭统打屋坝组页岩的天文旋回识别及层序地层划分
王嘉伟, 金思丁, 陈义才, 李露艳
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230546
摘要:
【目的】黔西南下石炭统打屋坝组发育了一套极具勘探潜力的页岩地层,然而,对该套地层层序划分方案不统一,层序发育机制认识不清,一定程度制约了非常规油气勘探的发展。因此,本文针对该套页岩地层开展旋回地层学与层序地层学研究,旨在从天文旋回的角度,实现对页岩“定量”层序地层的划分。【方法】选取黔水地1井(1457-2466 m)为研究对象,以自然伽马测井曲线为替代指标,采用时间序列分析、INPEFA分析和小波分析等方法,开展旋回地层学分析与层序地层学研究。【结果】黔西南下石炭统打屋坝组页岩地层有明显的天文周期信号,经COCO估算出该套地层的最优沉积速率为16.4 cm/ka,匹配的66.42 m沉积厚度代表405 ka长偏心率周期。对黔水地1井GR分段(1457-1932 m和1932-2466 m),再次进行频谱分析和天文检验,估算出上段最优沉积速率为16.5 cm/ka,下段为11.2 cm/ka。分段滤波结果显示,打屋坝组一共记录了19个长偏心率周期;以此建立了打屋坝组的“浮动”天文年代标尺,估算出打屋坝组持续时限约7.86 Ma。通过建立研究层段的沉积噪音模型(DYNOT和ρ1),恢复打屋坝组相对海平面变化曲线。在旋回地层学研究建立时间框架的基础上,根据相对海平面变化曲线的极值,并结合INPEFA分析和小波分析的结果,对黔水地1井进行三级层序界面和最大海泛面的识别。黔水地1井打屋坝组共识别了6个三级层序界面,划分出5个三级层序,并认为三级层序的发育受控于稳定的约1.2 Ma斜率振幅调制周期。【结论】将旋回地层学的研究方法应用于黔西南地区下石炭统打屋坝组页岩地层的层序划分中,探讨不同时间尺度下天文轨道参数与相对海平面变化的关系,实现三级及四级层序地层的划分。旋回地层学为海相页岩万年时间尺度的等时对比提供了可能,为页岩油气勘探中优质烃源岩发育层段预测提供精细的年代框架,为页岩地层的油气勘探提供理论指导。
多源遥感数据融合的高陡边坡危岩体信息提取方法研究
李虹江, 于昕左, 马佳, 董秀军
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230695
摘要:
摘要:【目的】我国山区存在大量的高陡边坡,因其具有隐蔽性及危险性等特点,目前人工调查和单一非接触式测量都难以准确获取高陡边坡上岩体分布位置及特征信息。【方法】本文将机载激光雷达、地面激光雷达及无人机倾斜摄影测量获取的点云数据进行多源数据融合,将每种数据的优势进行互补;随后运用融合后的点云对高陡边坡危岩的规模边界、后缘特征、产状信息及结构面特征参数进行信息提取。【结果】结果表明:本文使用的多源数据融合方法有效互补了多种数据优势,运用融合后点云对高陡边坡危岩进行规模边界、后缘信息及结构面特征参数信息提取,其提取精度满足相关规范要求。【结论】该论文为山区高陡边坡岩体几何参数信息精细化提取提供了一种技术方法。
高压电脉冲-水力压裂耦合过程中岩体缝间扰动规律研究
饶平平, 宁肯, 崔纪飞
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230364
摘要:
为了研究高压电脉冲-水力压裂岩体缝间扰动及裂缝扩展规律,以弹性力学、断裂力学、损伤力学为基础,采用扩展有限元法对高压电脉冲在水压(3 MPa)下的放电过程进行了数值计算,并对岩体裂缝进行了分析。结果表明:在5 kV放电电压下,高压电脉冲-水力压裂较传统水力压裂的最大裂缝宽度提高了35%,且随着放电电压增大,裂缝的最大缝宽和起裂压力均增大,缝间干扰能力增强。此外,岩体中缝间干扰还与主应力差、注入速率、裂缝数量有关。具体而言,在相同的电压下,注入速率越快,裂缝长度越长,应力阴影效果越明显,缝间扰动越强;在注入速率相同的情况下,主应力差越大,裂缝朝最大主应力延伸的方向性越明显,起裂压力和最大缝宽均随着主应力差的增大而减小;多个裂缝分支可以同时扩展并相互交叉,三条裂缝的应力阴影区比两条裂缝的影响范围更广。研究结果旨在为水下高压电脉冲压裂和煤层增透技术的研究提供理论依据和研究方法,并且为实际工程人为控制裂缝奠定一定基础。
深层-超深层致密砂岩储层特征及物性差异成因—以库车坳陷博孜地区巴什基奇克组为例
姜潇俊, 史玲玲, 杨海军, 杜浩, 石万忠, 莫涛, 董国宁
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230567
摘要:
摘要:【目的】库车坳陷博孜地区在8000m以深仍发育优质储层且高产工业气流,但其巴什基奇克组致密砂岩储层物性平面上存在着明显的差异。为明确此类储层发育的特征,降低深层-超深层油气勘探的风险。【方法】基于测录井、铸体薄片、高压压汞及PVT相图等实验分析结果,探讨了致密砂岩储层特征及物性差异成因。【结果】研究结果表明:博孜地区巴什基奇克组储层岩石类型为中-细粒岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩,碳酸盐胶结物含量平面分布差异大;中-细粒砂岩储层原始孔隙度介于32.4~38.1%,颗粒间压实强度相似,以点-线接触为主;南部储层平均孔隙度为8.6%,平均渗透率为3.4mD;中部储层平均孔隙度为6.53%,平均渗透率为0.65mD;北部储层平均孔隙度为4.9%,平均渗透率为0.62mD;南部储集空间以原生粒间孔为主,北部和中部以残余粒间孔和溶蚀孔隙为主;南部较北部和中部储层孔喉结构更好。【结论】博孜地区砂岩储层物性受沉积、成岩和构造作用(裂缝)共同控制,其中碳酸盐胶结是后期储层物性改造的主要因素。超压、烃类流体充注及裂缝发育影响了碳酸盐胶结,进而造成储层物性差异。超压较强,油气充注时间较早及裂缝充填较低导致博孜南部储层物性好于北部与中部。
