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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
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2024年, 第54卷, 第4期 刊出日期:2024-07-26
上一期   
地质与资源
南沙海槽—西北巴拉望构造特征及其意义
李学杰, 汪俊, 王哲, 姚永坚, 祝嵩
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1081-1094.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220343
摘要 ( 1646 )   [HTML] ( ) PDF(41019KB) ( 233 )  
南沙海槽-西北巴拉望构造对认识南海成因与演化至关重要。综合南海南缘地质地球物理资料分析认为:南沙海槽极薄地壳可能不是古南海的残余,是夭折的扩张中心;南沙海槽存在挤压逆冲作用,形成时间很晚,与南海扩张无关,是南海形成后挤压的结果。南沙海槽挤压作用与西北巴拉望Pagasa楔变形对比表明,南海南缘的挤压作用停止时间东部早于西部;中、南巴拉望蛇绿岩来自其南部往北逆冲的产物,可能表明古南海由南往北俯冲。综上认为南巴拉望蛇绿岩可能来自新特提斯洋壳,中巴拉望蛇绿岩来自古南海洋壳;不同时期洋壳俯冲残余最终被逆冲至岛弧系之上;巴拉望蛇绿岩是长期由南往北逆冲的结果,最后就位时间可能是中晚中新世。
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珠江口盆地西江凹陷裂陷期构造转换
李康, 单玄龙, 郝国丽, 热西提·亚力坤, 徐川, 沈梦蓉
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1095-1109.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220248
摘要 ( 1493 )   [HTML] ( ) PDF(21358KB) ( 622 )  
珠江口盆地珠Ⅰ坳陷在早始新世—早渐新世的裂陷期主要经历了珠琼运动Ⅰ幕和Ⅱ幕,发育文昌组和恩平组。西江凹陷位于珠Ⅰ坳陷西部,凹陷内番禺4洼是已证实的富生烃洼陷,西江主洼和西江36洼勘探程度较低。为了进一步认识西江凹陷在裂陷期的构造特征及其对沉积的控制,本文利用最新三维地震数据和解释成果,结合有限的钻井资料,对文昌期和恩平期的洼陷结构、断裂体系、沉降中心迁移规律及沉积体系分布等进行了系统分析。研究发现:西江凹陷在裂陷期发生了构造转换,主要体现在早文昌期、晚文昌期和恩平期的洼陷结构、断裂体系和控洼断层活动性的规律性变化以及沉降中心的迁移;沉积中心与沉降中心迁移基本一致,早、晚文昌期各洼陷发育半深湖—深湖亚相,沉积中心向西南迁移,恩平期沉积中心转向北部西江主洼一侧;裂陷期区域伸展应力方向的顺时针旋转,以及北西向先存断裂在文昌期的先后活化是构造转换的诱因,其控制了沉积体系的展布。分析西江凹陷的构造转换和沉积体系展布规律,对在珠Ⅰ坳陷深部寻找湖相烃源岩和富生烃洼陷具有一定意义。
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杭锦旗地区二叠系储层油气成藏期次及流体势特征
李晓光, 倪智勇, 宋到福, 张旋, 韩子敬, 张威, 安川
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1110-1123.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220236
摘要 ( 2737 )   [HTML] ( ) PDF(7818KB) ( 282 )  
杭锦旗地区是鄂尔多斯盆地北部重要的含油气区,油气成藏期次及流体势研究有利于探究油气充注的世代以及流体势的分布特征,并进一步判定成藏期油气的运移方向。本文以什股壕区块和十里加汗区块5口井的二叠系下石盒子组盒一段储层砂岩为研究对象,基于流体包裹体分析厘定油气成藏期次,并结合流体势理论计算研究区关键成藏期的流体势并揭示油气的运移方向。研究结果显示:什股壕区块盒一段储层油气的成藏时间为132~102 Ma;十里加汗区块盒一段储层油气的成藏时间为132~101 Ma。杭锦旗北部的什股壕盒一段储层油气的流体势为18 128~22 872 J/kg;杭锦旗南部的十里加汗区块盒一段储层油气的流体势为22 975~27 153 J/kg。本文认为研究区二叠系盒一段储层油气成藏时间在早白垩世,十里加汗区块整体的流体势要高于什股壕区块,油气具备由南部向北部运移的趋势。
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基于孔隙结构表征的低渗透砂岩流体赋存特征及渗透率评价
刘宗宾, 李超, 路研, 王亚, 黄建廷
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1124-1136.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220236
