基于循环一致性对抗网络的地震断层训练样本合成方法研究

为了获得真实的地震断层训练样本,提出了基于循环一致性对抗网络的断层训练样本合成方法。使用随机生成的断层标签与实际断层数据作为输入,利用无监督的对抗网络学习断层标签与断层数据之间的联系,生成与断层标签特征相匹配的地震断层样本,由此得到带有标签的断层训练样本集。该方法是一种获取断层训练样本集的方法,一定程度上解决了深度学习地震断层解释缺少训练数据集的问题。对合成断层样本与真实断层进行平均主频与纹理差异的定量分析,结果表明两者具有较高的相似性。使用合成的断层样本训练神经网络,并将结果应用于实际数据测试并进行对比,结果表明合成的断层训练样本具有真实可靠的特点,所提方法可以针对不同工区生成具有目标导向性的断层,能够灵活有效地应用于不同工区的地震断层智能识别。

考虑地震动衰减特性的西安市断层近场区域划分

相较于普通远场地震动,近断层地震动破坏特性更为复杂,引发的危害也更为严重。西安市及周边地区存在多条大型正断层,对其城市建设规划隐患重大。本文以PEER(美国太平洋抗震研究中心)正断层地震动记录为主,使用参数标准化、均值化及汉宁窗平滑化等方法对地震动参数进行了处理,然后根据统计回归分析及最小二乘法线性拟合确定了近正断层地震动的临界断层距,并据此划分了西安近断层地震动区域范围。结果表明:西安周边正断层临界断层距在10~17 km之间,且水平振动的近断层区域范围总是稍大于竖向振动;从西安外环高速内近断层地震动区域划分结果可以看出,西安城区大部分为近断层地震动区域。研究结果可为西安地震小区划及抗震减灾提供一定的科学依据。

缓倾斜煤层坚硬顶板断层活化微震时空演化规律及诱冲机制

以宽沟缓倾斜煤层I010203工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟等手段对工作面过断层的位移场、应力场变化规律进行了研究,并根据现场监测数据,得到以下结论:(1)根据超前支承压力理论计算与现场实测,将采煤工作面过断层分为3个开采区域,正常开采区域、超前影响区域与断层影响区域,工作面推进过程中微震能量变化由“低频次、高能量”→“低频次、低能量”→“高频次、高能量”;(2)受I010203工作面倾斜角度的影响,工作面运输巷微震能量事件多于工作面回风巷,同时根据采煤工作面微震能量事件分析,在采掘扰动作用下工作面极易发生两种冲击类型事故,断层活化型冲击和断层煤柱型冲击;(3)当采煤工作面距断层较远时,构造应力在采掘扰动作用下释放,微震总能量相对活跃,应力表现为应力显现阶段,随着工作面逐渐推进至断层,微震总能量由稳定阶段转变为活跃阶段,同时断层活化显现由蓄能阶段转变为断层活化阶段;(4)分析宽沟I010203采煤工作面数值模拟结果得到,工作面逐渐向断层推进过程中,其断层接触面由初始活化阶段转变为活化稳定阶段,最终接近断层时表现为活化加剧阶段,其与采煤工作面期间微震大能量事件变化规律基本吻合。

铲形断层:发展断层相关褶皱理论的“新引擎”

建立褶皱形态、断层结构和断层滑动之间的定量关系是当前地学研究国际前沿领域之一。Anderson断层理论和断层相关褶皱理论在该领域已经取得了瞩目的成果,二者都基于平面断层假设,但铲形断层及其上覆褶皱、地貌面弯曲变形在自然界中普遍存在,对上述理论形成了挑战。本研究利用前翼三角剪切和后翼简单剪切的综合模式,建立深部和地表耦合的铲形断层传播褶皱模型,用来解释上述构造变形机制问题。在此基础上,开展背斜区三维构造精细解析和铲形断层传播褶皱三维数值建模对比研究,实现构造变形从二维向真三维研究转换;准确限定孕震断层的铲形几何形态,为定量同震和震后变形提供直接的约束条件,为未来地震危险性评估提供科学数据支持;准确落实地下铲形断层和褶皱变形模型、裂缝发育区和构造型圈闭大小,服务于油气勘探开发。因此,铲形断层传播褶皱模型,一方面为完善和提升断层相关褶皱理论提供了新引擎,另一方面对区域构造变形分析、地貌演化重塑、地震危险性评价和油气资源前景评估有着重要的科学意义。