浅水扇三角洲沉积特征及演化规律:以准噶尔盆地玛东斜坡区百口泉组为例
代超, 康逊, 谭静强, 连丽霞, 李际, 胡瑞璞
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230518
摘要:
【目的】砾岩作为一类特殊的油气储集层,理解其沉积成因及发育规律对于准确预测优质储层的分布至关重要。【方法】基于岩心描述、岩矿鉴定、重矿物与粒度分析等研究,结合测井、录井等资料,明确了玛东斜坡区下三叠统百口泉组砾岩的沉积特征、空间展布规律与沉积物来源,厘清了该组砾岩的沉积机制并构建了其沉积模式。【结果】研究结果表明,玛东斜坡区百口泉组沉积于浅水扇三角洲,扇体发育了扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲3个亚相,包括泥石流、水上辫状河道、洪泛沉积、水下泥石流、水下主干河道、水下分支河道、砂质碎屑流、远砂坝、前扇三角洲泥共9种沉积微相,其中包含了10类岩相。【结论】结合研究区早三叠世由干旱转为湿润的古气候背景,该组砾岩为洪水诱发重力流的沉积产物,具有岩相组合复杂、事件性沉积标志显著、沉积模式受古气候主导、后期湖浪改造明显等特点。在空间上,玛东斜坡区百口泉组砾岩自下而上粒度逐渐变细,体现出湖侵的退覆式沉积序列,同时呈现出泥石流、水下泥石流和水下河道沉积多期叠置的特点。
琼东南盆地中中新统海底扇碎屑岩锆石U—Pb年龄特征及物源分析
闫琢玉, 李百强
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230534
摘要:
【目的】琼东南盆地中中新统海底扇是南海北部天然气勘探的重要目标,但长期以来对该海底扇沉积物的物源并未达成共识,因此,物源分析将对该区天然气勘探有利目标优选具有重要意义。【方法】本文通过钻井取心,开展碎屑锆石U—Pb年龄谱特征研究,并与周缘潜在物源区锆石U—Pb年龄进行对比分析,示踪研究区中中新统海底扇物源。【结果】结果表明,①盆地北部N-1、N-2、N-3、N-4等4口井碎屑锆石U—Pb年龄表现为燕山期(160 Ma、157 Ma、133 Ma、107 Ma、102 Ma、99Ma)、印支期(249 Ma、241 Ma、239 Ma)、加里东期(466 Ma、455 Ma)的年龄峰值特征,且与海南岛碎屑锆石U—Pb年龄特征相似度高,但与红河、越南中部碎屑锆石U—Pb年龄特征相似度低。②盆地南部S-1、S-2、S-3等3口井碎屑锆石U—Pb年龄特征表现为印支期(242 Ma、238 Ma、237 Ma)、加里东期(435 Ma、431 Ma、425 Ma)、海西期(396 Ma、392 Ma)以及燕山期(143 Ma)的年龄峰值特征,且S-2井具有较年轻的喜马拉雅期(21 Ma)单峰年龄特征。【结论】琼东南盆地北部中中新统沉积物源主要来自海南岛,红河及越南中部物源对其影响非常有限,盆地南部中中新统为红河和海南岛双物源供给,且以红河物源为主,自西向东差异明显。
鄂尔多斯盆地临兴地区本溪组铝土岩储层特征 及其发育控制因素
吴见, 杨昊宇, 徐延勇, 蒋庆灵, 袁隐, 伏海蛟, 王小明, 庞智英, 吴鹏
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230657
摘要:
近年来,鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩气勘探取得重大突破,吸引了国内外的广泛关注。同期,临兴地区本溪组铝土岩气也取得一定进展,但对于该区铝土岩储层特征及其发育控制因素认识不清,制约了勘探进程。【目的】为了明确临兴地区本溪组铝土岩的储层特征与控制因素,【方法】本文通过开展全岩XRD衍射、铸体薄片、扫描电镜、高压压汞、氮气吸附、二氧化碳吸附、常规孔渗检测等分析手段,对铝土岩储层的矿物组成、孔隙结构、储层物性等进行精细表征,并结合地震测井等资料对铝土岩储层发育的控制因素进行探讨。【结论】研究表明:临兴地区本溪组铝土岩中含铝矿物主要为硬水铝石,孔隙类型主要为粒内溶孔、粒间溶孔、基质溶孔、晶间孔隙以及微裂隙,偶见有机质孔隙。此外,铝土岩孔隙体积主要由介孔和宏孔提供,孔峰分布范围主要为30-70 nm、80-130 nm以及4-13 μm。再次,铝土岩储层物性条件一般,孔隙度平均为3.28%,渗透率平均为1.398×10-3 μm2,但底部硬水铝石含量较高层段仍具有较好的物性条件。最后,临兴地区铝土岩储层发育受控于古地貌形态、古沉积环境和成岩作用,其中,洼地和沟槽的古地貌形态和封闭—半封闭的间歇沼泽和泻湖沉积环境控制了铝土岩的富集和分布,成岩作用则是在沉积环境基础上控制了铝土岩储层储集空间类型和物性条件。
湖北宜昌产气页岩氧化溶蚀增渗的地球化学影响因素探究
余奇, 刘丹青, 刘方, 张泽星
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230204
摘要:
为探究宜昌地区产气页岩氧化溶蚀增渗的地球化学影响因素,本研究以宜昌地区陡山沱组页岩为研究对象,选取了15wt%H2O2和0.5mol/L Na2S2O8两种氧化剂开展氧化溶蚀实验,实验探究了不同pH、地下水水化学离子及浓度和温度对氧化溶蚀效果的影响,结果表明,氧化溶蚀效果Na2S2O8优于H2O2,H2O2(15 wt%)和Na2S2O8(0.5mol/L)在酸性条件下氧化溶蚀效果均优于碱性条件,碱性环境不利于两种氧化剂的氧化;升温会促进Na2S2O8和H2O2的热分解,分别产生H2SO4和O2,有利于促进页岩的氧化溶蚀。外源钠离子(氯化物)的添加能促进页岩在Na2S2O8和H2O2氧化过程下Ca2+和Mg2+的释放,增强氧化溶蚀效果;而外源Ca2+、SO42-的添加,容易与碳酸盐酸蚀产生的SO42-、Ca2+产生石膏沉淀,从而引起页岩孔隙堵塞,降低页岩渗透性;同时,外源Mg2+易在弱碱性环境下生成硅酸镁沉淀,对页岩的氧化溶蚀产生负面影响。因此,今后在页岩气氧化压裂开采过程中,需要预先调查开采地层的地球化学参数,围绕温度、pH和阴阳离子来选择氧化液和开采方式。
基于采灌均衡模拟的砂岩热储合理采灌井距计算方法
段晓飞, 康凤新, 吴晓华, 王明珠, 杨亚宾, 战静华, 陈京鹏
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230268
摘要:
(目的)为实现地热能可持续开发利用的目标,需要明确不同采灌条件下合理的采灌井间距。为此,以鲁北馆陶组热储为研究对象,(方法)建立了层状热储开发的概念模型及数学模型,采用COMSOL Multiphysics多场耦合模拟软件建立了地热对井采灌井距计算器。通过参数拟合及模拟结果对比,验证了模型的准确性;进而以软件APP编译功能为基础,以普通用户使用为导向,简化相关参数输入,建立了地热采灌井距计算APP。为适应实际生产需求,计算了不同采灌量条件下对应的合理采灌井距。(结果)鲁北地区馆陶组热储采灌量分别为40m3/h、60m3/h、80m3/h和100m3/h时,不发生热突破的合理采灌井距分别为290m、330m、360m和390m。(结论)表明:①在鲁北层状传导型砂岩热储地区,对概念模型进行简化处理后,数值模拟计算结果可靠,可以在该地区建立合理采灌井距计算APP;②水热数值模拟是合理采灌井距计算的有力手段,能够确定开采量、回灌量、回灌温度、采灌井距等地热开发利用工程的关键参数,有利于实现地热资源可持续开发利用。
河南省滑坡灾害易发性制图研究:多种机器学习模型的对比
潘登, 曹文庚, 徐郅杰, 付宇, 张文培, 任宇, 南天
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230338
摘要:
河南省具有复杂的地貌类型,面临着频繁发生滑坡灾害的挑战,因此进行高效准确的滑坡易发性制图对于地方政府和居民具有重要意义。【目的】但是,在滑坡易发性制图研究中,如何选取适合河南省滑坡灾害数据集的机器学习模型提高评价精度的对比研究仍需进一步开展。【方法】以河南省为研究区,收集滑坡数据并编录成滑坡灾害数据库。通过递归特征消除法筛选出对滑坡相对影响最高的11个因子(坡度、高程、平面曲率、剖面曲率、土地覆盖、岩性、土壤类型、降水量、道路密度、河流密度、断裂带密度)整合成空间数据集,训练多层感知机神经网络、随机森林、极端梯度提升和支持向量机模型并使用接收者受试特征曲线下面积(AUC)评估各个模型性能,制作高精度滑坡易发性分区图。【结果】研究结果表明,MLP模型对河南省滑坡灾害数据集适配性最强,AUC达到0.95。相较于SVM、XGBoost和RF模型,MLP模型预测的滑坡灾害高易发区的面积占比最小,能加精确地识别潜在滑坡灾害高风险区域。预测的极高和高易发区主要分布在豫西山地、丘陵地区,地形因素对河南省滑坡灾害发育具有主导作用。【结论】研究成果可为大尺度区域开展高精度滑坡灾害易发性评价提供参考。
基于三轴压缩模拟试验的页岩低阻成因机制探究
高天, 刘睿, 徐璐, 陈增裕, 李佳明, 龙思宇, 廖强, 刘鹏, 李鹏艳
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230533
摘要:
【目的】川南地区五峰-龙马溪组页岩气储层在多个地区出现低电阻异常现象。统计显示,低阻页岩(<10 Ω·m)与构造断裂带在空间分布上存在叠合关系。为揭示页岩电阻率与构造断裂带之间的关联机制,【方法】本文基于薄片鉴定、X-射线衍射分析、激光拉曼光谱分析、全岩沥青反射率测定以及常规物性分析等手段,确定了页岩试样的岩石学特征和地球化学特征;再基于三轴压缩物理模拟试验确定了变形过程中页岩试样电阻率的变化特征,明确了裂缝发育及盐水的侵入对页岩低阻现象的影响。【结果】结果表明:黏土矿物、黄铁矿和高热演化程度有机质相对均一的页岩试样,在饱和不同浓度盐水后,电阻率显著降低,且电阻率降低幅度(95.07% ~ 98.70%)与盐水浓度之间存在正相关关系;饱和盐水的页岩试样受压破裂后电阻率进一步降低,降低幅度介于5.7 Ω·m ~ 25.7 Ω·m(平均值为13.3 Ω·m),且页岩试样饱和盐水后的电阻率与其破裂后的电阻率符合正相关线性关系。【结论】页岩内部裂缝系统的发育后导电流体的侵入,是页岩电阻率降低的主要控制因素。页岩受压破裂后电阻率的降低幅度受到入侵溶液浓度和裂缝发育程度的双重影响。研究成果解释并补充了构造断裂带对页岩电阻率的影响机制,丰富了低阻页岩成因机制理论,对低阻页岩层段的勘探开发具有重要意义。
MICP加固土抗冻融性能试验研究
李俊, 张伟丽, 陈宗武, 李明依
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230462
摘要:
近年来微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)受到学界的广泛关注,在土体加固领域也取得一定进展。微生物加固后土体性能整体得到提升,但是冬冻春融的循环作用,使得土体结构逐渐松散,导致土体强度、抗冲刷性和保水能力均有所降低。目前针对冻融循环对MICP固化土性能影响研究较少。本文采用喷洒法对试样表面进行MICP固化处理,对多组试样给与不同冻融周期作用,并进行无侧限抗压强度测试、冲刷试验和水分蒸发试验,探讨试样水分蒸发速率随冻融周期增加的变化规律,以及冻融对加固土性能的影响。基于土体抵抗冲刷破坏作用机理,结合不同冻融周期下试样的表观松散程度和试验结果,探究冻融循环导致加固土性能下降的原因。试验结果表明:试样无侧限抗压强度(UCS值)从43.83kPa提高到加固后的69.92kPa,经历20次冻融循环,加固试样的UCS值为未加固试样1.48倍,且加固试样冲刷侵蚀量远小于未加固试样的一半。研究表明微生物诱导生成的碳酸钙沉积物能够有效填充土体内部孔隙,粘结松散土颗粒,从而大幅提高土体强度,有效削弱冻融对土体的破坏作用。虽然冻融循环作用周期增加使得土体的加固效果逐渐劣化,但在短期冻融环境下,MICP加固后土体仍具有较高的强度,并能有效抵抗雨水的冲刷侵蚀作用。
基于多源融合建模和热-流耦合模拟的张掖盆地地热资源分布特征及成因机制研究
尹政, 陈庆祥, 何剑波, 王春磊, 骆进
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230590
摘要:
摘要:传统基于已有钻孔数据插值的温压场分析方法不能很好地反映地热资源渗流-传热耦合过程,造成对地热资源的成因机制认识不足。本文首先基于钻孔信息、物探信息、高程数据等多源数据进行相互融合,建立了张掖盆地高精确度三维地质模型。对比传统插值模型可知,多源数据融合建模能提升孔间地层精度50-300m。基于三维地质模型开展了盆地渗流-传热场耦合数值模拟,对比关键点空间插值法,多场耦合分析更合理地揭示研究区储层温压特征。研究区地热水整体由南东向北西渗流,经断层补给储层,渗流过程中被地温场充分地加热,温度场表现为中间高四周低,中心温度可达78℃;水头在盆地中心靠东南处较高,逐渐向盆地北东方向降低。最后,建立了三维地热概念模型,结合构造、水文地质和地热地质条件等综合解释了盆地地热资源的成因机制。较之以往的二维模型,本文三维概念模型和热-流耦合的方法更准确的描述了资源地空间分布特征和更合理地解释了资源成因机制。
基于高斯过程回归的岩体结构面粗糙度系数预测模型
郑可馨, 吴益平, 李江, 苗发盛, 柯超
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230113
摘要:
由于岩体结构面几何形貌的复杂性,单一统计参数法估算结构面粗糙度系数(JRC)精度较低。针对目前JRC难获取的问题,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(95条训练样本、17条验证样本)为例进行分析研究,利用试验所得JRC对比分析预测效果。结果表明:由高斯过程回归构建的JRC预测模型决定系数高达0.972,均方根误差(MSE)为0.517,反映出高斯过程回归方法对于小样本的复杂多参数JRC值预测的适用性,为今后人工智能在JRC指标预测方面实现合理预测提供思路。
粤西北连州盆地构造演化对岩溶作用及岩溶塌陷的控制
樊燏, 黄琨, 段慧毓, 万军伟, 温汉辉, 曲金才, 张龙轩
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230120
摘要:
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(目的)。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(方法)。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(结果)。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(结论)。本研究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。
三峡库区白水河滑坡位移与裂缝分形特征研究
谢媛华, 苗发盛
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230166
摘要:
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。本文选取了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ZG118两监测点,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两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,两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阶段I,即初始变形阶段。
浙江嵊州-新昌地区红层软岩崩解能量耗散研究
黄生根, 何铭健
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230174
摘要:
(目的)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,(方法)基于能量耗散原理,通过分析该地区三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)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三个变化过程,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。(结论)本文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。