摘要 ( 209 )   [HTML] ( ) PDF(24326KB) ( 304 )  
以渤海湾盆地G油田古近纪低渗透砂岩储层为研究对象,综合铸体薄片、扫描电镜(SEM)、高压压汞(MICP)及核磁共振(NMR)分析探讨了孔隙结构及其对储层品质和流体赋存的影响。低渗透砂岩储层的孔喉大小分布范围广,微、纳米级孔喉共存,且普遍呈现双峰分布的特征。大孔喉系统主要由残余粒间孔和溶蚀扩大孔组成;而微小孔喉系统则主要由粒内溶孔和晶间孔构成。研究结果表明,孔喉连通能力及连通孔喉的体积分数是影响低渗透砂岩储层储集物性和流体赋存特征的关键因素。物性越好的砂岩储层中,连通性好的大孔喉(右峰)所占体积分数越高,储层渗流能力越强;反之,物性越差的储层孔隙系统则主要由连通性差的微小孔喉(左峰)主导,储层渗流能力较弱。束缚流体主要赋存在孔喉半径较小、微观连通性较差、分形维数较大的小孔喉系统中;而中、大孔隙系统的微观连通性好、分形维数较小,主要富集可动流体。研究还明确了半径最大的孔喉是影响低渗透砂岩储层渗透率和流体赋存特征的关键因素,并根据毛管压力曲线和核磁共振T2(横向弛豫时间)谱参数建立了两套适用于低渗透砂岩储层的渗透率评价模型。与经典模型(如Coates和Schlumberger Doll research(SDR))相比,新模型具有更好的有效性和适用性。
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四川盆地北缘下志留统龙马溪组重晶石发育特征及其地质意义
肖斌, 郭东旭, 王浩, 熊姝臻, 富向, 赵忠海, 李胜
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1137-1153.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230339
摘要 ( 1550 )   [HTML] ( ) PDF(24696KB) ( 351 )  
扬子板块北缘志留系黑色岩系中重晶石-毒重石成矿带的形成构造背景和成矿过程一直受到众多学者的关注。本文选择四川盆地北缘城口月亮坪剖面下志留统龙马溪组泥页岩中的重晶石矿物为研究对象,从岩石学、矿物学入手探讨重晶石发育特征,并结合锶同位素分析重晶石的成因及其反映的地质意义。结果显示:重晶石主要发育成岩作用为主的针状晶体、冷泉作用为主的较大粒径溶蚀状晶体、热液作用为主的树枝状晶体,以及生物作用为主的小粒径椭球体形晶体;重晶石结核以扁椭球体形顺层分布,存在同心分层结构、致密均一结构、龟裂纹充填结构,其成因以成岩作用为主,局部出现后期热液流体充填收缩缝形成的龟裂纹;层状重晶石的87Sr/86Sr值为0.708 4,反映其形成过程受到深部幔源(低87Sr/86Sr值)和围岩(高87Sr/86Sr值)的混染作用,推测其成因为深部幔源热液与冷泉(或成岩作用)共同作用的结果。研究认为:四川盆地北缘龙马溪组沉积时期为一个具有拉张构造背景的被动大陆边缘,在北大巴山发育同沉积断裂;在龙马溪组早期四川盆地北部斜坡区受到弱的拉张作用,断裂发育规模不大,形成间歇性小规模的冷泉渗流;在龙马溪组晚期拉张作用增强,断裂加深,产生重晶石黑烟囱,大量含Ba2+和H2S的热液进入海水中并在北大巴山地区形成重晶石矿床。
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鄂西地区二叠系大隆组含气页岩岩相类型及储层特征
谢通, 陈威, 潘诗洋, 石万忠, 王亿, 张焱林, 段轲, 任志军
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1154-1176.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230076
摘要 ( 1483 )   [HTML] ( ) PDF(25895KB) ( 381 )  
为研究鄂西地区上二叠统大隆组含气页岩岩相类型和储层特征,本文以鄂西地区恩施市恩地2井钻井岩心为研究对象,利用X-射线衍射全岩矿物分析(XRD)、总有机碳(TOC)质量分数测定、镜质体反射率(Ro)测定、干酪根镜检、场发射扫描电镜(FE-SEM)观察、CO2和N2吸附实验、页岩含气量测定、微量元素测定等方法开展精细研究。结果显示:鄂西地区二叠系大隆组主要发育的岩相类型包括硅质岩相、黏土质硅质岩相和混合质硅质岩相,其中黏土质硅质岩相是大隆组有机碳质量分数最高的岩相类型;大隆组页岩孔隙类型多样,微孔和介孔贡献了页岩主要的孔隙体积和孔比表面积;高有机碳和高黏土矿物有利于页岩气的聚集和页岩中微小孔隙(孔径<50 nm)系统的建立,微孔和介孔中的吸附气是总含气量的重要组成部分。以含气量和有机碳质量分数为指标建立鄂西二叠系大隆组页岩评价标准,黏土质硅质岩相和混合质硅质岩相为Ⅱ1类优势岩相类型,硅质岩为Ⅱ2类页岩气优势岩相类型,恩地2井1 241.0~1 250.4 m井段为页岩气“甜点段”。页岩微量元素和有机碳质量分数关系表明大隆组高有机质含量是高古生产力和水体还原环境的共同结果,其中高古生产力是有机质富集的主要原因。