加权断层泥比率法(WSGR)定量判别断层封闭性——以苏北盆地高邮凹陷永安地区为例

断层封闭性评价是断块圈闭成藏条件分析的重要内容,在改进断层泥比率法基础上,提出了一种新的断层封闭性评价方法——加权断层泥比率法(WSGR)。首先,通过不同的地质模型开展断层泥比率法计算参数及影响因素分析,明确了断层断距、泥质含量及泥岩分布特征是泥岩涂抹的重要影响因素;并认为断层断距范围内,滑过目标位置的对置盘所有泥质含量都具有涂抹贡献,但不同点的涂抹贡献不同,距离目标位置越近泥质含量越高的对置盘泥岩点,其涂抹贡献越大。为此引入了一个新的表征参数——距离系数,定义为断层断距与各泥岩点到目标位置距离的差与断层断距的比值,来表征泥岩分布对泥岩涂抹的影响作用;在此基础上,构建了加权断层泥比率计算方法,定义为各点的泥质含量与距离系数的乘积之和再与距离系数之和的比值。利用加权断层泥比率法对苏北盆地高邮凹陷上含油气系统已知的油水层进行封闭性验证,认为当加权断层泥比率值大于0.6时,断层具有较好的封闭性,从而确定了该方法的封闭性判别标准。在高邮凹陷永安等地区始新统戴南组断层封闭性评价中取得了较好应用效果。

井下断层活动的定量监测及其对冲击地压的影响研究

为建立断层活动与冲击地压之间的定量关系,实现煤矿冲击地压有效防控。通过理论分析义马矿区地质构造环境,以及耿村煤矿13200工作面与断层影响带的相对位置关系,研究了断裂构造对冲击地压的宏观控制作用。计算了井田构造应力并进行了构造应力区划分,分析了构造应力分区对冲击地压的控制作用。提出了井下断层活动性的定量监测方法,构建了“震源区煤岩体与动力核区尺度等量,震源能量随传递距离逐渐衰减”的模型,建立了大能量微震事件与断层活动的关系,确定了断层活动性对冲击地压的影响。研究结果表明:义马煤田内相对复杂的逆冲推覆构造体系,构成了义马矿区冲击地压的地质构造背景条件。F_(16)断层的影响带范围为7000~7600 m,13200工作面全部处于F_(16)断层的影响带内,在开采活动的影响下进一步增大了冲击地压的发生危险。Ⅰ-2断裂、Ⅲ-4断裂和Ⅳ-7断裂等控制的区域是冲击地压和大能量微震事件显现的主要区域,且冲击地压和大能量微震事件大多位于应力梯度区范围内。在大能量微震事件孕育和发生期间,F_(16)断层位移分别增长50 mm和45 mm;大能量微震事件发生前,断层活动拉力的增幅均相对最高,分别为2.58 kN和2.93 kN,断层位移量的快速增加和较高的应力增幅构成了大能量微震事件的主要能量来源。表明大能量微震事件和冲击地压的发生均与断层的活动联系紧密。井下断层的实际定量监测方法可以广泛应用于矿井冲击地压预测与防控的指导工作中。

组织变革情境下高管团队断层激活过程的多案例研究

基于组织变革情境,以5家存在高管团队断层现象的企业为研究对象,采用探索性多案例研究方法,运用扎根理论构建组织变革中高管团队断层激活过程与激活模式模型。研究结果表明:组织变革背景下,高管团队断层涉及利益相关断层、权威特征断层及信息认知断层3种类型;三者的激活过程均体现为高管团队构成因素与结构因素在情境因素的催化下引起成员的亚群体归类行为,进而激活断层;三者在断层激活的条件基础和情境动力方面又存在一定差异性,分别侧重于利益要素、资源要素和信息要素驱动断层激活过程;不同类型断层间还存在交互作用,导致各高管团队断层强度呈现明显不同,依据成员间的分化程度可能呈现出平稳式、分化式、激化式3种激活模式。

跨走滑断层简支梁桥模型试验研究

为了探究简支梁桥在地震(活动断层)作用下反复出现的落梁震害的发生原因及其破坏模式,根据试验功能和模型参数需求,设计制作了一套能够模拟断层两盘间产生相对三维运动的试验装置.以跨越走滑断层的简支梁桥为研究对象,通过模型试验研究了其在断层作用下的损毁过程,分析了落梁破坏特征和结构失效模式.结果表明:支座布置显著影响落梁行为,主梁移动、倾斜等过程会加剧桥墩损伤,并可能诱发桥梁的进一步垮塌;断层错动引起土体挤压效应,导致近断层区土压力普遍上升,边跨区土压力变化较小,桩基不同深度土压力变化呈现特定顺序.试验所得数据和结论能够为后续研究提供试验参考,有助于指导未来抗震设计和结构的断层适应性设计.

