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期刊信息

吉林大学学报(地球科学版)
ISSN 1671-5888
CN 22-1343/P
主 任:邱殿明
编 辑:蒋 函 王晓丽
    刘 莉 刘宇轩
电 话:0431-88502374
    13756165364
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2023年, 第53卷, 第6期 刊出日期:2023-11-26
上一期   
地质与资源
盆地火山岩相分类和模式
唐华风, 边伟华, 王璞珺, 高有峰, 黄玉龙, 张艳, 户景松
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1651-1671.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230256
摘要 ( 1592 )   [HTML] ( ) PDF(19422KB) ( 118 )  
盆地火山岩相模式是储层分布规律和识别的重要基础,目前遇到了地层单位不一致、钻井揭示不系统和盆地间存在差异大的问题。基于此,需要建立一套系统的基本地层单位的相模式。本文总结了相、岩相、火山岩相的相关定义,梳理了针对地质填图、矿产普查、现代火山和盆地火山岩研究的火山岩相分类方案的特点。本文认为利用出露好的现代火山研究成果指导盆地火山岩相研究是首选的研究方式。针地火山地层堆积单元,突出岩石组构和几何外形要素,厘定了5相15亚相44微相的火山岩相划分方案。相和亚相分别是爆发相的热碎屑流、(热)基浪、火山碎屑裙和火山碎屑筒亚相,喷溢相的水上熔岩流、水下熔岩流和水上喷发水下就位熔岩流亚相,侵出相的水上熔岩穹丘、水下熔岩穹丘和早期水下晚期水上熔岩穹丘亚相,火山-沉积相的火山泥石流和崩塌堆积亚相,次火山岩相的岩脉、岩盖和岩盆/岩席亚相,进一步指出了各微相的特征岩石结构构造。不同化学成分的熔岩可以形成相同的亚相或微相,如流纹岩和玄武岩均可以形成喷溢相水上熔岩流亚相复合熔岩流微相,流纹岩、英安岩、安山岩和玄武岩均可形成侵出相水上熔岩穹丘亚相。从储层来看,复合熔岩流微相好于水上熔岩穹丘亚相的各类微相,所以本文的分类方案可以建立起亚相或微相与储层的细划对应性关系。相关认识可用于盆地火山岩相对比和储层预测。
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准噶尔盆地阜康凹陷深层侏罗系砂岩储层差异性成岩演化与烃类充注
张增宝
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1672-1688.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230043
摘要 ( 1535 )   [HTML] ( ) PDF(14315KB) ( 44 )  
储层有效性及成因机理是制约目前深层油气勘探的关键地质问题。本文以准噶尔盆地腹部阜康凹陷下侏罗统三工河组砂岩为研究对象,利用岩石薄片、SEM(扫描电子显微镜)、稳定碳和氧同位素、流体包裹体等研究手段,分析储层成岩演化与烃类充注的动态关系,对深层储层有效性及形成过程进行研究。研究发现:三工河组储层主要由富塑性岩屑极细—细砂岩和相对富刚性颗粒中—粗砂岩2类岩石组成,它们在储层砂岩段内相互成层出现,在成岩演化和油气充注方面表现出很大的差异性。在储层深埋成岩过程中,富塑性岩屑极细—细砂岩以泥质塑性岩屑强烈机械压实和新生变形作用为特征,在第一期石油充注之前已变为致密储层,同期和后期烃类均不能充注。相比之下,刚性颗粒体积分数相对较高的中—粗砂岩中机械压实作用较弱,自生矿物类型多样,溶蚀作用亦较为普遍;这类砂岩至少经历了2期石油充注事件,成岩作用与烃类充注交替发生。富塑性岩屑极细—细砂岩构成储层内的隔夹层,可能引起油气运移的不均一性。
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新疆油页岩升温过程中孔隙结构演化特征
张文, 蓝升, 马文良, 王佳
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1689-1705.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230033
摘要 ( 1585 )   [HTML] ( ) PDF(13517KB) ( 45 )  
孔隙结构是油页岩描述的重要特征,直接影响页岩油气的储存和运移。因此,研究孔隙结构演化对指导油页岩原位开采具有重要意义。本文以新疆巴里坤油页岩为研究对象,利用热重(TG)、低温氮气吸附(LTNA)与压汞(MIP)等试验,结合LTNA-MIP联合精确表征方法,揭示巴里坤油页岩热解失质量规律及升温过程中孔隙发育特征,并对孔隙结构演化过程和机理进行研究。结果表明:新疆油页岩热重可分为低温缓慢失质量阶段(20~360 ℃)、中温快速失质量阶段(360~500 ℃)和高温缓慢失质量阶段(500~600 ℃),由于该油页岩具有低挥发分、高含油率、高灰分的特点,中、高温阶段是主要的失质量阶段;巴里坤油页岩内部孔隙类型复杂,升温过程中,微、小孔由狭缝形演变为导管状,中、大孔始终以墨水瓶状为主。墨水瓶状孔隙在300~400 ℃和500~600 ℃这2个温度区间集中发育,有效孔隙则在400~500 ℃大量发育。低温段以原生大孔为主,在自由水蒸汽压、矿物热膨胀和沥青质软化共同影响下,孔隙结构变化较小;中温段有机质集中热解,产生扩孔效应,单位孔隙体积大幅增加,孔隙类型以中孔为主;高温段黏土矿物失水、石英相变产生膨胀压力,大孔、中孔进一步扩展。
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吉黑东部矽卡岩型钨矿床白钨矿原位微量元素特征及其指示意义