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西南天山陆相砂砾岩型铜铅锌矿床成矿特征与成矿作用研究进展
赵路通, 王京彬, 王玉往
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1177-1198.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230057
摘要 ( 3618 )   [HTML] ( ) PDF(30867KB) ( 666 )  
西南天山造山带中—新生代沉积盆地(库孜贡苏盆地、乌鲁乌恰盆地、柯坪盆地、库车盆地)发育包括乌拉根超大型铅锌矿床和萨热克大型铜矿床在内的一系列以沉积岩容矿的铜铅锌矿床,构成我国西北地区一条重要的贱金属成矿带。已有研究表明区域上沉积岩容矿型铜铅锌矿床主要包括砾岩型铜矿床、砂岩型铅锌矿床和砂岩型铜矿床3个类型,本文在简要介绍各类型矿床主要地质特征的基础上,重点总结了其在成矿时代、成矿流体性质和来源及成矿物质(金属和硫)来源等方面的研究进展。结果表明:区域上砾岩型铜矿床形成于早白垩世末,即形成于盆地构造转换期,砂岩型铅锌矿床和铜矿床形成于中新世晚期,其形成与大型逆冲推覆构造关系密切。砾岩型铜矿床成矿流体以有机流体为主,砂岩型铅锌矿床成矿流体以盆地建造水为主,而砂岩型铜矿床成矿流体则表现为有机流体和盆地建造水混合的特征,成矿过程有大气降水的加入。造山带物质和沉积硫酸盐是区内各类型矿床金属及硫的主要来源。本文指出应加强砂岩型铜矿床成矿年代和砂岩型铅锌矿床成矿作用的研究,以及与新发现的海相砂岩型铜矿床的对比研究。
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重庆南川区大佛岩铝土矿床有益元素分布特征
高原, 熊亮, 张宇, 李良林, 黄培培, 徐厚倜, 栾进华
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1199-1223.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230103
摘要 ( 3623 )   [HTML] ( ) PDF(20966KB) ( 354 )  
为了理清重庆市南川区大佛岩铝土矿床有益组分分布特征及伴生元素可利用性,本文通过剖面测量、实地调查和样品分析等工作方法,对南川区大佛岩铝土矿床及其伴生元素的分布特征进行了深入研究,并建立了矿产资源可利用性评价模型。Ga质量分数高值区呈北东向和近南北向分布,中西部Ga质量分数高,北东部Ga质量分数较低。Li质量分数在梁山组中上部最高,最高为致密状铝土矿,其次为铝土岩,土状铝土矿中较低。Li的富集与铝土岩的关系较为密切。稀土元素的富集部位更容易出现于赋矿地层底部。评价模型对矿区铝土矿资源的评价结果为可利用。在开发利用铝土矿资源的过程中,可以考虑回收利用Ga元素。但是,由于Li、Sc、REE元素受到选冶技术和选矿成本等因素的限制,现阶段回收利用技术上虽然可行,但经济性存在瓶颈。因此,在开发利用铝土矿资源的同时,还需要探索更经济的回收利用技术,以提高资源的利用率。本文所建立的评价模型结合了评价指标体系,可为铝土矿资源的利用和评价提供科学参考,同时也为其他矿产资源的评价提供借鉴。当然,对于评价指标的选择和权重的确定需要根据不同的矿产资源和应用场景进行调整、优化,才能更好地满足实际需求。
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张广才岭北部早侏罗世花岗岩年代学、地球化学特征及其地质意义
于跃江, 赵忠海, 李新鹏, 马丽玲
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1224-1247.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230177
摘要 ( 1091 )   [HTML] ( ) PDF(13301KB) ( 288 )  
为探讨张广才岭北部构造格架及其演变,对张广才岭北部二长花岗岩、正长花岗岩及碱长花岗岩进行LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石学、岩石地球化学等方面的研究,确定了其形成时代及岩石成因。研究结果表明:2件二长花岗岩、1件正长花岗岩及1件碱长花岗岩样品的锆石U-Pb年龄分别为(191.4 ±1.1)、(202.6 ±1.0)、(190.8 ±1.5)、和(198.1±1.0)Ma,总体年龄介于202~190 Ma之间,时代为早侏罗世;二长花岗岩、正长花岗岩和碱长花岗岩总体属于低铝质,以高钾钙碱性系列为主,显示富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损Nb、P、Ti等高场强元素和重稀土元素;二长花岗岩、正长花岗岩和碱长花岗岩显示出I型花岗岩特征。结合区域对比及综合研究,初步认为张广才岭北部早侏罗世花岗岩的构造环境为古太平洋板块向欧亚大陆俯冲形成的活动大陆边缘环境。
