深埋岩溶隧道爆破开挖对围岩损伤及渗流特性的影响

深埋岩溶隧道开挖会造成围岩特殊的损伤破坏形式,并且损伤区也会影响围岩渗流场及隧道边界的涌水状况,对深埋岩溶隧道爆破开挖作用下围岩的损伤及渗流特性有重要的研究意义。为了研究爆破开挖对深埋岩溶隧道围岩损伤及渗流的影响规律,基于COMSOL Multiphysics软件建立数值模型并嵌入应力-渗流-损伤耦合方程式进行计算,采用解析法计算了简化条件下岩溶隧道开挖时围岩的应力分布,并与数值计算结果进行比较。结果表明:解析法与数值法计算的围岩应力分布有一致性,爆炸荷载使靠近溶洞侧隧道肩部及脚部区域会产生较大的拉应力;爆破后会在隔水岩柱形成“齿”状损伤区,同时引起肩部及脚部区域流速的增加,其可作为判断溶洞方位的参考依据;溶洞净距减小、洞径及水压增加会引起“齿”延伸倾角及最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的增加,可根据“齿”延伸方向判断损伤区检测的合理方位,根据最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的变化,合理调整涌水防治措施强度及重点防治部位。研究成果可为溶洞位置判定、隧道损伤区检测以及边界涌水防治措施提供参考。

中国深层、超深层气藏开发关键技术与对策建议

中国在深层、超深层油气勘探开发方面已经取得了重要进展,中国石油天然气集团有限公司(以下简称中国石油)已在塔里木盆地和四川盆地建成两大深层、超深层天然气生产基地,但目前仍存在制约此类气藏高效开发的核心问题。为促进深层、超深层气藏实现高效开发,回顾了中国石油在不同类型深层、超深层典型气藏的开发实践历程,系统梳理了气藏开发过程中面临的问题与挑战,总结了气藏开发的关键技术,最后提出了深层、超深层气藏开发对策与建议。研究结果表明:①形成了深层、超深层岩溶型碳酸盐岩气藏小洞微缝储层量化表征技术和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏多尺度裂缝动静态描述技术,实现了储层孔隙结构特征参数的量化表征和不同尺度裂缝的精细刻画与空间预测,提高了开发井的成功率,确保了储量高效动用;②形成了开发单元划分与水侵通道刻画技术和裂缝非均匀水侵动态评价技术,实现了不同开发阶段水侵动态评价和水侵状况准确预报,为不同开发单元制订差异化的开发技术政策奠定了基础;③建立了岩溶型碳酸盐岩气藏全生命周期递进式控水开发模式和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏控排水协同提高采收率技术,实现了气藏均衡开发,整体提高了气藏采收率。结论认为,深层、超深层气藏地质、工程环境复杂,储层非均质性强,需进一步加强气藏前期评价、布井模式攻关、不同区块水侵规律等方面研究,且需做好气田群协同开发的整体研究。

深层断溶体油气藏钻完井储层保护技术挑战与对策

深层断溶体油气藏储层裂缝发育,易导致大量工作液漏失,造成严重储层损害。以顺北区块奥陶系碳酸盐岩储层为例,考虑储层超深、超高压、超高温与断裂带特点,综合工区钻井液漏失情况、储层物性特征、矿物组成和裂缝发育情况,结合流体敏感性、应力敏感性与储层润湿性评价,揭示了深层断溶体油气藏储层损害机理。钻井液漏失是深层断溶体油气藏最重要的储层损害方式,岩体结构破碎、储层非均质性强、走滑断层裂缝缝面光滑及高温长井段循环进一步加大了储层保护的难度;通过采用控压钻井技术,结合抗高温高酸溶屏蔽暂堵技术与抗高温强滞留堵漏技术,可以达到较好的储层保护效果;根据深层断溶体碳酸盐岩油气藏裂缝发育特征,钻进全程加入高强度架桥材料,利用鳞片状岩屑作为填充材料,达到钻井过程防漏与开发过程预防裂缝应力敏感性的效果,实现漏失控制—储层保护—增产增渗的一体化目标。

侧部承压溶洞与深埋隧道间隔水岩体安全厚度研究

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明:隔水岩体最小安全厚度H_(min)与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力q_(w)、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对H_(min)影响程度由大到小依次为h、φ、E、L与q_(w),其中h与φ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下H_(min)变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了H_(min)理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。

