煤层采动底板突水物理模拟试验研究进展与展望

【目的】底板突水受特定地质构造、水-岩-应力及采掘扰动等因素叠加作用影响,具有复杂性、隐蔽性、突发性等特点。【方法】物理模拟试验能较好地还原底板岩层与承压水赋存环境、直观展现采动底板裂隙扩展及突水路径演化全过程、实时获取灾变各阶段多源数据信息,因而在底板突水研究方面具有独特优势。【结果和结论】对底板突水经典理论、标准规范、模拟试验及工程实践等方面的研究成果进行了回顾,重点梳理了试验加载装置及水压模拟方式、相似材料研制及其特性指标、监测技术及其观测系统设计3个方面的研究进展,其中在模拟水-岩-应力耦合环境下的三维模型底板突水全过程信息捕捉方面有较大突破。面对数智化研究大背景,分析当前底板突水物理模拟试验领域存在的不足,并据此指出未来应重点关注大型三维底板突水综合试验平台研制、基于标准化的多特性相似材料配比数据库建立、多相多场多维耦合监测预警系统构建、人工智能等数智化技术融合应用研究等发展方向。提出的思考有助于从装置、材料、技术等方面提升未来物理模拟试验水平,从而更好支撑煤矿底板水害数智化防治基础研究工作高质量发展。

道路地下空洞探地雷达波场和时频特性

根据城市道路地下介质的分布特征和电性参数设计模型,采用时域有限差分法和广义S变换,对道路地下存在的充气空洞、充水空洞、回填不密实、埋藏金属物状态进行探地雷达正演模拟和时频特征提取。结果表明,地下空洞顶界面的反射波同相轴均呈弧形反射形态,但充气空洞的反射波能量强于充水空洞;地下空洞发育区域的中心频率集中在某个低频区间,其余频率成分分布较均匀;埋藏金属物区域出现两簇高幅值能量团,频率分布较分散;回填不密实区域频率未能显示出较明显的规律。最后,通过工程实测验证了数值模拟的可靠性。

我国黄土高原地区地震动衰减关系研究的若干进展

地震动的衰减关系是指地震动随震级、距离和场地条件等变化的经验关系,近年来在我国亦被称为地震动预测方程,是估计地震动及其影响场的主要方法之一,在地震区划和重大工程场地地震安全性评价中被广泛应用。黄土是一种特殊土,在我国广泛分布。我国黄土高原地区地质构造复杂,新构造活动强烈,中强地震频发,地震动的衰减关系有其特殊性,总结我国黄土高原地区地震动衰减关系的研究成果对促进黄土高原地区抗震研究有重要意义。在简要介绍国内外地震动衰减关系研究的基础上,全面系统地总结我国学者在黄土高原地区的地震烈度衰减关系,基岩和土层场地地震动峰值加速度、峰值速度、峰值位移以及反应谱衰减关系方面的研究成果;评述和讨论在黄土覆盖地区地震动衰减研究领域存在的问题和今后的研究方向。文章的研究工作对从事黄土高原地区地震工程研究的科技人员有重要参考价值。

积石山M6.2地震诱发秦阴村黄土震陷灾害研究

2023年12月18日在甘肃省临夏州积石山县发生的M6.2地震诱发了多处黄土震陷灾害。通过对积石山县石塬镇秦阴村黄土震陷灾害进行现场调查,得出灾害的主要特征;利用原状黄土开展室内试验,研究秦阴村黄土的物性参数特征、微结构特征和震陷性,结合现场调查结果分析震陷灾害产生的主要原因。研究结果表明:秦阴村震陷区内土体酥裂,裂缝发育,边缘土体坍落或产生滑坡;土层呈反倾台阶状震裂破坏,最大沉降量57 cm,裂缝最大长度约300 m,宽度约83 cm。震陷区黄土土质疏松、含水率较高、架空孔隙发育、颗粒胶结较弱,具备产生震陷的土性条件。震陷区黄土层厚度较大,地震的等效动应力大于土体产生震陷的临界动应力,且地震动持续时间较长、卓越周期较大,使得场地产生了严重的震陷破坏。