任云生, 李京谋, 郝宇杰, 徐文坦
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1706-1721.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230232
摘要 ( 1706 )   [HTML] ( ) PDF(22909KB) ( 57 )  
矽卡岩型白钨矿矿床是吉黑东部重要的钨矿类型,以黑龙江省逊克县翠宏山钨多金属矿床和吉林省汪清县白石砬子钨矿床为典型代表。为确定区内矽卡岩型钨矿床中的成矿流体特征及成矿机制,选取2个代表性矿床中的白钨矿单矿物进行了原位微区微量元素分析。结果表明:翠宏山钨多金属矿床中的白钨矿具有左倾型的稀土元素配分模式和弱的正Eu异常,形成于富Na、Nb的流体环境中,白钨矿中REE3+通过2Ca2+=REE3++Na+和Ca2++W6+=REE3++Nb5+机制替换Ca2+;白石砬子钨矿床中的白钨矿具有右倾型的稀土元素配分模式和正Eu异常,形成于贫Na、Nb的流体环境中,白钨矿中REE3+通过3Ca2+=2REE3++□Ca(□是Ca的空位)机制替换Ca2+。两矿床中白钨矿EuN与Eu*N之间明显的相关关系及较高的Mo质量分数表明,吉黑东部矽卡岩型钨矿床中白钨矿的成矿流体均为氧化性流体。在协变关系图解中,翠宏山和白石砬子矿床中的白钨矿与各自成矿岩体在Y和Ho质量分数之间的良好相关性、Y/Ho和La/Ho值协变关系中的明显差异性,揭示2个矿床的初始成矿流体来源于岩浆,在流体演化过程中发生了水岩反应和流体混合作用;2个矿床中白钨矿Eu异常均高于其各自成矿岩体的Eu异常,进一步指示流体演化过程中发生了水岩反应。岩浆热液上升运移过程中的流体混合作用和水岩反应是吉黑东部矽卡岩型钨矿床白钨矿沉淀富集的主要机制。
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西藏班公湖蛇绿混杂岩中硅质岩的地质地球化学特征及其形成构造环境
刘德民, 陈梁, 张莉, 陆婉玲, 刘菲, 祁焱雅, 姜淮, 赵悦, 张小波, 茹江涛
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1722-1733.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230165
摘要 ( 1665 )   [HTML] ( ) PDF(29134KB) ( 42 )  
蛇绿混杂岩是研究洋陆转换、板块构造向板内构造转换过程的关键证据。本文以西藏班公湖蛇绿混杂岩中的硅质岩为研究对象,通过岩石学以及主量、稀土元素地球化学特征研究,分析了硅质岩成因和沉积环境。研究区硅质岩呈夹层产出在沙木罗组或断片产出在玄武岩中,具有隐晶质结构、生物碎屑结构和块状构造,含有晚侏罗世—早白垩世放射虫。硅质岩w(SiO2)为73.80%~90.44%,w (Al2O3)为3.67%~12.33%;MnO/TiO2,Fe2O3/SiO2,Fe2O3/TiO2和Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)分别为0.14~0.91,31.44~141.88,1.83~11.80和0.66~0.96;稀土元素北美页岩标准化后显示平坦型稀土配分模式,δCe值为0.77~2.03,Ce整体呈负异常特征,δEu值为0.99~2.11,Eu整体呈弱的正异常特征;(La/Yb)N,(La/Ce)N,(La/Lu)N,(La/Sm)N,(Ce/Yb)N和(Gd/Lu)N值分别为0.43~1.12,0.51~1.27,0.44~1.26,0.59~1.12,0.41~2.01和0.82~1.16。硅质岩的地球化学特征指示,班公湖蛇绿混杂岩中伴生的硅质岩为生物成因,形成明显受陆源物质的影响,其形成环境并非典型的大陆边缘环境,而是一个与大陆边缘有一定距离的大洋盆地到大陆边缘构造环境。
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内蒙古固阳地区角闪石等矿物分离结晶形成的新太古代TTG片麻岩:来自元素地球化学和热力学模拟的证据
佟鑫, 施建荣, 王惠初, 张家辉, 任云伟
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1734-1759.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230205
摘要 ( 1739 )   [HTML] ( ) PDF(62357KB) ( 62 )  
内蒙古固阳地区存在大量的新太古代末期(石英)闪长质-英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质(DTTG)片麻岩组合。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年得到了石英闪长质片麻岩和英云闪长质片麻岩的结晶年龄分别为(2 504±11)和(2 514±7)Ma,在石英闪长质片麻岩中同时得到了约2.6 Ga的继承锆石年龄。这些石英闪长质(D)片麻岩具有相对较低的w(SiO2)(62.08%~62.62%)和Sr/Y值(23.3~39.8),w(MgO)(2.08%~3.06%)和w(TFe2O3)(5.43%~6.01%)相对较高,不具有或具有弱的Eu负异常(Eu/Eu*为0.91~0.98),轻、重稀土元素分异相对不明显((La/Yb)N为7.59~21.60),显示岛弧钙碱性岩石的地球化学特征。结合其锆石Hf同位素组成,本文认为其形成于相对低压较浅层次古老下地壳的部分熔融,同时有幔源熔体的加入。