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伸展背景下的埃达克质岩:黑龙江呼玛地区早白垩世侵入岩的年代学和地球化学特征
张坤, 史冬岩, 常翔鲲, 朴星海, 王伟东
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1248-1263.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230059
摘要 ( 990 )   [HTML] ( ) PDF(9380KB) ( 229 )  
为理清大兴安岭兴安地块中生代岩体的岩石成因及构造背景,本文通过岩石学、年代学、全岩地球化学等方法,对大兴安岭东北部的黑龙江省呼玛地区早白垩世侵入岩进行了研究。结果显示:研究区早白垩世中性侵入岩为钙碱性-高钾钙碱性系列准铝质-弱过铝质岩石,成岩时间在(121.3±1.2)~(118.7±0.9)Ma之间,稀土元素配分曲线显示为右倾模式,Eu微弱正异常(0.98~1.11),富集K、Sr、Ba等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素。岩石同时具有高的Sr/Y(57.66~145.76)、LaN/YbN(11.66~29.52)和较高的Mg#(50.93~57.63)、w(Cr)(77.00×10-6~92.60×10-6)、w(Ni)(23.20×10-6~32.60×10-6)值,显示出埃达克质岩特征。综合本次研究认为该期侵入岩主要形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的伸展环境,由加厚下地壳导致的岩石圈拆沉,软流圈幔源岩浆上涌形成埃达克质岩石。
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吉林敦化地区万宝岩组碎屑锆石U-Pb-Hf同位素组成:对区域构造演化的制约
关子成, 裴福萍, 魏敬洋, 李鹏屹
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1279-1279.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230081
摘要 ( 923 )   [HTML] ( ) PDF(12077KB) ( 298 )  
为制约古亚洲洋在吉林东部地区的最终闭合时间,本文选取吉林省敦化地区万宝岩组变质粉砂岩为研究对象,开展系统的碎屑锆石微量元素组成和U-Pb-Hf同位素研究,确定了万宝岩组的沉积时限和物源区特征,并通过碎屑锆石微量元素获得晚古生代地壳厚度的变化规律,探讨了华北板块北缘东段晚古生代的构造演化历史。万宝岩组由互层的大理岩、变质粉砂岩和变质细砂岩组成,碎屑锆石定年结果显示,万宝岩组最年轻峰值年龄约为316 Ma,此外还存在355、398、1 842和2 360 Ma的峰值年龄。其中,古生代碎屑锆石(409~312 Ma)以具有负的εHf(t)值(-15.32~-1.60)及新太古代—古元古代的TDM2年龄(2 293~1 480 Ma)为特征,侵入万宝岩组闪长岩体的时期为276 Ma。综合研究认为,敦化地区万宝岩组沉积时限为312~276 Ma,即早二叠世时期,其沉积时限和岩石组合特征可与延边地区的庙岭组相对比。万宝岩组中的古生代碎屑锆石来自华北板块太古宙—古元古代结晶基底物质的部分熔融。结合其中古元古代碎屑锆石(62.9%)的大量出现,暗示敦化地区或/和附近地区存在华北板块前寒武纪的结晶基底。通过地壳厚度计算表明,敦化地区和内蒙古地区晚古生代的地壳厚度变化趋势一致,说明二者晚古生代的演化历史趋于同步。约245 Ma地壳厚度达到最大(80 km),暗示了古亚洲洋的最终闭合。
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地质工程与环境工程
基于正交-响应面法的砂土细观参数标定
刘红帅, 张东涛
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1280-1290.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230132
摘要 ( 581 )   [HTML] ( ) PDF(6907KB) ( 365 )  
颗粒离散元的模拟精度主要取决于所标定细观参数的准确性,为提升细观参数的标定精度和效率,本文首先采用抗转动线性接触模型模拟砂土三轴压缩试验;再利用正交试验中的方差分析法筛选出宏观参数的控制性细观参数;然后建立宏观参数与控制性细观参数的响应面方程,依据室内三轴试验确定的砂土宏观参数,代入所建的响应面方程求解得到控制性细观参数;最后结合三轴试验结果验证所标定细观参数的准确性。结果表明:宏观参数包括弹性模量、泊松比、峰值摩擦角和剪胀角,其中弹性模量的控制性细观参数为有效模量和摩擦系数,泊松比的控制性细观参数为刚度比与摩擦系数,峰值摩擦角和剪胀角的控制性细观参数都为摩擦系数;通过三轴试验得出宏观参数取值,弹性模量为83.83 MPa、泊松比为0.45、峰值摩擦角为34.47°、剪胀角为8.93°;进一步标定细观参数取值,有效模量为153.35 MPa,刚度比为2.16,摩擦系数为0.45;利用标定的细观参数进行三轴试验模拟,结果与室内试验结果在低围压(100 kPa)下峰值强度相差7.2%,在高围压(300、500 kPa)下误差都控制在了±15.0%以内,证明了所提出的标定方法具有准确性和可靠性。