新疆乌什7.1级地震前GNSS变形特征分析

2024年1月23日新疆乌什发生7.1级地震。为了研究震前GNSS变形特征,通过对比分析GNSS基线时间序列结果和区域应变结果,发现迈丹断裂带东西两段的地壳运动有所差异,东段的运动较强,乌什地震即发生在断裂带东段;利用4期速度场结果,计算得到动态应变场变化,从NS向应变场结果可以看出该区域的应变量值持续增加,应变持续在积累状态,从长期背景场可以看出7.1级地震发生在应变高值区的边缘;发震断层东西两侧的挤压滑动速率存在明显差异,西侧为(1.0±0.35)mm/a,东侧为(4.1±0.51)mm/a,且东侧的闭锁程度较高。研究认为迈丹断裂带两侧运动差异明显,乌什7.1级地震发生在滑动速率较高的东段,且该区域处于应变高值区的边缘。

页岩油气开发诱发地震的研究现状及进展——以加拿大、美国和中国为例

页岩油气的开发助推了全球油气储量及产量增长,重塑了全球能源格局。伴随着页岩油气开发过程中的水力压裂和废水处理,页岩油气田附近的诱发地震频率急剧增加,其中大多数为微地震,但破坏性地震也时有发生。这种现象主要发生于美国中西部、加拿大西部和中国西南地区。页岩油气开发诱发地震成因复杂,目前普遍认为主要有三种诱发机制:静态库仑应力变化、孔隙弹性介质理论和流体压力扩散及无震滑移。在汇总全球主要页岩油气诱发破坏性地震分布及其诱发机制的基础上,以加拿大的不列颠哥伦比亚省霍恩河盆地和阿尔伯塔省的Fox Creek地区,美国的科罗拉多州南部、新墨西哥州北部的Raton盆地和俄克拉何马州,中国的重庆市荣昌地区和四川省长宁—兴宁地区为例,系统论述页岩油气开发典型诱发地震的基本情况和诱发机制,介绍诱发地震的前瞻性预测与管控措施,并对页岩油气开发诱发地震的研究现状及进展进行总结和展望。

基于GMT脚本的AMT数据曲线图批量绘制方法与应用研究

AMT法观测天然交变电磁场,通过数据处理和反演可获得地下介质的电性分布特征,近年来得到了广泛应用。AMT数据曲线图包括测点信息、视电阻率和阻抗相位曲线及数据,可直观反映测点数据质量和曲线类型,是重要的原始资料。加拿大Phoenix Geophysics公司的MTU-5A和V8大地电磁仪是国内最常见的AMT仪器,原始数据经预处理,用MT-Editor软件编辑后可以批量导出PLT格式文件,使用awk命令可从PLT文件中提取测点信息和视电阻率、阻抗相位数据,利用GMT绘图软件将测点信息和数据绘制成图,结合循环语句可达到批量成图的目的。AMT数据曲线图可应用于原始数据质量评价和AMT测深曲线类型判别,在工作区地电规律研究中具有重要意义。

不同供电方向激励对多极距组合中梯装置三维激电探测效果的影响

本文基于直流点电源三维非结构有限元数值模拟技术和不完全高斯-牛顿三维反演方法,讨论近些年兴起的多极距组合中梯装置三维激电法不同供电方向激励对探测效果的影响,为中梯装置三维激电测量供电方向的合理选择提供依据。首先,设计了多个不同的三维地电模型,在横向供电(供电方向垂直于构造走向或目标体延伸方向)、纵向供电(供电方向平行于构造走向或目标体延伸方向)、横向和纵向双方向组合供电3种方式下,开展理论模型的三维正反演试算。然后,选取某矿区在这三种方式下获取的三维激电实测数据进行三维反演。最后,对理论模型合成数据和实测数据的三维反演结果及矿区已有地质资料进行综合对比分析。研究结果表明:横向供电、纵向供电、横向和纵向双方向组合供电三种方式激电数据的三维反演结果均能有效反映研究区的岩性分布和构造展布特征;但在揭示研究区的局部异常信息方面,横向和纵向双方向组合供电方式激电数据的三维反演结果展示的异常信息更为丰富、完整,而横向供电或纵向供电单方向供电方式激电数据的三维反演结果揭示的异常信息不完整,有可能漏掉部分有效异常信息。