固阳新太古代末期英云闪长质-奥长花岗质(TT)片麻岩则显示较高的w(SiO2)(67.95%~77.01%)和Sr/Y值(120.00~941.00),相对低的w(MgO)(0.14%~1.29%)和w(TFe2O3)(0.63%~2.66%),具有显著的Eu正异常(Eu/Eu*为1.48~8.73),轻、重稀土元素分异明显((La/Yb)N为29.70~140.00)。TTG岩石一般被认为是来自水化变质玄武岩的部分熔融。而固阳新太古代末期(石英)闪长质-英云闪长质-奥长花岗质(DTT)片麻岩的地球化学特征则指示了角闪石分离结晶过程。固阳堆晶角闪石岩和奥长花岗质片麻岩的混合模拟可很好地复现出固阳地区石英闪长质片麻岩的地球化学组成。热力学模拟和微量元素的定量模拟则揭示了固阳新太古代末期英云闪长质-奥长花岗质岩石是在含水且相对低压条件下,闪长质岩浆经过多阶段分离结晶后形成,主要分离结晶矿物相为角闪石,同时伴有少量斜长石和榍石的分离结晶;其高的全岩Sr/Y、Eu/Eu*值并不是指示其具有相对高压源区的充分条件。
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地质工程与环境工程
回顾、探索与开创:第十届天然气水合物国际会议评述
郭威, 张鹏宇, 钟秀平, 王晓初, 贾瑞, 陈晨, 王元
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1760-1772.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230216
摘要 ( 1524 )   [HTML] ( ) PDF(2679KB) ( 94 )  
第十届天然气水合物国际会议(ICGH10)于2023年7月9—14日在新加坡召开,参会人数700余人,由新加坡国立大学主办。ICGH10共收到摘要538份,分为292份口头报告和246份墙报展示。ICGH10总结了近6年来水合物相关领域的研究进展,本文主要就能源勘探与开发、流动保障、水合物应用技术3个方面重点评述:作为一种清洁低碳能源,天然气水合物在基础理论和试采工程方面取得了许多突破性进展,但距商业化开发利用仍具有一定距离;为实现油气管道的高效输送,与水合物堵塞有关的流动保障技术受到广泛研究,研发了许多环境友好型的水合物动力学和热力学抑制剂;水合物应用技术在碳封存、水处理和气体储运方面也逐步由实验研究走向商业应用。本文对会议内容做简要梳理,旨在介绍国际上水合物领域的最新研究及发展趋势。
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品字形桩林防护结构对泥石流冲击桥墩作用的影响
王常明, 刘辛磊, 王飞
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1773-1784.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230212
摘要 ( 1536 )   [HTML] ( ) PDF(21033KB) ( 11 )  
减缓和消除泥石流对桥墩的冲击作用对大桥安全至关重要。以品字形桩林作为防护结构,结合泥石流运动特征参数和桥墩宽度等因素,提出了一种桩林结构尺寸的设计原则。先通过模拟泥石流中大块石对不同型式桩林结构的冲击作用获得了桩林结构的最佳布置方式,然后采用SPH(光滑粒子流体动力学)-FEM(有限元)结合的方法分析了含大块石泥石流对设置品字形桩林结构情况下桥墩的冲击作用。结果表明:大块石与泥石流浆体共同撞击桥墩的冲击力为3 843 kN,远大于无防护时纯泥石流浆体对桥墩冲击力1 840 kN和有防护时的1 452 kN;桩间距3.0 m、桩排距1.0 m是品字形桩林结构最为合理稳固的布置方式;设置防护结构时桥墩所受泥石流浆体的冲击力峰值、墩底应力峰值和数值模拟t=8.0 s时墩底位移峰值相比于无防护状态下分别减小了约21.1%、79.0%和29.4%。采用品字形桩林防护结构对于桥墩受泥石流冲击破坏有相当显著的防护作用。
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南海北部陆坡区典型峡谷陡坡群地震稳定性
年廷凯, 王国栋, 郑德凤, 王大伟
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1785-1798.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230270
摘要 ( 1533 )   [HTML] ( ) PDF(18580KB) ( 12 )  
南海北部陆坡是一个呈条带状分布的大规模海底斜坡,西起海南岛东南部海域,向东延伸至台湾岛西南部海域。该区域分布了多个峡谷陡坡群,地质构造复杂、地震易发多发,滑坡地质灾害活跃。特别是该区域地形起伏较大,地震灾害可能诱发区域大面积的海底滑坡,科学评估其地震稳定性显得十分重要。本文以南海北部陆坡区神狐海域典型峡谷陡坡群为例,基于Scoops3D和GIS技术建立了三维计算模型,开展了海底陡坡群的地震稳定性研究,获得了峡谷区不同陡坡的地震稳定性安全系数及其分布特征。结果表明:峡谷剖面大多呈“U”字形,推断研究区峡谷为Ⅱ型海底峡谷系统;强震作用可以大幅削弱海底斜坡稳定性,其中对于C1峡谷区陡坡群,随着水平拟静力地震系数增大至0.40,区域最小安全系数则陡降至0.50;地震作用下西部峡谷陡坡群的失稳范围明显高于东部区域,大部分滑坡发生在两侧谷壁靠近峰顶的位置,另有相当一部分滑坡位于C1和C2峡谷区南段的东侧谷壁,整体呈带状分布。
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高位远程崩滑碎屑流-泥石流灾害链的演变过程与影响范围预测:以“4·5”四川洪雅县铁匠湾地质灾害链为例
刘鑫, 张文, 李根, 刘波