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层状土中静压桩连续贯入现场试验与数值模拟
吴泽坤, 何来胜, 白晓宇, 麻栋栋, 牛永昌, 赵广, 桑松魁, 闫楠, 张明义
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1291-1304.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220341
摘要 ( 556 )   [HTML] ( ) PDF(12007KB) ( 309 )  
为探讨层状土中静压桩连续贯入过程的沉贯特性,依托上海市某桩基工程开展静压桩贯入过程现场试验,探究沉桩阻力随贯入深度的演变规律,并结合ABAQUS数值模拟,明确静压桩贯入过程中沉桩阻力、桩周土体竖向应力、径向应力以及径向位移的变化规律。结果表明:层状土的软硬程度制约着沉桩阻力的大小;当桩端贯入浅部粉质黏土层和淤泥质黏土层时,沉桩阻力增长较慢甚至出现减小趋势,当桩端贯入到深部砂质粉土层、粉质黏土层和粉砂层时,沉桩阻力增长较快,其中在砂质粉土层中增长率最高可达174%;桩周土体中竖向应力和径向应力与土层性质密切相关,竖向应力和径向应力最大值均出现在桩端贯入至黏质粉土层时,分别为558.0、1 178.0 kPa,当桩端贯入到下部较软的淤泥质黏土层时,最大竖向应力和径向应力均出现明显退化现象,径向应力退化率达到52%;径向位移随径向距离的增加而减小,其变化规律基本反映了土层性质的变化特征。
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IR-90全液压铁钻工夹持定位精度及其影响因素
李昊轩, 王清岩, 钟蔚岭, 盛洁, 李苓豪, 金赠伍
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1305-1315.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220333
摘要 ( 567 )   [HTML] ( ) PDF(10800KB) ( 273 )  
铁钻工为先进的钻井辅助作业设备,但国内铁钻工在自动化程度、夹持定位精度和工作平稳性方面有较多不足。为了解决此问题,本文设计了一种新型的铁钻工结构及其液压控制系统。首先通过机-液联合仿真分析,研究了铁钻工上卸扣过程中钻杆轴线的偏移角度和径向力变化;然后在此基础上对铁钻工的控制系统进行优化,采用同步分流马达和PID(比例积分微分)控制,进一步分析液压缸增加输入流量对固定钳和动钳的液压缸同步性能、夹持定位精度及接头螺纹径向力的影响。结果表明:采用PID控制时比同步分流马达夹持效果更好,当单个液压缸输入流量为18 L/min时,固定钳夹紧钻杆时钻杆轴线绕x、y轴偏角能控制在0.10°和0.06°以内,响应速度在6.8 s左右,上下钻杆重心沿x和y轴方向的距离可以分别控制在1.93和2.85 mm之内,保证了固定钳和动钳的夹持定位精度以及动作快速性和稳定性。接头螺纹径向力曲线也表明了铁钻工冲扣时钻杆接头间产生的不平衡径向力(17.2 kN)远大于旋扣时(641.0 N),更易导致钻头磨损。
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南京江北新区地铁盾构开挖引发地面沉降三维数值模拟预测
徐成华, 何政宇, 刘刚, 施威, 骆祖江
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1316-1325.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230178
摘要 ( 708 )   [HTML] ( ) PDF(9931KB) ( 246 )  
为研究地铁盾构施工引起的地面沉降问题,首先以Biot固结理论为基础,将土体本构关系拓展为黏弹塑性,考虑土体渗透性的动态变化,建立了地铁盾构引发地面沉降的三维全耦合数值模型;然后以南京地铁11号线江北新区马骡圩站至石塘公园站盾构施工区间为例,模拟预测了该盾构区间的沉降量,并完成了模型的校准;最后利用该模型模拟预测了地铁盾构开挖所引起的地面沉降规律,并模拟了盾构拱顶上方土体和盾构底部下方土体的参数变化。结果表明:实测地面沉降量与计算值吻合较好,模型可靠;以模型第二区间段为例,东线轴线处沉降量在52.41~54.52 mm范围内,西线沉降量在53.28~55.60 mm范围内;东线盾构隧道沉降以隧道轴线为中心对称分布,西线隧道开挖后,最终引起累积地面沉降量在轴线之间较大;随着开挖的进行,上方土体孔隙度、渗透系数及泊松比变小,变形模量增大,下方土体变化则相反。
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新水情背景下北京平原朝阳—通州沉降区地面沉降特征及其影响