次生黄土介质环境地下管线雷达探测正演模拟及实践

西北地区城镇地下管线大多敷设于自然和人工形成的次生黄土介质环境中,次生黄土介质的介电分布的不均匀性,对探地雷达所探测地下管线反射信号造成的干扰,却往往被工程师忽略,增加了地下管线雷达探测信号解译误差。本文根据西北地区地下管线敷设的次生黄土介质环境特征,基于gprMax建立了非均质和均质土体介质环境中包含金属管及塑料管的介电模型,对上述模型进行了正演。在开展反射信号图像分析、单道反射信号分析和幅度谱分析的基础上,利用工程实践对次生黄土介质环境中敷设的金属管和塑料管探测信号特征进行验证。结果表明:非均质土体介电模型与实际岩土介电模型的图像信号更接近;奇异值法可将实测信号的目标可辨度提升2倍以上;金属管的反射波峰值比塑料管高3.7倍;金属管计算深度比实际深度浅,塑料管计算深度比实际深度深;次生黄土介质环境中,金属管与塑料管的幅度谱的主频应集中在200~400 MHz范围。研究结果可以指导次生黄土环境中金属管和塑料管的信号分析和特征识别,提高探地雷达图像的解译的效率。

2024年1月23日新疆阿克苏地区乌什县M S7.1地震对周围断层的应力影响及对余震的触发作用

为研究2024年新疆阿克苏地区乌什县M S7.1大震对周边区域应力的影响,基于美国地质调查局(USGS)给出的主震破裂模型,计算此次地震对周边地区产生的同震位移场及应变场,结果发现:体应变在震源西北侧呈现拉张,东南侧呈现挤压;面应变的分布与体应变的形态基本相似。为研究该地震对余震的触发情况,首先需要确定接收断层的断层面参数,对中国地震台网发布的2024年1月23日到2024年4月10日的余震震源机制节面聚类分析,得到两簇结果,选择标准差较小的二簇节面进行平均,得到走向为243.91°,倾角为64.97°;将乌什地震震源区的构造应力场投影到该发震断层上,得到滑动角为61.02°。将这些参数作为余震接收断层的断层面参数,同样基于USGS给出的主震断层破裂模型,计算主震产生的静态库仑应力,研究发现:区内库仑应力均超过0.01 MPa阈值,且库仑破裂应力最大值达0.3 MPa,大多数余震处于库仑应力变化的高值区;表明主震产生的静态库仑应力促进了余震的发生。为研究该地震发生对周围断层的影响,根据前人给出的周边断层的几何和滑动特性,计算在周边断裂上沿滑动方向上的库仑破裂应力变化,研究发现:本次地震对迈丹—沙依拉姆断裂库仑应力最大增加量达到0.22 MPa,喀拉铁克断裂、衣木干他乌断裂、塔塔埃尔塔格断裂、奥兹格尔他乌断裂、柯坪断裂的库仑应力变化并不明显,迈丹—沙依拉姆断裂库仑应力增加最大,应注意该断层的地震活动性。

基于Newmark模型的积石山6.2级地震滑坡快速评估

2023年12月18日甘肃临夏回族自治州积石山县发生6.2级地震,引发大量的滑坡和崩塌等地质灾害。基于黄土高原强震数据库中2013年岷县—漳县6.6级地震的地震动记录回归分析所得的Newmark位移预测模型,利用震前精度为30 m分辨率地形以及1∶250万地质图等数据,考虑竖向地震加速度以及冬灌的影响,对距震中扩展100 km范围内的地区进行滑坡危险性快速评估,并与震前地质灾害分布以及震后遥感解译和实地调查结果进行对比。研究结果显示:静态安全系数较低的区域更容易发生地质灾害;滑坡危险区主要位于距震中27 km的范围内,危险区内河道和分水岭发育,地层以新近系和第四系为主,与已有研究结果的重合度较高。研究表明,Newmark位移法适用于积石山区域内的震后滑坡危险性评价,但其并未考虑土体液化的情况,低估了液化灾害发生的危险程度。