基于宽频带混合法的跨断层地震动模拟研究

跨断层区域地震动(跨断层工程结构所在极近断层区域的地震动,以下简称跨断层地震动)与近场地震动在空间上的分布规律存在显著差异,而跨断层地震动记录匮乏导致跨断层结构抗震研究难以开展。文中简要介绍了宽频带混合法模拟地震动的基本理论,并以则木河断层为工程背景进行跨断层地震动的模拟,系统研究了跨断层地震动的分布规律。结果表明,模拟的跨断层地震动符合断层滑动模式,并且存在显著的方向性效应、上盘效应和滑冲效应,总体上模拟的跨断层地震动强度符合一定的衰减规律,但受断层破裂的影响会导致不规律甚至反规律。同时,实际地表破裂位置与断层破裂大滑移区对跨断层地震动分布规律会造成较大的影响。通过宽频带混合法人工模拟的跨断层地震动时间序列能解决跨断层地震动实测记录不足的问题,为跨断层结构抗震研究提供有力支撑。

冀中坳陷文安斜坡顺向及反向断层侧向封闭性差异分析

为揭示含油气盆地中断层对油气成藏与分布的控制作用,以冀中坳陷文安斜坡为研究靶区,从顺向及反向断层控制油气富集部位及规模的差异出发,综合滑入断裂带内围岩成分及断裂带内部结构的不对称性等特征,分析不同配置类型断层的泥质含量与风险断距的差异及其对侧向封闭性的控制作用。研究结果表明:(1)在地层沉积环境相近的情况下,断层断距小于单层砂泥岩厚度和断层断距为单层砂泥岩层厚度的奇数倍时,反向断层目的点的泥质成分明显高于顺向断层;断层断距为单层砂泥岩层厚度的偶数倍时,反向断层目的点的泥质成分与顺向断层相等;在文安斜坡沙一段内反向断层的断层岩泥质含量平均值较顺向断层高6%。(2)为封闭较厚的上盘破碎带,顺向断层形成封闭时所需的临界断距明显大于反向断层,文安斜坡顺向断层风险断距的平均值约为反向断层的1.8倍。(3)理论与实例分析共同证实,反向断层更容易形成侧向封闭,这与油气主要富集在反向断层附近相吻合,但在文安斜坡内断层断距约为单层砂泥岩层厚度的偶数倍,断层岩泥质含量近似相等。这可能是导致文安斜坡顺、反向断层封闭烃柱高度近于一致的主要原因。上述结论可为油气田勘探开发提供有利的指导。

中国地震科学实验场三维断层模型Web展示原型系统

活动断层的三维结构和模型是地震危险性研究的基础参数和重要数据。随着对接近真实形态的活动断层三维模型的应用需求不断增加,对这类模型数据的共享及研究的需求也日益增加。数据共享课题的一个重要议题是如何构建基于Web的三维断层模型展示平台,提高数据共享水平和用户体验。中国地震科学实验场(川滇地区)三维断层模型Web展示原型系统①是基于Arc GIS 10.6企业版的Web App Builder工具构建的一个实验性系统。该系统实现了基于Web GIS的三维展示系统的基本功能,并成功测试了更适用于地震行业标准的用户交互方式、基本功能、场景数据迁移方案和三维场景设计方案。场景数据从三维断层建模平台到GIS平台的迁移,是实现基于Web GIS三维展示系统的基础。场景中展示的三维数据采用与二维数据标准一致且视觉上融合度高的可视化方案。实践结果表明,三维数据从建模平台迁出后,应结合数据可视化方案,在属性层面上与二维数据相融合,以保证二维和三维数据在视觉上较好地融合。

跨断层工程输入地震动模拟及地震响应

为解决跨断层结构输入地震动的问题,揭示其地震响应规律,基于断层物理模型并引入等效脉冲函数,构建考虑地震动空间变化特征的转换矩阵,提出一种高、低频叠加的混合模拟方法,实现断层两侧输入地震动的模拟。首先,依据建立的桥址场地断层模型,采用随机有限断层方法生成目标点位的高频地震动;再由走滑断层两侧地震动的脉冲效应和永久位移的特征,采用不同的等效脉冲模型分别模拟断层平行向和法向的低频脉冲分量,两者在截止频率处采用Butterworth滤波器进行高通和低通滤波,依据场地模型以及走滑断层两侧地震动的空间相干性,建立转换矩阵以模拟其空间变异性,最终将匹配滤波后的高、低频分量在时域叠加得到断层两侧的输入地震动。从时程、频谱以及结构响应三方面验证了模拟结果的合理性。以实际的跨断层悬索桥为研究对象,基于OpenSees建立全桥的三维有限元模型,采用模拟的断层两侧地震动进行动力时程分析。研究结果表明:桥梁跨断层的角度和位置,以及永久位移幅值对跨断层桥梁地震响应有显著影响,较大的残余内力和残余位移是造成跨断层桥梁破坏的重要原因。