韩红闪, 朱琳, 郭高轩, 李炳华, 卢灿
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1326-1338.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230046
摘要 ( 808 )   [HTML] ( ) PDF(7461KB) ( 315 )  
地面沉降是北京地区突出的地质灾害,严重威胁经济、环境和社会的可持续发展。为了研究地面沉降的时空特征及其影响,本文以北京平原朝阳—通州沉降区为研究对象,先基于Sentinel-1 A/B卫星降轨数据,利用PS-InSAR(persistent scatters InSAR)技术获取了研究区2019年1月—2021年12月地面沉降特征,再采用动态时间规整(DTW)算法定量分析了地面沉降与不同层位地下水位之间的响应关系,并进一步量化了不同深度地下水抽取诱发地面沉降的贡献率。结果表明:1)2019—2021年朝阳—通州地区地面沉降连片发展,年均沉降速率超过50 mm/a的沉降严重地区主要分布在朝阳区东部和通州区北部,其中最大沉降速率达到91 mm/a。2)朝阳—通州地区可压缩层厚度区域分布差异,为地面沉降的发生与发展提供了有利的地质条件。整体上来看可压缩层厚度大小与地面沉降速率成正比,研究区地面沉降速率大于80 mm/a的永久散射体(PS)点所在位置处的可压缩层厚度均大于180 m,且主要处于可压缩层厚度200~220 m的地区。3)地面沉降与不同层位地下水位时间序列响应不同,埋深为50~180 m的承压含水层水位与地面沉降响应程度相对较高,其中92.00和121.42 m深度下地下水位与地面沉降时序的响应程度最高,反映出该层位的地下水位变化是造成沉降的主要诱发因素。
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微裂缝对灰岩地层固体废弃物回注能力的影响
魏德葆, 纪佑军, 王泽根, 蒋国斌
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1339-1349.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230013
摘要 ( 336 )   [HTML] ( ) PDF(15557KB) ( 166 )  
微裂缝在不同程度上提高了灰岩地层孔隙的渗透性。为了厘清回注过程中微裂缝不同发育情况对钻屑废弃物回注能力的影响机制,确保钻屑回注安全实施,首先采用X射线CT(计算机断层摄影)扫描某气田采集到的灰岩岩心进行数字重构,得到其基质模型,研究废弃物颗粒在孔隙中的运移和沉积机制;然后基于数值算法构建裂缝-基质模型,引入裂缝连通系数与裂缝走向因子定量表征裂缝的连通性和走向,揭示裂缝开度对回注地层渗透率以及废弃物回注能力的影响。结果表明:随着裂缝走向因子增大,横向迂曲度呈减小趋势,减小幅度最大为35.21%,纵向迂曲度呈增大趋势,增大幅度最大为21.59%;f(裂缝连通系数)越大,裂缝-基质模型越容易出现优势通道效应(f≥0.7时尤为显著),渗透率和颗粒逃逸率也越大,其中,在裂缝开度为80 μm时,渗透率相比基质模型增大了0.671 3 μm2,颗粒逃逸率相比基质模型增大了15.06%。
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现代黄河三角洲沉积物粒度特征及其来源
于霁怀, 介冬梅, 李平
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1350-1361.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230020
摘要 ( 623 )   [HTML] ( ) PDF(4211KB) ( 327 )  
现代黄河三角洲位于海陆交互地带,为我国重要的生态保护区,同时也是石油开采地。受河流、潮流、人类活动影响,现代黄河三角洲沉积物粒度组成复杂,物质来源多样。本文共采集了黄河三角洲表层沉积物样品219个,首先采用粒度分析方法分析了现代黄河三角洲沉积物的粒度特征以及沉积物来源,然后采用参数端元模型分析方法对沉积物的物质来源进行了划分,最后采用聚类分析方法分析了表层沉积物类型。结果表明:现代黄河三角洲沉积物粒度组成以粉砂(体积分数71.10%)和砂(27.62%)为主,大部分沉积物粒度分选中等,粒度分布曲线呈近对称分布。沉积物划分为EM1、EM2、EM3三个沉积端元,分别代表三种不同物质来源,其中EM1代表旧河流沉积作用,EM2代表海洋潮流沉积作用,EM3代表现黄河河流沉积作用。将表层沉积物分成三种沉积物类型,结合聚类分析结果将黄河三角洲分为三类沉积环境,其中:第一类主要分布在黄河三角洲等西部河流的中上游,包括马新河、沾利河、草桥沟、挑河,主要为旧河流沉积,水动力较弱;第二类主要分布在刁口河、神仙沟、现黄河(清水沟)等东部河流,现黄河河流沉积作用较强;第三类主要分布在黄河三角洲北部沿岸及潮滩,受海洋潮流作用较强,海岸受到侵蚀。此外,人类活动对黄河三角洲岸线变化也产生了一定影响。