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1799-1811.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230258
摘要 ( 1515 )   [HTML] ( ) PDF(44216KB) ( 65 )  
20世纪以来,地质灾害以灾害链形式出现的频率明显加大,目前对灾害链的演变过程以及影响范围的研究并不多。本文以2021年4月5日四川洪雅县铁匠湾高位远程崩滑碎屑流-泥石流灾害链为例,阐述了灾害链的演变过程。启动源为高位崩塌,崩落的大量岩块对下方斜坡岩土体造成冲击和加载形成滑坡,受降雨影响,崩滑碎屑流物质向双溪河发展演变为泥石流;采用RAMMS软件对泥石流的运动过程进行数值模拟分析,划定了其在不同降雨频率下的影响范围。结果表明:在20 a一遇降雨频率下,影响范围涵盖了双溪村上游部分分散农户;在50 a一遇降雨频率下,影响范围覆盖双溪村人口密集区;在100 a一遇降雨频率下,影响范围将继续向下游发展,延伸至老赵河聚居区。灾害链发生期间,附近最大降雨量接近10 a一遇,将10 a一遇模拟结果与现场实际形成的影响范围进行对比,发现两者基本一致,说明模拟结果可信。
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冻融循环对钙剂改良土体分散性效果的影响
苑晓青, 吴泽炬, 王清, 陈慧娥, 林森, 牛岑岑, 徐鑫
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1812-1825.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230295
摘要 ( 1500 )   [HTML] ( ) PDF(10999KB) ( 10 )  
分散性土的水稳性极差,易形成管涌、洞穴、冲沟等破坏,季冻区土体在冻融循环过程所发生的冻胀融沉作用可能会增强土体的分散性。为了研究不同钙剂对土体分散性改良效果及冻融循环对改良效果的影响,先采用氧化钙和氯化钙两种钙离子剂对吉林西部地区分散性土体进行改良,确定最佳掺量后进行冻融循环试验;再分别通过分散性鉴定试验、无侧限抗压强度试验及微观结构试验探讨冻融循环对土体分散性改良效果的影响。试验结果表明,氯化钙对吉林西部土体分散性的改良效果优于氧化钙,氧化钙改良分散性土的最优掺量为1.6%,氯化钙改良分散性土的最优掺量为0.4%。冻融循环试验采用掺量为0.4%的氯化钙改良土。氯化钙改良土在经历不同次数的冻融循环后仍为非分散性土,其无侧限抗压强度在冻融循环次数0~5次有明显下降,但在冻融循环超过10次后下降趋势变缓且抗压强度基本保持在60 kPa;通过观察掺量为0.4%的氯化钙改良土在不同冻融循环次数的扫描电镜图像,推测冻融循环10次后其裂隙和孔隙的状态已趋于稳定。上述试验结果说明氯化钙可作为一种良好的改良剂对季冻区土体的分散性进行改良。 
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干砂小应变动力学参数的弯曲元试验
刘红帅, 宋东松, 张东涛, 李延冰
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1826-1834.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230283
摘要 ( 1495 )   [HTML] ( ) PDF(6309KB) ( 66 )  
弯曲元是测试土体小应变动力学参数的常用手段,然而在使用弯曲元测试时,波形、频率、峰值和试样的尺寸对波在土体中传播时间的确定会造成一定的影响。目前大多从输入波的频率方面来研究其对输出信号传播时间确定的影响,但对输入波峰值、输入波形对输出信号的影响研究较少。基于此,采用弯曲元对干燥福建标准砂的小应变动力学参数进行了研究,分析了输入频率、输入波峰值、输入波形对输出信号的影响,以及土体相对密度和有效围压对侧线模量、剪切模量和泊松比的影响。结果表明:输入频率对S波(剪切波)的传播时间有明显影响,对P波(压缩波)基本没有影响;输入波峰值的大小对判别S波或P波的传播时间没有影响;输入波形对S波或P波的传播时间有显著的影响;土体的侧线模量、剪切模量和泊松比均随有效围压和孔隙比的增大呈指数形式变化。根据Hardin提出的小应变模量预测模型,拟合出了考虑有效围压和孔隙比耦合作用下的三维模型公式,可为实际工程中对侧线模量、剪切模量和泊松比的估算提供一定参考。
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热变形对饱和黏性土渗透系数的影响
王福刚 杨国华, 程辉, 管小桐, 袁益龙
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1835-1844.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230267
摘要 ( 1487 )   [HTML] ( ) PDF(3186KB) ( 79 )  
为了探究5~30 ℃温度变化对黏性土渗透性影响机理,同时考虑温度变化诱导的流体性质和土体变形对渗透系数的影响,提高模型的应用范围和精度,本文先采用室内实验和理论模型相结合的方法对该问题进行了研究,然后基于变温渗流实验数据,构建了土体应变与介质孔隙比的关系式,最后对Kozeny-Carman模型的修正模型(REN模型)进行了进一步修正。结果表明:在地下水常见的5~30 ℃温度区间,温度变化引起土体变形对黏性土渗透系数的影响显著,仅考虑流体黏度随温度变化而忽略黏性土形变影响的渗透系数计算误差最大可达40%;修正后的模型与现有渗透系数模型相比具有更好的性能;通过修正后的渗透系数模型分析,发现温度在5~20 ℃区间时,渗透系数变化的主控因素是流体黏度,此温度区间介质形变对渗透系数影响较小,影响程度低于10%;当温度在20~30 ℃区间时,温度引起介质形变诱导的渗透系数变化贡献率增大,对渗透系数影响最大超过40%。