1999年中国台湾集集M_(W)7.6地震跨断层场地相对运动

为了获得近断层地震动准确的残余位移信息,提出了一种变步长网格搜索地震动基线校正方法。首先基于1999年我国台湾M_(W)7.6集集地震强震动数据,探讨了近断层地震动的位移特征,然后通过地震动时程初始时刻的校正获得了集集地震多组上、下盘台站之间的相对运动时程数据,分析了分别靠近断层上、下盘场地之间相对运动的位移时程特征。结果显示:近断层地震动的滑冲效应显著,断层的平均滑冲速度可高达1.4 m/s;断层两盘间的相对运动类似于近断层地震动的运动特征,且幅值更大;近断层的残余位移约是断层两盘间最大相对位移的80%.

义马矿区大型逆冲断层防冲方法研究

大型断层活化会导致煤矿冲击地压灾害频发,保证开采工作面与断层的充分距离是防治此类冲击地压的关键手段之一。以义马矿区大型逆冲断层为例,基于钻孔探测和沉陷观测,分析了断层空间形态、断层运动特征及其与冲击地压的关联性,基于矿区开采下的冲击显现归纳与断层滑移模拟,提出了冲击次数与断层距离呈反比例的关系,得到避免断层滑移的工作面-断层安全距离,制定了逆冲断层条件下的井间工作面接续方案,微震监测评估了防冲效果。研究结果表明,断层对浅部的水平应力环境起主导作用,断层滑移错动过程中上盘地表抬升程度高于下盘,断层错动诱发了工作面冲击显现。工作面距离断层越近,断层运动越明显,冲击显现频次和能量越高,避免断层活化的工作面-断层最小安全距离为455 m。相较于近断层工作面开采,跃进-常村井间区域的远断层工作面开采使断层活化次数、冲击显现程度和微震能量显著降低。研究结果为大型断层条件下冲击地压控制技术提供理论基础。

单光子发射计算机断层扫描-计算机断层扫描局部断层融合显像对胰腺癌125 I粒子植入术后诊断价值

目的探讨单光子发射计算机断层扫描-计算机断层扫描(SPECT-CT)局部断层融合显像对胰腺癌125 I粒子植入术后诊断价值。方法回顾性分析2016年12月至2019年2月于郑州大学第一附属医院行125 I粒子植入术胰腺癌患者6例,患者术后48 h内行SPECT-CT上腹部局部断层融合显像。患者术前、术后均行放射治疗计划系统(TPS)计划及验证。结果6例胰腺癌患者SPECT-CT局部断层融合显像显示,胰腺癌肿块内125 I粒子分布均匀,其粒子及周边区域放射性分布均匀,肿块周边正常组织内放射性明显减低,肿块内未见明显放射性分布稀疏区、缺损区,放射性分布与术前TPS计划及术后TPS验证基本一致。其中1例患者腹腔肠道内游离粒子1颗。结论SPECT-CT局部断层融合显像对胰腺癌125 I粒子植入术后肿块内粒子及放射性分布提供良好的影像学信息。

煤矿“Y”型断层分支底板断裂力学判据及模拟研究

【目的】断层分支作为主断层的一部分普遍存在,不易引起人们重视,但断层分支是引起突水的主要因素之一。【方法】以安徽刘庄煤矿为工程地质背景,在考虑Mohr-Coulomb准则岩体压剪断裂判据基础上,建立断层分支渗流与应力双重影响下的断裂力学灾变模型,分析得出断层分支发生劈裂破坏时的临界水压及断层分支到底板破碎区最小安全距离,研究断层倾角、最小主应力、主断层长度和渗透水压对临界水压及最小安全距离的影响规律和主控影响因素,并模拟分析断层分支在采动影响下塑性区及渗流场的演化特征,开展现场压水试验的验证工作。【结果和结论】结果表明:(1)断层分支倾角越大越易发生突水;最小主应力越大,断层分支裂隙越不容易发生扩展;(2)当主断层倾角为60°且断层分支与主断层夹角为60°时,模拟分析结果显示在工作面推进至断层分支正上方位置时,断层导升通道整体活化贯通;当工作面推过断层分支正上方10 m后,断层分支尖端裂隙与工作面底板破坏带贯通并引起底板突水;(3)通过现场压水试验验证了理论计算的正确性,证实断层分支会造成底板裂隙提前与断层相互贯通,引起工作面出水。研究结果可为煤矿采场底板含此类断层分支时的防水煤柱留设提供一定参考。