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地球探测与信息技术
面向渗漏探测的堤防磁场分布特性分析
宋俊磊, 周丹, 肖国强, 周华敏, 董凯锋, 晋芳, 莫文琴, 惠亚娟
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1362-1372.  DOI: 10. 13278/j.cnki.jjuese.20230096
摘要 ( 312 )   [HTML] ( ) PDF(16091KB) ( 185 )  
快速确定堤防渗漏隐患的位置信息,对堤防的治理具有重要意义。然而在渗漏通道弱磁数据处理过程中,堤防正常场计算往往需要花费较长时间,严重制约着渗漏隐患的定位效率。为解决上述问题,本文基于有限单元法开展了磁电阻率法探测堤防渗漏的建模仿真工作,探究了不同尺寸堤防内稳定电流场及其外部磁场的分布特性,并构建了一定数量的模型数据库。研究结果表明,磁感应强度y分量在测域中部的整体波动相较于x分量和z分量更大,其值随堤防上宽的增加呈下降趋势,而随斜坡角度的增大或堤防主体高度的增加呈上升趋势。依据本文总结的分布特性,可以预测数据库中缺失的堤防正常场,堤防模型的预测平均相对误差为9.63%。
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基于时域有限差分法的电性源感应-极化效应三维数值模拟
嵇艳鞠, 邓昌伟, 王宇航, 刘航, 吴琼
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1373-1382.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230125
摘要 ( 464 )   [HTML] ( ) PDF(4295KB) ( 327 )  
时域电性源电磁探测法是一种可以有效快速探测矿产资源的方法。极化效应会导致电性源电磁响应快速衰减,发生符号反转现象。本文采用Cole-Cole模型描述极化效应,利用整数阶有理逼近算法实现任意分数阶Cole-Cole模型有理化;采用Yee氏网格对仿真区域进行剖分,基于时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法实现电性源感应-极化效应三维数值模拟。本文对三种典型模型(均匀半空间模型、极化半空间模型和三维极化体模型)的电磁响应进行数值模拟,结果表明:均匀半空间模型的电磁响应与解析解基本吻合,并且相对误差小于10%,证明了三维数值模拟方法的正确性;极化半空间模型与三维极化体模型的电磁响应均在晚期出现了负响应,与极化理论结果相符合。
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鄱阳湖湖滨多宝沙山成因机制
徐俊杰, 陈松, 刘广宁, 刘道涵, 余绍文
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1383-1395.  DOI: 10.13278/j. cnki.jjuese.20230092
摘要 ( 777 )   [HTML] ( ) PDF(28611KB) ( 362 )  
鄱阳湖地区属于亚热带季风性湿润气候带,湖滨却多处发育沙漠。多宝沙山是湖滨面积最大的沙漠,给当地环境造成了非常严重的危害。前人多认为多宝沙山是风成的;然而,沙山多处沿岸露头的地层层理均表现为水成特征。为进一步明确多宝沙山成因,本研究进行了物探(高密度电阻率法和瞬变电磁法)和野外地质露头调查,发现第四系除风成特征外,还具有水成的厚度分布及层序地层特征。本研究认为多宝沙山是风力搬运和水下沉积共同作用的结果,其形成与湖平面多次起伏、彭蠡泽南扩、湖底平坦的地形、三角洲快速沉积、断块差异运动、强劲的冬季风等多重因素在时间和空间上的耦合相关。多宝沙山形成于全新世时期,位于古赣江三角洲前缘亚相,后期发生构造抬升,多宝沙山被强风改造,风沙覆盖了除西山、笔架山之外的古构造高地,最终形成了现今的多宝沙山。
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基于粗-细网络模型分步训练的地震数据重建方法
葛康建, 王长鹏, 张春霞, 张讲社, 熊登
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1396-1405.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230097
摘要 ( 500 )   [HTML] ( ) PDF(6538KB) ( 276 )  