乌什7.1级地震烈度评定与震害特征分析

2024年1月23日乌什7.1级地震发生后,根据震后震害调查结果,并结合震区遥感影像、震源机制和发震构造绘制地震烈度图。在本次烈度图的绘制过程中,Ⅸ度地处山区,缺少强震台网的布设,故在确定Ⅸ度烈度圈时首次参考InSAR结果。通过对比震害调查结果和仪器烈度结果,发现二者吻合度较高,所以在本次确定烈度圈边界时参考仪器结果。本研究重点讨论在不同烈度区内各类房屋的破坏情况以及地震地质灾害现象,分析判定各类房屋震害特征。

2023年12月18日甘肃积石山6.2级地震强震动记录特征分析

2023年12月18日,甘肃省临夏回族自治州积石山县发生6.2级地震。基于甘肃地震预警台网获取的此次地震强震动记录,完成基线校正、滤波等基本数据处理后计算出地震动相关参数,分析此次地震震中200 km内的幅值、反应谱和持时等重要特征,并绘制峰值加速度等相关参数空间分布图。结果表明:此次地震震中200 km内获取到的峰值加速度范围为1.2~1511.6 cm/s 2,峰值速度范围为0.1~85.9 cm/s,由于地形和场地影响,地震动峰值随着震中距的增大而衰减。将实际观测值与常用的五种衰减模型预测值进行对比,表明YU模型对甘肃积石山6.2级的预测结果要明显优于NGA-West2的四种模型,但五种衰减模型都明显低估了实际观测值的最大峰值。通过对比两个邻近震源台站的5%阻尼比加速度反应谱与设计谱,发现三分向高频成分加速度反应谱均远超过7度罕遇地震的设计谱,且反应谱峰值周期均在0.5 s以内。通过计算5%~75%和5%~95%两种重要持时,发现持时随着震中距的增大而增大,且与Afshari&Stewart 16预测方程均基本吻合。

基于地球物理电性特征的踏卡穹隆构造研究

这是一篇地球科学领域的论文。踏卡穹隆与江浪穹隆位于松潘—甘孜地块南缘,地质特征显示其物质组成、变质-变形特征较为相似。江浪穹隆发现有里伍、黑牛洞、中咀等铜锌矿床,但踏卡穹隆同层位还未发现相似矿床。为查明踏卡穹隆中深部构造特征及成矿的关系,本次开展了不同时代地层的地球物理电性参数测定和音频大地电磁测深剖面,以获得地下中、深部电性特征。结果表明,穹隆总体显示为两侧低、中阻,核部高阻为主夹杂低阻的特征,整体电性特征与穹隆结构的时空规律相吻合。深部电性剖面中出现3条主要低阻异常带,推断为低阻岩性、断层或构造破碎带的反映;3条主要高阻异常带,推断为踏卡穹隆内完整的中、高阻特征的中元古界里伍群上段(Pt2l3)岩体反映。上述认识为探索踏卡穹隆中、深部地质空间结构提供了地球物理学上的证据。

2023年积石山6.2级地震热红外异常研究

应用卫星遥感数据,采用相对功率谱法和均线差值振幅增强比法,提取甘肃积石山6.2级地震前的热红外信息。结果表明,震前存在显著的热红外异常现象。相对功率谱法提取到的热红外异常现象分为两个阶段:(1)在2023年10月以托莱山断裂和冷龙岭断裂交汇处为核心区,出现了沿北东向展布的热红外异常(功率谱最高值超过8);(2)在2023年11月,冷龙岭断裂和金强河断裂交汇处至日月山断裂和拉脊山断裂交汇处出现了较弱的热红外异常(功率谱最高值不到7),异常的空间演化逐步向震中靠近。均线差值振幅增强比法的计算结果显示出背景性异常的特征,9月在祁连山中东至甘东南段出现了显著的长波辐射异常,两种热红外异常提取方法的结果起到了互相佐证的作用。

井—电联合勘探与三维地质建模在某填埋场环境调查中的应用

地质勘探的精度是影响非正规垃圾填埋场环境综合调查成果可靠性的重要因素之一。选择某非正规垃圾填埋场,采用钻井—高密度电阻率法进行联合勘探,实施754个高密度电法测点,12口参数井和航测工作。基于填埋层、填埋基底二元分析方法以及模糊数学理论解释分析了4层填埋物、基底和渗滤液的分布特征。建立填埋场三维地质模型,分析了环境地质要素的空间展布特征。钻孔验证结果与方法适用性评价表明,钻井—高密度电阻率法联合勘探可应用于非正规垃圾填埋场调查,以获取符合场地特征的可靠地质成果。