地面定向钻孔预注浆掩护巷道穿断层破碎带技术应用

为了解F2断层发育情况,解决岩巷穿断层期间由于顶、底板及巷道围岩破碎导致的水害、断层破碎带支护问题,在分析矿区地质条件的基础上,通过实施地面L型多分支定向钻孔对巷道穿F2断层周围破碎岩体进行预注浆加固,综合运用理论计算、工程效果监测分析等方法,对巷道掘进期间的围岩塑性圈范围进行了理论分析研究;实测分析了F2断层地面区域治理工程注浆前后地层单位吸水量变化及注浆效果。结果表明,地面定向钻孔高压预注浆有效提升了巷道围岩稳定性,研究成果为类似地层条件下巷道的安全、高效掘进提供了实践经验。

断层群顺层瓦斯钻孔全覆盖施工方法

针对中厚煤层断层群区域施工顺层钻孔易见岩遗留空白带的问题,分析断层位置和断层落差对钻孔设计参数的影响以及钻孔见煤岩情况和钻屑成分对钻孔施工的影响,提出中厚煤层断层群顺层钻孔全覆盖施工方法,并在21212回采工作面进行了实践应用。实践表明:已揭露断层且落差小于煤厚,钻孔施工可直接穿透断层覆盖上下两盘煤层;已揭露断层且落差大于煤厚和未揭露断层,钻孔施工可先探测分析上下盘发育情况,再调整开孔位置和倾角覆盖断层上下两盘煤层。

采动岩体损伤与断层冲蚀协同致灾时空演化机制

随着我国煤矿开采向深部延伸,断层突水成为威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。基于采动诱发断层突水相关研究成果,笔者提出了采动岩体损伤破裂−破碎岩体(断层)冲蚀协同致灾的突水概念模型,推导了2种介质的渗透性演化方程,系统性构建了工作面采动破坏与断层内部颗粒冲蚀协同致灾力学模型;数值模拟研究了采动岩体变形破坏、断层内颗粒运移以及渗流通道演化特征,系统性阐释了采动诱发断层突水的渗流灾变时空演化机制。研究结果表明:①随着工作面不断推进,底板采动岩体损伤场与断层冲蚀裂隙相连通,形成了含水层—断层—采动裂隙—工作面的渗流路径,并随着冲蚀时间增加,最终发展成为数条优势导水通道,造成工作面涌水量的急剧增大并发生滞后突水。②随着渗流时间增加,断层内部涌水量、裂隙开度均表现为缓变—突增—稳定3个阶段,冲蚀颗粒体积分数则呈现先增大后减小的变化趋势。③在研究矿区地质条件下,为预防发生断层突水,可采取超前注浆或留设防水煤柱等方法,超前注浆时间应在底板裂隙带连通断层之前,若不采取注浆措施则合理防水煤柱的留设宽度不应低于20 m。

克拉通内盆地走滑断层地震判识的若干陷阱

克拉通盆地内走滑断层位移量小、变形微弱且构造复杂,深层地震低分辨率识别走滑断层困难且受诸多假象影响。通过剖析塔里木和四川盆地克拉通内走滑断层的典型地震现象,结合地质因素综合分析辨别走滑断层是否发育,总结了典型的地震假象并建立三大类陷阱模式,主要包括:①基底陡崖、阶梯状断裂与断垒结构可能误判为“花状构造”,基底盖层垂向发育的相似褶皱也可能成为走滑构造假象;②喷发岩、蒸发岩厚度、岩性的横向变化,可能造成地震层速度横向突变,导致下伏岩体在地震剖面上产生似走滑断层的高陡假象;③垂向规模发育的沟谷地形、岩溶地貌、岩相相变等地质现象可能出现似走滑断层的地震响应。为避免这些地震解释陷阱,在提高走滑断层地震分辨率的基础上,排除蒸发岩和火成岩的速度影响,剔除地形地貌与岩相变化的影响,并基于以地震平面属性为主的典型走滑构造识别,排除地震走滑断层的假象,建立合理的走滑断层地震地质解释模式。