克里金与深度学习方法用于地下水位估计的对比研究—以深汕合作区为例
汪泉娟, 孙敬锋, 杨英杰, 张将伟, 王国梁, 马恩泽, 刘进, 赵鑫
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230192
摘要:
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,本文基于239口监测井水位,采用普通克里金、融合地表高程的协同克里金、深度学习方法估计深汕合作区地下水位空间分布,调查三种方法在区域地下水位预测中的应用潜力。结果显示,当训练样本量为76口水位数据时,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。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,三种方法拟合验证数据集的RMSE相差很小,但不同方法之间预测水位的空间分布特征仍存在明显差异。结果表明,当观测数据稀疏时,融合高程信息的协同克里金的预测精度显著高于普通克里金和深度学习方法,而当观测数据密集时,三种方法预测精度接近。
长湖地下水排泄及其携带营养盐通量的季节性变化
吴婧, 甘义群, 杜尧, 孙晓梁, 韩鹏
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230205
摘要:
(目的)为揭示地下水对湖泊水量和营养盐平衡的贡献及季节性变化,(方法)本文以长江中游长湖为研究对象,通过丰、枯水期野外采样,结合电导率(EC)、稳定同位素(2H和18O)、水化学元素(Ca2+、Mg2+)和氡(222Rn)同位素对湖底地下水排泄(Lacustrine Groundwater Discharge,LGD)进行了多手段示踪,并基于222Rn质量平衡模型量化了不同季节的LGD及其携带营养盐通量。(结果和结论)结果显示:丰、枯水期LGD速率分别为64.52 mm/d和14.95 mm/d,丰水期显著大于枯水期;丰、枯水期地下水携带的总氮(TN)输入通量分别为25.68×106 g/d和5.58×106 g/d,总磷(TP)输入通量分别8.14×106 g/d和0.17×106 g/d。丰、枯水期LGD强度的差异导致了地下水携带TN、TP输入的差异,丰水期TP的输入量还受该时期农业活动的影响;丰水期较强的降水和蒸发驱动了更大的LGD强度及其携带TN、TP通量。本研究可为长湖区域水资源管理和水生态保护提供重要理论依据。
莱州湾滨海平原沉积环境对古卤水盐分迁移能力的影响
韩汝杰, 李静, 林晓敏, 黄聪明
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230307
摘要:
海岸带沉积环境是研究地下水演化与运移的基础。为探讨莱州湾南岸沉积环境对咸-淡地下水空间分布及迁移能力的影响,本文钻探采集了2个第四纪典型钻孔(LZ01和LZ02)样品,利用压榨法提取了孔隙水,测定了沉积物的粒度组成和孔隙水Cl-含量。两钻孔均以细粒沉积物为主,平均粒径为5.5φ。根据沉积物岩性和粒度参数特征,得出LZ01与LZ02钻孔分别包含10、9个沉积相态交替,揭露了晚更新世以来的3套海相地层单元。孔隙水以卤(咸)水为主,Cl-剖面形态呈现3个峰值,三个卤水层分别与三套海相地层对应,表明了沉积物中残留海相古卤水,并向相邻沉积物中扩散。沉积物的水动力指数与Cl-垂向变化率呈现明显的分区性,发现中等水动力条件下,孔隙水Cl-扩散迁移能力强;敏感粒径分析表明孔隙水迁移的优势粒径范围为45.61-111.47μm。研究区古海侵事件控制了卤水的分布,而低渗透性及岩性组合对封存古卤水起着重要作用。研究结果可为莱州湾滨海平原卤水成因、地下水咸化及运移研究提供理论依据。
基于测井曲线深程度耦合的页岩岩相智能识别方法研究
刘粤蛟, 赖富强, 徐浩, 王濡岳, 张晓树, 罗彤彤, 杨彬跃
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230361
摘要:
【目的】四川盆地渝西区块五峰组-龙马溪组是国内典型的页岩气储层,其层间强非均质性,导致采集的测井曲线信息存在大量冗余且曲线间耦合关系复杂,岩相测井识别难度高、精度低,亟需技术方法创新。【方法】本文在岩相划分与分析的基础上,联合主成分分析法与随机森林算法构建了一种岩相智能识别方法。【结果】研究结果表明:①利用主成分分析法对测井曲线进行优化,可以使测井曲线深程度耦合,削减测井信息冗余及曲线间复杂耦合关系等因素对岩相识别的影响,得到了更加科学有效的数据信息;②向原始数据添加不改变其岩相的微量变化,可以达到数据增强的效果,在一定程度上解决随机森林算法由于数据集比较小或者不平衡时,模型的泛化能力和稳定性差的问题;③联合主成分分析法与随机森林算法构建的岩相智能识别方法运用识别精准达83%以上,适用性强,准确率高。【结论】该方法不仅在一定程度上克服了研究区岩相识别困难的问题,也极大提高了岩相识别效率,对促进研究区页岩气经济高效具有重要意义。
基于数据驱动的南岭地区花岗岩岩体含矿性判别
花旗, 夏庆霖, 刘奇锋
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230363
摘要:
【目的】花岗岩作为成矿作用的重要参与者,对它的研究有利于了解钨锡成矿作用的地球化学过程和区分岩体的含矿性。【方法】本文收集了南岭地区含钨花岗岩、含钨锡花岗岩和不含矿花岗岩的主量元素和稀土元素数据,共42个岩体466组数据。总结对比了三类岩体的地球化学特征,从数据驱动和机器学习的角度区分了三类岩体的含矿性和岩石地球化学特征之间的关联,运用受限玻尔兹曼机来训练自编码神经网络以消除主量元素和稀土元素之间量级的差别,并且提取中间特征,再将中间特征输入随机森林和多层BP神经网络,建立AE-RF和AE-BP岩体含矿性分类模型。通过随机森岭输出了分类特征重要性。【结果】结果表明,含钨花岗岩的演化程度最高,含钨锡花岗岩次之,不含矿花岗岩最低。两种模型在测试集上都有很高的正确率(>90%),并且在盲测试集上AE-BP模型的实际运用效果更好。随机选择了6组岩体作为盲测试集,二十一个岩体中有13个岩体正确率大于80%,有两个岩体正确率大于70%小于80%,有两个岩体正确率大于50%小于70%。还有四个岩体正确率小于50%。铁锰磷钙镁等主量元素和轻重稀土元素是区分三类岩体的重要特征。【结论】机器学习能够很好地反映出三类花岗岩的含矿性,地球化学特征的相似性会导致模型错误分类,陂头岩体有一定的成矿潜力。铁锰磷钙镁等主量元素决定了岩体能否含矿,而轻稀土是区分含钨岩体和含钨锡岩体的重要指标,认为岩浆的分异演化程度决定了岩体能否含矿,而幔源物质的加入是区别岩体含钨还是含钨锡的特征。
一种规模序列法中对油气藏规模变化系数(k)改进的取值技术及应用实例
于京都, 陈双玲, 郑民, 吴晓智, 王小娟, 王建
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230371
摘要:
规模序列法基于Pareto定律,有效获取油气藏规模变化系数(k)的取值长期以来是该方法应用中的关键及难点,并制约了该方法的应用成效。通过求取已发现油气资源规模比,利用已发现油气资源可能具有的规模序列号,构建了一种对k的优化取值技术,主要包括:以资源规模序列号与k为坐标轴建立坐标系,根据已发现油气资源规模比做数据交汇,当不同规模比下的交汇数据点近似位于垂直于k轴的直线上时,该直线与k轴的交点即为k的一个解;并进一步提出了在获取k及规模序列解集后,对解集进行优选定解的原则,以满足油气资源评价需求。对已发表文献中经典数据的分析表明,通过应用该技术可有效获取油气藏规模变化系数(k)的取值;并进一步构建了对川中金秋气区盐亭区块侏罗系沙溪庙组6号砂组天然气资源的应用实例,表明预测与实际拟合结果较好,评价结果符合当前盆地天然气勘探认识。该技术对地质经验依赖程度低、不需要设定分析步长、无复杂的行列式-矩阵运算环节,有效降底了在k取值过程中的主观性和计算强度,并实现了程序化,提高了分析时效性,可为规模序列法的深入应用提供帮助。
基于不同地质环境分区的重庆市滑坡降雨阈值模型研究
谢洋义, 殷坤龙, 杜娟, 刘书豪, 邬礼扬, 刘谢攀
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230375
摘要:
(目的)考虑区域历史滑坡的降雨特征与地质环境,构建合理的降雨阈值模型,对区域滑坡灾害的预测预报十分重要。(方法)本文以重庆市2013-2021年的1368个降雨型滑坡为研究对象,基于详细的滑坡编录数据和区域地质环境资料,划分降雨事件,构建滑坡样本库。利用随机森林(RF)算法,建立了当日激发降雨量-前期有效降雨量(Rd-Rp)降雨阈值模型,基于概率分级划分了不同预警等级。以中等预警概率按孕灾环境、工程岩组、土地利用和土壤类型四种地质环境分别构建了19个临界降雨阈值判据。(结果)结果表明:Rd-Rp阈值模型能够很好的反映当日激发降雨和前期有效降雨对滑坡发育的影响,且前期有效降雨量在滑坡诱发中占主导作用。不同的地质环境类型对降雨因子的敏感性不同,地质构造、岩土体工程性质、植被覆盖以及土壤性质等对滑坡发育有重要影响。以坚硬岩为主的岩组阈值高于以软弱岩为主的岩组,林地的阈值大于耕地,受人类工程活动破坏严重的区域阈值会降低。(结论)本文利用随机森林方法为重庆市不同地质环境分区建立了降雨阈值判据,本研究可为重庆市降雨型滑坡的气象预警管理方面提供新的思路与借鉴依据。
基于鸟粪石沉淀法的富磷地下水磷回收的可行性与影响因素研究
陈惟希, 杜尧, 谢先军, 邓娅敏
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230379
摘要:
摘要:磷供应短缺和水体磷污染已成为严重的全球性危机。鸟粪石沉淀法是最为经济有效的磷回收方法,目前已广泛应用于污水中磷的资源化。地质成因富磷地下水近年来在世界范围内被广泛发现,但目前尚未有基于鸟粪石法开展富磷地下水中磷回收的报道。本研究探讨了在富磷、富钙、富铁、富黄腐酸(FA)地下水中以鸟粪石法回收磷的可行性与影响因素。采用X射线衍射、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱对人工合成地下水和天然地下水开展了研究。结果表明,高浓度的钙能显著抑制鸟粪石的形成;铁和黄腐酸对鸟粪石形成的影响相对较弱;这些因子的共存会进一步抑制鸟粪石的形成。值得注意的是,三个因子共存条件下得到的鸟粪石沉淀与实际地下水中得到的沉淀最为相似,说明三个因子的共存决定了鸟粪石能否在地下水中有效沉淀。本研究识别了鸟粪石沉淀法回收地下水中磷的影响因素与机制,研究结果将有助于制定富磷地下水中磷的回收策略。
基于改进YOLOv7的露头区岩石裂缝检测识别研究
王婷婷, 王洪涛, 黄志贤, 杨明昊, 赵万春, 郑雄杰
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230425
摘要:
【目的】野外露头区岩石裂缝的检测对于裂缝性油气藏的地质勘测具有重要意义,但传统的图像处理算法对岩石裂缝检测效果欠佳,经典的深度学习模型网络复杂度较大、收敛与检测速度较慢且对复杂地质背景的岩石裂缝检测精度较低,因此本文提出一种改进的露头区岩石裂缝检测算法YOLOv7-PCN。【方法】首先,融入PConv(Partial Convolution)卷积模块替换主干网络的部分标准卷积,降低网络计算量提高网络检测速度;其次引入CA(Coordinate Attention)注意力机制模块,增强对裂缝关键位置特征的提取能力;最后边界框回归损失函数使用NWD(Normalized Wasserstein Distance)度量方式,优化了网络的训练收敛速度,提高了复杂环境下的分辨率较低小目标裂缝的定位检测精度。同时在数据处理方面结合数据增强方法构建露头区岩石裂缝数据集,提高网络模型的泛化能力。【结果】实验结果表明,该算法在4种岩石类别的裂缝检测上的平均精度均值达到82.5%,相比于原YOLOv7算法,提升了7.7%,同时模型参数量减少了29.6%,模型计算量节省了31.2%,模型检测速度提升了39.2%,证明了所改进算法模型的有效性。【结论】本文所提出的改进YOLOv7的岩石裂缝检测算法,综合了传统卷积神经网络模型和目前深度学习目标检测模型的优点,在拥有较少的参数量及计算量的轻量化的同时使得复杂环境下的裂缝检测结果更加准确,满足岩石裂缝检测任务的准确性和实时性要求。
迁移学习及其在固体地球科学中的应用
左仁广
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230429
摘要:
随着地球科学进入大数据时代,机器学习成为可发现和描述数据复杂结构与模式的新兴工具,被迅速应用于固体地球科学领域。作为机器学习的一个重要子领域,深度学习通过构建多级隐含层的方式,层层递进地学习海量数据,可达到提高分类或预测效果等目的。然而机器学习模型往往需要海量数据作为支撑,从而限制了其在固体地球科学领域的广泛应用。迁移学习是针对在训练样本不足情况下的一种机器学习方法,旨在通过利用预先学习类似任务的知识来提高新任务的性能,其利用从源域学习到的知识并将其迁移到目标域,在一定程度上可以克服训练数据不足的问题。本文简要综述了迁移学习的基本概念和类别,通过分析迁移学习在固体地球科学中的典型案例,讨论了现有迁移学习方法在固体地球科学领域中面临的挑战。当前,深度迁移学习方法已经在岩石矿物自动识别与分类、地球化学异常识别等方面表现出了较大潜力,其具备提高模型泛化性能、避免过拟合的能力,在固体地球科学领域具有广阔的应用前景。
基于MIC的非吻合裂隙等效水力开度的表征模型研究
朱悦, 梁烨, 孙自豪, 王亮清, 范斌强, 姚浔万
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230443
摘要:
等效水力开度可以定量表征粗糙裂隙在达西流态下的导流能力,等效水力开度的精准预测对很多实际应用工程具有重要的意义。【目的】粗糙裂隙的等效水力开度受控于复杂的壁面形貌和开度分布等几何特征,本文综合考虑裂隙几何信息,通过最大互信息系数(MIC)的方法确定了等效水力开度的主控因子,并基于主控因子建立了粗糙裂隙等效水力开度的表征模型。【方法】首先,基于Barton 10条标准曲线构造了900组非吻合粗糙裂隙,通过壁面几何信息得到13个几何参数并采用直接数值模拟获取了所有裂隙的等效水力开度试验值,然后,采用最大互信息系数方法分析了等效水力开度与13个几何参数之间的相关性,【结果】共确定了4个主控因子,并基于主控因子建立了粗糙裂隙等效水力开度的表征模型。【结论】基于900个粗糙裂隙数据,选取已有的两个等效水力开度表征模型进行对比分析,分析结果显示本文提出的水力开度预测模型具有更好的表征性能。最后,研究了尺寸效应对建立等效水力开度表征模型的影响,并讨论了将本文的研究推广至三维裂隙的方法。
基于分子动力学模拟的CO2/N2置换页岩油机理研究
陈汉钊, 吴正彬, 蒋恕, 陈掌星
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230456
摘要:
摘要:【目的】利用分子动力学模拟来研究致密油的赋存状态以及CO2置换致密油的机理。【方法】采用蒙特卡洛法和分子动力学模拟算法,建立不同分子量烷烃在岩石壁面的赋存状态模型,研究烷烃分子在不同岩石壁面的赋存特征,分析CO2和N2置换致密油的微观机理。模拟温度和压力条件选取四川盆地致密储层的温度和压力条件(343.13k、20MPa)。【结果】测得石英壁面和方解石壁面中,C7在CO2中的扩散系数分别为1.88×10-5和1.83×10-5,在N2中分别为6.4×10-6和9.01×10-6。【结论】结果表明CO2置换致密油的效果明显好于N2。随着相对分子量的增加,烷烃分子从岩石壁面置换的难度增大,方解石壁面对烷烃分子的吸附作用要强于石英壁面。根据本文模拟结果总结CO2置换机理大致分为四个阶段:分子扩散阶段、竞争吸附阶段、乳化溶解阶段以及混相阶段(低分子量烷烃)。
基于皮尔逊Ⅲ型曲线的不同降雨工况下的崩滑地质灾害危险性评价
王灿星, 朱杰勇, 刘家恺
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230472
摘要:
摘 要:【目的】降雨是诱发滑坡崩塌等地质灾害的重要因素之一,极大的威胁着群众的生命财产安全,为有依据的采取防治措施以及避险搬迁。【方法】本文以叶枝镇为研究区,选取高程、土地利用类型、坡度、坡向、地貌类型、工程地质岩组、土地利用类型、河流距离、断层距离、曲率等9个评价因子,以栅格单元作为评价单元,采用随机森林算法和加权信息量法对评价因子进行权重分析,作出易发性评价,并再此基础上选择降雨量作为危险性评价因子,通过计算和皮尔逊Ⅲ型曲线预测研究区十年一遇、二十年一遇、五十年一遇、百年一遇的降雨量,得出4种不同的降雨工况,作出危险性评价。【结果】由统计所得,将易发性评价结果按照自然间断点法分成低、中、高、极高易发区4个等级,分别占据研究区面积32.8%、34.02%、21.96%、11.22%,用ROC曲线对其作精度验证,AUC值为89.2%;4种降雨工况条件下的地质灾害危险性评价结果,分别分出低、中、高、极高危险区4种等级,并对评价结果进行对比分析。【结论】通过与实际调查情况对比,本文得出的崩滑地质灾害危险性评价结果与实际情况较为吻合,能够为防灾减灾、避险搬迁提供合理依据。
柴达木盆地西部干柴沟区块古近系页岩油储层特征及勘探潜力
黄建红, 蒋威, 王濡岳, 蔡鑫勇, 罗龙, 吴松涛, 伍坤宇, 张庆辉, 谭武林, 谭先锋
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230493
摘要:
【目的】柴达木盆地西部干柴沟区块C902井在古近系页岩获得高产油气流,实现了柴达木盆地古近系页岩油重大勘探突破。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页岩油高效开发。【方法】基于C902井及其它探井的勘探成果,利用页岩层系岩性、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页岩油的勘探潜力。【结果】研究结果表明:页岩层系混积特征明显,储层岩相类型包括纹层状灰云岩、层状灰云岩、纹层状云灰岩、层状云灰岩、纹层状粘土质页岩和层状泥岩,脆性矿物含量高、可压性较好;页岩油储集空间以晶间孔、溶蚀孔、纹层缝及微裂缝为主,晶间孔和纹层缝占比达85%,孔隙度和渗透率平均值分别为5.1%和0.24 mD,属于低孔-特低渗储层;TOC值平均值高于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。结合Ro特征,古近系页岩油正处于生油高峰期。【结论】下干柴沟组上段Ⅳ~Ⅵ油层组发育广泛,具有烃源岩品质好、孔缝发育和源储一体等特征,有利于页岩油生成后就近保存;其次,上覆盐岩层同样广泛发育,密封性好,已形成地层超压,有利于压裂改造后提高油气采收率。以上认识对干柴沟区块页岩油的高效开发具有重要理论指导意义。
北山地区石炭纪海相火山岩中基鲁纳型铁矿床的厘定及对区域成矿的指示:以内蒙古碧玉山铁矿床为例
胡浩, 殷勇, 徐磊
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230559
摘要:
北山地区发育有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,发现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它矿床明显不同,而与典型的基鲁纳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。
基于升降轨InSAR数据的高山峡谷区滑坡易发性评价研究
张伟, 陈宏, 纪成亮, 杨庆义, 席文勇, 孙旭, 张勇, 于天文, 倪冰冰, 徐智慧, 李德营
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230560
摘要:
【目的】近年来,反应地表变形因子的InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar)数据被逐渐被引入到滑坡易发性评价中。然而这些研究未考虑SAR影像差异。特别是在高山峡谷区InSAR升、降轨成像效果差别大,对地表变形的反应存在较大误差。为了在滑坡易发性评价中更准确地使用InSAR数据,【方法】本文选择象鼻岭水电站库区作为研究区,经过指标因子相关性分析后,选择了和高山峡谷区滑坡发生相关的11个孕灾因子与升轨、降轨InSAR变形数据组合进行进行滑坡易发性评价。【结果】比较是否使用变形数据和使用不同变形数据之间的结果发现,在易发性评价中补充采样点较稀疏的升轨数据反而会降低易发性评价精度,补充采样点较多的降轨数据能一定程度上提高2.7%的易发性精度(AUC=0.9248)。【结论】因此,InSAR变形数据作为因子引入滑坡易发性评价中会影响评价结果,在高山峡谷区选用合适的InSAR变形数据可提高易发性评价精度。
“9.5”泸定地震人口密集区域地震诱发滑坡空间分布规律研究
宋静园, 刘洋, 董秀军, 袁阳杰
, doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230619
摘要:
2022年9月5日,四川甘孜泸定县发生Ms6.8级地震,造成了重大的人员伤亡及经济财产损失。由于此次地震灾区多为高山峡谷地貌且植被茂密,导致人工地面排查地质灾害困难,同时基于光学影像对高植被覆盖下的震裂滑坡边界难以准确识别。因此为深入了解本次地震诱发滑坡的空间分布特征,本文首先基于获取得到的震后0.2m分辨率光学影像(DOM)进行同震滑坡目视解译,然后利用0.5m分辨率的数字高程模型(DEM)对植被层下的同震滑坡边界进行修正,同时补充解译植被层下“裂而未动”的潜在地震滑坡,再结合野外调查,最终得到此次地震诱发滑坡9248处,累计滑坡总面积约45.57km2。在此基础上分析了地形地貌、地质构造、地震因子等地质背景与地震诱发滑坡分布的关系,旨在为灾区地质灾害隐患排查、灾情评估、灾后安置选址提供重要依据,同时为灾后重建、地质灾害防治等提供重要基础和保证。