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孕镶金刚石钻头优化设计及其在甘青隧道应用
马银龙, 张诗彧, 周福军, 孙志刚, 任杰
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1845-1853.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230292
摘要 ( 1548 )   [HTML] ( ) PDF(4399KB) ( 12 )  
孕镶金刚石钻头是通过胎体超前磨损,促使金刚石出露形成微切削刃,在钻压和扭矩的作用下对岩石进行磨削碎岩,可广泛应用于硬地层和复杂地层钻进。然而,常规金刚石钻头存在坚硬地层钻速低、进尺慢、费用高等问题。本研究首先采取甘青隧道S2Z-45钻孔相邻孔不同深度的岩石样品,对其硬度、矿物组成及可钻性进行测试分析,确定了岩层大部分以闪长岩为主,岩石可钻性等级为8级;然后针对甘青隧道的地质特点对孕镶金刚石的胎体硬度和底唇面形状进行了优化设计,并进行了现场试验,通过分析钻头的实际使用情况研究了孕镶金刚石钻头性能的影响因素。试验结果表明:胎体硬度为HRC 15~20、金刚石粒度40~50目、金刚石体积分数为20%、底唇面为环槽尖齿型的孕镶金刚石钻头性能最佳,寿命达到321 m,钻速为1.17 m/h;在相同金刚石参数下,胎体硬度为HRC 10~15的滚齿型孕镶金刚石钻头在钻速方面具有优势,最大钻速能够达到1.44 m/h。环槽尖齿型底唇面和高胎体硬度有助于提高钻头寿命,滚齿型底唇面和低胎体硬度有利于提高钻进效率,但钻头寿命偏低。
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融水对CO2激光融冰的影响
张楠, 王瑛雨, Pavel Talalay, 范晓鹏, 宫达, 王婷, 韩博, 魏贤哲, 柏洪亮, 王亮
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1854-1863.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230280
摘要 ( 1521 )   [HTML] ( ) PDF(4491KB) ( 69 )  
激光钻探具有高能性、高度方向性、清洁性、非接触式切割钻进等优势,在激光热融穿透冰的过程中,融水对激光的穿透效率有很大影响。为探究融水对激光穿透效率的影响程度,本文选用冰吸收效率更高的CO2激光,在不同辐照角度、不同激光功率作用下对模拟极地冰心制备的冰样品进行定点穿透实验。结果表明:在负入射角-90°~-15°时,穿透速度为0.67~2.20 mm/s,仅为理论速度的21%~40%,孔径达到了光斑直径的3~5倍;而在正入射角15°~45°时,融水因重力作用及时排除,穿透速度为13.19~36.50 mm/s,是理论速度的2.2~6.5倍。
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基于AHP-EWM的莱州市海岸带海水入侵灾害风险评价与区划
束龙仓, 黄蕾, 陈华伟, 鲁程鹏, 刘波
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1864-1879.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230047
摘要 ( 1515 )   [HTML] ( ) PDF(6305KB) ( 69 )  
莱州市是我国海水入侵的典型地区,为探明莱州市海水入侵灾害风险程度及灾害影响要素,本研究基于海水入侵灾害发生的链式传递过程,根据致灾因子危险性、承灾体易损性、灾害损失及防灾减灾能力构建了莱州市海岸带海水入侵灾害风险评价指标体系,基于最小信息熵将层次分析法(AHP)和熵权法(EWM)进行结合确定各指标权重,通过综合加权评价法得到海岸带各镇街风险总值并进行风险排名,并通过指标大小数值对比及皮尔逊相关性检验揭示各指标风险影响程度。结果表明:根据风险总值可将城港路街道、永安路街道及金城镇划分为海水入侵灾害高风险区,沙河镇、三山岛街道及虎头崖镇为较高风险区,土山镇及金仓街道为较低风险区,其中城港路街道风险最高,风险指数值为5.76,金仓街道风险最低,风险指数值为4.03;在各指标中,地下水开采强度与风险总值的相关系数达0.917,表明地下水开采强度是区域海水入侵风险评定的控制指标,该指标为防止海水入侵灾害的关键要素。
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石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水位动态演变特征及影响机制
闫佰忠, 盖俊百, 王昕洲, 占新凯, 马苗苗
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1880-1891.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230255
摘要 ( 1662 )   [HTML] ( ) PDF(8709KB) ( 51 )  