岩溶地层地铁车站深基坑渗漏灾害成因分析

[目的]富水岩溶深基坑施工开挖常发生基坑侧壁或底部突涌灾害问题,应针对富水溶洞地层深基坑开挖时的渗流稳定性进行深入研究。[方法]依托佛山地铁3号线中山公园站深基坑开挖工程,对深基坑渗流特性及坑底涌水机理进行深入研究,建立了基坑-土体-溶洞三维数值模型,采用等效渗透系数法对岩溶-地层渗流场进行耦合模拟。[结果及结论]通过仿真模拟分析,获得了不均匀地层中岩溶区富水程度对基坑渗流场及涌水量的影响规律,阐明了基坑底部土体竖向平均水力坡降演变特性,揭示了该地岩溶区基坑底部突涌水机理,研究结果可为富水岩溶地区深基坑工程的设计与施工提供参考。

地下溶洞形态分析与可视化

我国是世界上喀斯特地貌面积分布最广泛的国家之一,岩溶类型繁杂,发育较齐全,占国土面积的1/3。岩溶地区存在的主要地质问题有溶洞、断层和软弱地质带等,其具有隐蔽性、突发性和反复性等特点,已成为南方岩溶地区城市工程建设开拓中面临的主要问题。随着激光扫描设备的不断进步和发展,三维激光扫描技术能在封闭式、环境复杂的空间进行自动化测量,具有操作简单、扫描速度快、高分辨率和高精度等特点,可极大地节约测量时间与成本,现已逐渐适应了更广泛的工程应用领域。使用钻孔式三维激光扫描仪获取地下溶洞空间的三维点云数据,针对精度要求较高的复杂空间结构,可能需要布设多个测站进行不同角度扫描获得全局信息。然后,利用深度学习强大的特征学习能力进行点云配准,通过构建数字化模型,客观真实地反映洞内空间形态特征,这将为设计人员提供更精确的岩溶空间信息,制定安全预防措施计划,确保工程施工有序推进。

面向断溶体缝洞储层的智能化散射波地震成像方法

为促进断溶体缝洞型储层的高效勘探开发,在强反射背景下利用绕射波信号实现小尺度地质体的高精度成像,提出一种反射波和绕射波智能化分离及联合成像方法。根据反射波和绕射波在倾角域成像道集中的几何特征差异,首先搭建生成对抗神经网络(GANs),实现反射波和绕射波的运动学识别和分离;其次,根据波形振幅特征,利用自适应相减实现反射和绕射动力学分离;最后,将分离的道集进行叠加成像,获得能够反映连续阻抗界面的反射波成像结果和可以反映小尺度地质体的绕射波成像结果。结果表明,所提出的方法可以有效提高断溶体储层的成像精度,实现小尺度溶洞地质目标体高精度地震成像。

喀斯特地质复杂施工环境深基坑内无空间降水控制技术

云南作为高原喀斯特地质集中分布区之一,其明显的特征就是溶洞多。罗平县妇幼保健计划生育服务中心综合楼建设工程,其所处场地岩溶洞隙、节理、裂隙较发育,场地岩溶地貌特征明显,且场地水位较高,周边全是居民住宅楼,施工环境复杂。为此,在工程建设中,根据现场溶洞的发育情况、水位情况及周边施工环境情况进行分析,并对地基基础施工中的涌水、降水控制进行研究,制订了相对应的技术措施,达到了基础工程无涌水和无渗漏的目标。

复杂岩溶地层地铁车站深基坑涌水灾害的声呐探测及综合治理

[目的]在佛山地区,复杂岩溶地层具有特殊性,其钙质粉砂岩地层及其破碎带极易引发地铁车站基坑涌水灾害。因而有必要采用声呐技术进行探测,并通过综合治理解决涌水问题。[方法]以佛山地铁3号线中山公园站为研究对象,从涌水险情出发,介绍了该站声呐探测方案,并基于探测结果分析了该站深基坑地下水的渗漏特性,判定了渗漏点的空间分布及其涌水灾害类型。结合基坑底部超前钻勘察成果及基坑内涌点分布特征,提出了坑外后退式双液注浆止水帷幕+坑内咬合旋喷桩基坑渗漏联合封堵方案。着重阐述了方案中后退式双液注浆、双管旋喷咬合桩以及MJS(全方位高压喷射)桩等技术的施工要点。对采用综合治理前后的代表性测孔处地下水渗流速度进行对比,以验证治理效果。[结果及结论]声呐探测技术能精准探查岩溶地层深基坑渗漏点的具体位置及其渗流场相关参量。采用后退式双液注浆、双管旋喷咬合桩及MJS桩相结合的联合封堵方案可有效解决复杂岩溶地段深基坑开挖大面积涌水渗漏技术难题。