采用2021年青海玛多地震序列震源机制节面聚类确定发震断裂几何形态

地震断裂带形状是活动构造和地球动力学的重要资料。2021年发生的玛多地震序列提供了丰富的震源机制资料,为统计震源机制节面并估计玛多地震发震断层面形状提供了很好机会。文章对地震的震源机制资料进行基于密度的聚类来确定断层的几何形态。首先对收集到的玛多地震序列的震源机制解进行中心解求解,从而获得更为精准的数据,然后对其进行DBSCAN方法的聚类分析,得到断层的走向为113.5°,倾角为88.2°,通过震源机制反演应力场,并将应力场投影到断层上,得到断裂带的相对剪应力和相对正应力分别为0.84和-0.79,剪应力强度较大,滑动角为-0.72°。结果表明玛多地震是发震断裂受NE-SW的挤压和NW-SE的拉张,形成了较大的剪切力,从而促使近东西的江错断裂发生左旋走滑错动所致。

2020年唐山古冶5.1级地震前后岩石圈磁场异常变化分析

基于唐山及周边地区2019年9月-2021年4月连续4期流动地磁观测资料,获得唐山地区岩石圈磁场异常变化模型,以此分析2020年7月12日唐山古冶5.1级地震前后半年期岩石圈磁场的时空变化特征。结果表明:(1)岩石圈磁场变化的水平矢量在地震前出现明显的方向转向和幅值弱化的现象,地震前后经历了“由震中向周边分散→由周边向震中汇聚发震→方向反转”的时空演化过程;(2)震中附近各测点岩石圈磁场总强度值在地震前后具有规律性时序变化,均呈现“震前缓慢减小→同震时期急剧增大→震后急剧减小”的特征;(3)基于压磁效应和断层亚失稳模型分析,地震前后岩石圈磁场异常的时空变化特征或许是由震中附近主要断裂地应力的积累和释放所致。

综合物探法在受污染的岩溶勘察中的探究

物探方法在岩溶地区勘查岩溶发育区或岩溶发育管道时,因为高密度电法的可靠性、稳定性、抗干扰能力强的特点被普遍应用。本次在贵州省六盘水市盘州市因煤焦化厂发生含油废水溢流事件,致使受污染区域的地下介质的导电性和介电常数改变。主要对高密度电法在这样的条件下得到的结论进行分析,为获得有效结果引出了另一种物探方法。

青藏高原东南三江流域黄土类堆积体斜坡地震作用下的动力响应试验研究——以四川巴塘下归洼滑坡为例

青藏高原东南三江流域广泛存在堆积体斜坡,该类斜坡极易演化为滑坡灾害。以四川巴塘下归洼斜坡为例,通过振动台模型试验研究地震诱发的堆积体滑坡动力响应特征与破坏模式。试验结果表明,在地震作用初期,由于孔隙被挤密,斜坡的自振频率增大;在茂县波激励下,斜坡肩部动力响应最强烈。高幅值茂县波激励下,因斜坡整体刚度降低,放大效应减弱。Hibert谱描述了地震波在斜坡中的传播特征,向斜坡顶部传播时,地震波高频能量显著增强,地震波经过堆积层后,放大效应减弱。在足以致使堆积层滑动的强震作用下,坡表一定深度下动力响应呈现一致剧烈现象,斜坡上部会形成“脱离体”,“脱离体”在地震作用下上下颠簸运动;在临滑时,坡表出现最强烈的动力响应。斜坡的破坏模式为:地震初期,在重力和地震耦合作用下,坡表土体剥落;随地震幅值增加,坡肩与堆积层发生明显相对位移,堆积层表面出现裂缝;最终,坡脚发生明显相对位移,随后堆积层偏离基岩加速滑塌。基于地震信号特征的斜坡堆积层滑落过程可分为三阶段:(1)稳定阶段;(2)临滑阶段;(3)滑移阶段。