为探寻人类活动影响下的石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水位动态时空演变特征及影响因素,以研究区年降水量、地下水埋深、地下水开采量,人口、GDP等数据为基础,绘制不同阶段的地下水平均水位变幅图和地下水流场图,探讨了地下水流场时空演变特征,在此基础上充分探究了人类活动(地下水开采、人工压采)、自然因素(降水)和其他因素(人口、GDP、土地利用类型)对地下水位动态的影响机制。研究结果表明:1)时间尺度上,1980—2000年研究区年均地下水埋深缓慢增大,2000—2015年快速增大,2015—2021年呈现减小趋势,其中2016年为转折点;空间尺度上,研究区地下水埋深呈现西北小、东南大的特点,地下水整体由西北流向东南。2)1980—2015年研究区内地下水降落漏斗面积较大,地下水在漏斗区发生汇流,2015年后研究区内地下水降落漏斗面积逐渐减小,汇流情况逐渐消失。3)1980—2000年降水与地下水农业开采为年均地下水埋深变化的直接主导因素,2000—2015年地下水工业开采转变为直接主导因素,2015—2021年人工压采转变为直接主导因素。4)人口、GDP以及土地利用类型间接影响研究区整体地下水埋深,石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水埋深变化有明显的阶段性特点。
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增强型地热系统开发热-水动力-力学(THM)耦合模拟:以河北马头营凸起区为例
冯波, 曹云龙, 齐晓飞 , 崔振鹏, 张兰新
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1892-1906.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230230
摘要 ( 1658 )   [HTML] ( ) PDF(9917KB) ( 56 )  
增强型地热系统(EGS)的裂隙热储层在长期开采过程中,由于不断地提取高温干热岩体的热量,致使高温花岗岩岩体温度下降,进而诱发岩体产生二次破裂,甚至出现流体短路,降低地热系统开采效率。为了保证EGS热能的稳定提取,需要建立试验场地的热-水动力-力学(THM)耦合模型,分析水动力和热效应对该储层裂隙发育规律的影响。本文基于河北马头营凸起区 EGS开发场地的循环注水试验数据,建立场地热-水动力-力学耦合模型,通过模型模拟结果与现场观测结果进行比较,先验证了THM耦合模型的准确性,然后利用校正后的模型预测了不同注入方案下,EGS储层渗透率的提高和增产带的空间范围,揭示了储层裂隙增产带的范围受温度、压力、注入速率的影响情况。结果表明:经过63 d的增产处理,该模型预测的增产层体积约为10万m3;提高注水压力能刺激现有的裂隙发生剪切性破裂,拓宽增产带的区域;减小注水的温度有助于提升流体的穿透能力,扩大储层的增产带;在水力压裂的开始阶段,适当利用冷水注入有利于提高储层渗透率,且提高注入速率会使储层增产带的范围扩大。
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基于PSO-XGB混合优化技术的浅层地下温度预测:以长春市为例
于子望, 郑天琪, 程钰翔
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1907-1916.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230263
摘要 ( 1671 )   [HTML] ( ) PDF(9208KB) ( 36 )  
准确预测浅层地下温度对于降低投资风险和推动浅层地热能开发利用具有重要意义。本研究基于粒子群优化(PSO)和极限梯度提升(XGB)的混合模型(PSO-XGB),并将其与K近邻(KNN)、支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)和极限梯度提升(XGB)等单一模型进行了比较。首先收集了54组钻孔数据,使用克里金插值法对数据集进行扩充,经过相关性分析最终选择经纬度坐标、年平均降雨量、年平均气温和与断裂距离等因素用作预测100 m地下温度的输入特征。然后利用测试集对预测模型进行验证,使用均方根误差(ERMS)、平均绝对误差(EMA)、决定系数(R2)和均方误差(EMS)等指标评估了模型的性能。结果表明,PSO-XGB混合模型在测试集表现最好,ERMS为0.070 6,EMA值为0.054 9,R2值为0.962 0,EMS值为0.005 0,在精度和拟合程度上明显高于其他模型,可知PSO-XGB混合模型在预测性能方面优于单一模型。
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吉林省农田温室气体N2O减排潜力预测
赵玉岩, 于千晴, 汤肖丹, 宋美彤, 李兵
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1917-1927.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230269
摘要 ( 1636 )   [HTML] ( ) PDF(4730KB) ( 27 )  
N2O是一种重要的温室气体,农田是其主要排放源之一。探究N2O减排潜力不仅可为农田碳减排措施提供理论和技术支持,还可为我国“双碳”目标的实现提供科学依据。为减少吉林省的N2O排放量,本文根据吉林大学功能农业基地(珲春)温室气体排放数据,利用脱氮-分解作用(DNDC)模型进行点位模拟、结果验证和敏感度分析。同时,对吉林省1991—2020年玉米种植条件下N2O的排放情况进行区域模拟,得到农田N2O排放的时空特征,并提出增产减排的优化措施。研究结果表明:DNDC模型对吉林省农田N2O排放的模拟效果较好;各因素中对N2O排放量的影响程度最大的为氮肥施用量,其次是有机肥施用量,土壤有机碳质量分数也会对N2O排放量有一定影响,温度、降雨量和秸秆还田比例对N2O排放量影响较小;玉米种植条件下西部N2O排放量最多,中部居中,东部最少。为合理控制全省农田的N2O排放量,不同区域应进行不同的田间管理,西部、中部、东部最佳施氮量分别为400、330、480 kg/hm2,最佳基追肥施用比例分别为7∶3、9∶1、9∶1;秸秆还田比例对于N2O排放量影响较小;保证产量的同时,降低土壤有机碳质量分数可以减少农田N2O排放量。