由于地形等复杂条件的限制,叠前地震数据在空间上存在不完整或不规则分布的情况,导致数据出现缺失或混淆等现象。近年来,基于卷积神经网络的方法已经广泛应用于缺失地震数据重建工作。然而一步训练过程的网络模型不足以重建具有宽振幅范围的缺失地震数据,低振幅缺失部分的重建结果仍需改进。因此本文提出一种具有分步训练过程的粗-细网络模型。该模型由粗网络和细网络组成,分步恢复宽振幅范围内的缺失地震数据。在细网络中引入离散小波变换代替池化操作,其可逆性在上采样阶段有利于保留细节特征。模型采用混合损失函数重建缺失信号的真实细节。粗网络的初步恢复结果经过掩码操作处理后输入到细网络,细网络进一步精确恢复缺失部分的低振幅信号。实验结果表明,与残差网络(ResNet)、U型网络(U-Net)和多级小波卷积神经网络(MWCNN)的重建方法相比,本文方法在合成数据和真实数据上展现出更卓越的重建性能:在缺失75%的合成数据上,信噪比为18.818 5 dB;在缺失50%的真实数据上,信噪比为12.255  1 dB。在消融研究中,本文模型重建的均方误差为1.689 3×10-4,信噪比为19.284 6 dB,峰值信噪比为 43.743 5 dB,结构相似性为0.984 1,均优于其他三组对照实验。
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基于变分模态分解的营四段厚层砂砾岩地层细分层序
丁恺, 赵福海, 高莲凤, 李丙喜, 付文钊, 高晨阳, 靳雪彬
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1406-1418.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230044
摘要 ( 360 )   [HTML] ( ) PDF(16062KB) ( 227 )  
利用常规测井曲线对厚层砂砾岩储层进行层序细分,存在界面不清难以确定划分标准的问题。变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)方法分解精度高并且抗噪性能优越,受模态混叠影响小,可以将测井数据内的各级基准面旋回信息分解出来。本文对松辽盆地徐家围子断陷徐西凹陷营城组四段(简称营四段)厚层砂砾岩地层测井曲线应用VMD方法分解得到各频率域固有模态函数(intrinsic mode function, IMF),优选出相关性高的IMF1和IMF10,根据瞬时频率范围和采样率推算出高频IMF1对应短周期旋回,低频IMF10对应长周期旋回。选取对应周期的IMF可以指导对应级别层序的划分,划分出两个三级层序和五个四级层序。VMD方法在营四段的应用表明,该方法适用于厚层砂砾岩地层的高频层序划分。
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准噶尔盆地南缘地区含膏质地层岩性特征及测井识别方法
庞志超, 肖华, 毛晨飞, 陈国军, 梁琬坤, 高明, 张啸
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1419-1431.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230105
摘要 ( 626 )   [HTML] ( ) PDF(22633KB) ( 470 )  
近来年准噶尔盆地南缘地区中生界碎屑岩油气藏屡获突破,成为盆地重要的勘探领域。中生界普遍含有石膏,因此含膏质地层的岩性优选是储层评价的关键。为提高该区岩性识别的精度,并对含膏质地层储层曲线进行校正,本文基于岩石物理实验,分析不同岩性的测井曲线响应特征,对比发现含膏质地层导致补偿中子值降低、声波时差减小、电阻率升高;对含膏质岩性进行了测井识别,并提出了蒙特卡罗数值模拟方法,对膏质砂岩进行不同孔隙度、不同膏质体积分数条件下的补偿中子测井地层模拟,建立了补偿中子孔隙度曲线校正模型,最终实现了岩性的精细划分。解释的岩性与薄片分析对比符合率达到88.2%。
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基于MobileNetV2的岩石薄片岩性识别
王婷婷, 黄志贤, 王洪涛, 杨明昊, 赵万春
吉林大学学报(地球科学版). 2024 (4):  1432-1442.  DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230106
摘要 ( 692 )   [HTML] ( ) PDF(6738KB) ( 210 )  
岩石薄片的岩性识别是地质分析中不可或缺的一环,其精准度直接影响后续地层岩石种类、性质和矿物成分等信息的确定,对于地质勘探和矿产开采具有重要意义。为了快速准确地识别岩性,本文提出了一种改进的MobileNetV2轻量化模型,通过选取5种岩石类型共3 700张岩石薄片图像进行岩性识别。在MobileNetV2的倒残差结构中嵌入坐标注意力机制,融合图像中多种矿物的全局特征信息。此外,改进MobileNetV2中的分类器,降低模型的参数量和计算复杂度,从而提高模型的运算速度和效率,并采用带泄露线性整流函数(leaky rectified linear unit, Leaky ReLU)作为激活函数,避免网络训练中的梯度消失问题。实验结果表明,本文提出的改进后的MobileNetV2模型大小仅为2.30 MB,在测试集上的精确率、召回率、F1值分别为91.24%、90.18%、90.70%,具有较高的准确性,相比于SqueezeNet、ShuffleNetV2等同类型的轻量化网络,分类效果最好。
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