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地球探测与信息技术
航空重(磁)多参量梯度探测与反演技术研究进展
马国庆, 王君楠, 孟庆发, 孟兆海, 秦朋波, 王泰涵, 李丽丽
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1928-1949.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230246
摘要 ( 1593 )   [HTML] ( ) PDF(14993KB) ( 87 )  
航空重磁梯度、张量梯度测量能有效地减弱环境噪声的干扰,更高分辨率地描述地质体的分布并突出浅部地质体,随着测量装备的成熟,已经在油气与矿产资源勘查中得到应用。本文系统地总结了航空重(磁)多参量梯度探测技术的研究进展,为后续相关研究提供借鉴。基于航空重磁多参量梯度技术的研究背景,总结了国内外装备的进展。针对航空重磁多参量梯度数据的特点,介绍了其数据处理流程;针对航空重磁多参量梯度的分辨率特征,总结了现今重磁多参量梯度的高分辨率反演以及联合反演方法;基于航空重磁多参量梯度探测技术在矿产和油气资源勘查中的应用特征,分析了该项技术在深部资源勘查等方面的应用前景,明确了其在识别地下构造、寻找矿产资源、探测地下小型目标体等方面的应用进展。
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地热资源与地震活动共生深部驱动机制研究现状与展望
韩江涛, 牛璞, 刘立家, 吴懿豪, 辛中华, 李卓阳, 贾晓东
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1950-1968.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230247
摘要 ( 1556 )   [HTML] ( ) PDF(25068KB) ( 112 )  
地球内部地质过程及其相互作用不仅控制了全球地质格局的形成演化,也控制着地热资源的形成和地震活动的发生。本文通过系统调研及归纳总结,系统讨论地热资源与地震活动的共生深部驱动机制。首先,总结了全球高温地热带及大型/超大型地震带的形成背景,大多数高温地热与大型地震在空间分布上具有重合性,形成于活跃的板块边缘,而板内常形成中低温地热且周缘伴随地震活动;其次,总结了地热资源及地震活动共生的深部驱动要素,发现流体及断裂构造在热能和地震的释放中起着至关重要的作用,是地热资源与地震活动深部主要的控制要素;再次,总结了地热资源与地震活动深部地球物理探测成果,表明大地电磁等方法可揭示地热与地震形成的同源关系与因果关系,地热与地震源于深部物质与能量的交换;最后,对地热资源与地震活动的共生深部驱动机制研究方法及发展方向进行了展望。
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金属矿地震勘探方法技术研究进展
张盼, 韩立国, 巩向博, 张凤蛟, 许卓
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1969-1982.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230275
摘要 ( 1566 )   [HTML] ( ) PDF(7133KB) ( 134 )  
地震勘探技术具有穿透深度大、分辨率高等特点,是实现我国深地矿产资源探查目标的必备地球物理技术手段。相对于非震地球物理勘探方法,地震勘探方法对构造成像直观、清楚,可以为查明岩浆运移通道、寻找有利成矿空间提供有力指导,同时还能勘探深部的隐伏矿体,寻找成矿母岩,为开发和利用深部矿产资源提供有力的技术支撑。本文分别综述了主动源和被动源金属矿地震勘探方法技术的研究进展,并指出主被动源联合勘探方法的技术优势和研究进展。主被动源数据融合的多震源联合地震勘探方法技术、基于散射理论的地震数据处理和解释方法技术、高精度信噪分离技术和基于人工智能的金属矿地震勘探方法技术等是解决深部金属矿产资源高精度高分辨率探测问题十分重要和有潜力的方法技术。
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 基于XGBoost的多重加权谱比降噪方法
韩复兴, 宋炳宣, 陈雨贝, 吴林骏, 黄梦婷, 潘延杰
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1983-1990.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230268
摘要 ( 1567 )   [HTML] ( ) PDF(4763KB) ( 36 )  
在城市中应用微动H/V谱比方法面对大量且复杂的人文噪声干扰,需要对噪声强度较大的微动数据进行去噪处理或信号分析。本文针对现有方法难以处理干扰较大的微动数据以及信号提取过程繁琐的问题,提出基于XGBoost(extreme gradient boosting)的多重加权谱比降噪方法。首先对采集的微动数据进行幅值和频率分析,建立幅值加权谱比、频率加权谱比和多重加权谱比;然后根据建立的多重加权谱比,通过XGBoost方法获得降噪后的谱比曲线。将本文方法与传统STA/LTA(short time average/long time average)方法进行实际高噪声数据对比分析,结果表明相比于STA/LTA方法,本文方法对高噪声数据提取效果更好。
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废弃矿井煤层气资源地球物理勘探研究进展
余传涛, 柳春林, 薛俊杰, 张富明 , 李勇
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  1991-2005.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230284
摘要 ( 1531 )   [HTML] ( ) PDF(11480KB) ( 82 )  
煤炭开采形成大面积的采空区和数量众多的废弃矿井,在这些废弃矿井中蕴藏着大量的煤层气资源。区别于常规煤层气资源,废弃矿井煤层气资源的勘探和开发受到采空区分布、覆盖层、围岩情况、裂隙带发育情况、煤层顶底板情况、煤矿开采方式以及采空区地下水等情况的综合影响,利用地球物理勘探技术可以为废弃矿井煤层气的开发提供技术支持。本文介绍了山西煤炭地质的基本情况,分析了采空区坍塌及积水的机制,以及围岩与采空区的地震波场特征、电性特征、激发极化特征和放射性氡异常特征;介绍了地震法、直流电法、可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法、激发极化法、放射性勘探法、微动勘探法、航空瞬变电磁法和半航空瞬变电磁法探测采空区的原理、方法及应用。指出开发、研究新的地球物理方法,建立多方法、多维度、多空间的采空区综合探测体系,充分利用地球物理大数据,深入发掘人工智能反演技术,可为我国废弃矿井煤层气资源的勘探和开发提供技术支持。
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基于知识图谱与随机森林的落叶松毛虫害遥感识别
王明常, 丁文, 赵竞争, 吴琳琳, 王凤艳, 纪雪
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  2006-2017.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230279
摘要 ( 1523 )   [HTML] ( ) PDF(5433KB) ( 54 )  
落叶松毛虫害的大规模爆发导致了森林生态系统和经济的严重损失,快速、准确地对落叶松毛虫害发生区域进行识别具有重要的意义。本研究采用知识图谱技术,对与森林虫害相关的敏感特征进行筛选,并综合利用多源数据,分别构建3种不同数据组合的随机森林模型,对研究区内落叶松毛虫害发生区进行遥感识别。结果表明:1)依据图谱构建流程可以实现知识图谱构建及筛选,本研究实现了构建森林虫害遥感识别特征图谱,并筛选了中国东北地区落叶松毛虫害的遥感识别特征;2)知识图谱与遥感技术手段相结合,能够为构建虫害识别模型提供有效特征;3)与单一数据源相比,基于多源数据的落叶松毛虫害识别效果更好,本研究综合使用Sentinel-1A、Sentinel-2A和地形数据的总精度和Kappa系数分别为92.78%,0.876 6。
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基于位置分配模型的避震疏散最优路径规划
李玉堂, 赵竞争, 王民水, 叶应辉, 王明常
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  2018-2028.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230235
摘要 ( 1503 )   [HTML] ( ) PDF(7757KB) ( 34 )  
在地震易发区科学规划避震疏散路径,对人口聚集、密度大的高等学校师生的生命及财产安全具有重要意义。本文基于对吉林大学朝阳校区空间分布信息的提取和相关资料的调查,利用位置分配(location allocation, LA)模型、迪杰斯特拉(Dijkstra)最优路径算法,结合服务域分析、最优路径分析等方法实现了对研究区白天、夜间两种模拟情景避震疏散路径的科学规划。结果表明:在高等学校中做避震疏散计划时,可直接将运动场、室外篮球场、广场、空旷草地、部分面积较大的停车场作为备用避震场所;在疏散方向不交汇、不冲突、避震场所可容纳人数较多时,LA模型、Dijkstra算法均能够满足避震疏散规划的需求。针对校园内存在的避震安全场所空间分布不平衡的问题,提出了均衡空旷场地分布、增加避震疏散设施、加强避震疏散技能等完善高等学校地震逃生体系的建议。
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利用卫星测高数据反演全球海底地形研究进展
蒋涛, 姜笑, 郭金运, 张忠辉
吉林大学学报(地球科学版). 2023 (6):  2029-2044.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230285
摘要 ( 1546 )   [HTML] ( ) PDF(11078KB) ( 55 )  
高精度高分辨率全球海底地形模型是研究地球形状及内部结构的重要基础数据,在海底板块运动研究、海啸监测预警、深海资源勘探、海底工程建设、航海安全保障和海洋国土划界等方面具有重要价值。广袤而深邃的海洋使得人类精准测绘海底地形面临艰巨挑战,由于卫星测高技术具备全球覆盖、高精度高分辨率和周期性重访海洋动态观测能力,已成为全球海底地形测绘的主要手段。本文概述了利用卫星测高数据反演全球海底地形的研究现状与最新进展,研究内容主要包括卫星测高数据反演海底地形的基本原理、主要卫星测高模式与任务、海洋重力场反演、海底地形反演方法及模型产品等。最后,展望了构建高精度动态全球海底地形模型的发展趋势,并从卫星测高数据、船测水深数据和海底地形反演技术等方面开展了可行性分析。
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