多源断控岩溶型溶洞训练数据集构建和生成对抗网络三维建模应用

目前,尚未存在全面的断控岩溶型溶洞训练数据集用于深度学习建模。本文采用基于露头资料、地震数据、可靠的地质模型以及基于目标的方法研制了断控岩溶型溶洞原型模型,对不同来源的原型模型集进行组合、旋转、裁剪和优选操作来构建可靠且多样的断控岩溶型溶洞相训练数据集,同时构建相应的虚拟井和概率体训练数据集,作为训练条件化生成对抗网络的数据输入。将训练好的生成器卷积神经网络应用于塔河油田TH12330井区,生成的多个断控岩溶型溶洞地质模型符合地质模式,吻合条件井、概率体数据,且与构造、裂缝和累产基本一致。本研究探索了断控岩溶型溶洞多源训练数据集的构建并在实际应用中取得了显著成果,同时也为其它类型储层深度学习建模中构建可靠且多样化的训练数据集提供了新思路。

深部开采底板奥灰突水水害防治的实践

针对虎龙沟煤业煤矿开采时底板奥灰水突水危害,提出了钻探揭露、注浆改造的治理方案。根据奥灰水突水特点,以及空洞和裂隙受注介质的特点,设计奥灰含水层为注浆目标层,注浆时首先用比重1.5的稠浆低压充填,再用比重1.2的稀浆高压补充。通过工程应用,发现工作面奥灰平均单位吸水率由0.003L/min.m.m降至0.0009L/min.m.m,突水区域出水量减少74%。

基于深度学习的隧道岩溶GPR数据杂波抑制研究

为提高岩溶地区GPR数据的解析精度,减少杂波对GPR剖面的影响,从而更准确地圈定目标异常,提出了基于VAE-RFDB-UNet深度学习的数据处理方法。该方法先通过VAE对GPR数据进行有效信号特征提取,实现杂波的初步抑制,后利用加载RFDB模块的UNet网络对VAE处理后的数据进行深度特征学习,形成联级网络,进一步抑制杂波干扰,增强目标信号响应,提高数据的信噪比。研究结果表明:1)使用模拟数据和实测数据证明了算法的有效性和可行性;2)数值模拟的处理结果显示,处理后的岩溶反射波双曲线形态完整、连续,杂波得到了明显抑制;3)实测数据的处理结果显示,该算法有效突出了目标异常信号,能依据处理后的剖面准确推断掌子面前方的岩溶发育情况。结论是提出的VAE-RFDB-UNet深度学习算法可为岩溶地区GPR数据处理提供一种新思路。

黄陵断穹北缘盖层岩溶水文地质结构建立及其在深埋长隧洞工程的应用

引江补汉工程是南水北调后续工程,其输水隧洞穿黄陵断穹北缘盖层震旦系至奥陶系碳酸盐岩段线路附近岩溶发育强烈,岩溶突涌水是隧洞建设过程中的重要风险。基于地质测绘及钻探成果,建立区内岩溶水文地质结构,综合岩溶水文地质调查、水文地球化学等多种方法对研究区岩溶地下水系统特征及隧洞突涌水条件进行了分析。结果表明:研究区为多层含水结构,自上而下形成相对应的四个含水系统,不同含水系统地下水循环条件及岩溶化程度不同,钻孔验证了相应条件下的岩溶发育特征。输水隧洞主要在震旦系灯影组(Z2dn)含水系统和寒武系天河板组—石龙洞组(∈1t+sh)含水系统中穿过,相应可溶岩的岩溶发育较弱,围岩以裂隙、溶隙介质为主,隧洞遇岩溶管道产生涌水突泥的风险较小。但存在断层导通上部寒武系上统—奥陶系下统(∈3+O1)含水系统而发生涌水突泥的可能。研究成果可为工程设计提供重要依据,研究思路与方法亦可为同类工程提供借鉴。

喀斯特地区深基坑支护及稳定性研究

为保证深基坑工程的建设水平,文章总结了喀斯特区基坑开挖特点和常用支护方式,以某城市高层住宅建筑为研究对象,制订了基坑支护方案和溶洞处理方案,并利用有限元软件建立计算模型,从支护桩位移、基坑坑底隆起变形、周边地表沉降等方面评价了深基坑的稳定性,研究成果可为类似深基坑项目的设计和施工提供理论指导。

利用2米级卫星数据在喀斯特高原地区的油菜遥感监测

喀斯特地貌使得贵州省耕地面积少,坡耕地多,油菜作为贵州省的主要农作物之一,其种植面积的准确评估对贵州省的农业管理具有重要意义。为解决高分辨率卫星数据获取成本高和喀斯特高原复杂地形带来的监测难题,本文以贵州省西秀区作为研究区,结合2米级卫星数据,通过实地调绘油菜为训练样本,基于卷积神经网络UNet++框架,构建了一种层次更深的残差网络ResNet-101模型自动提取油菜面积。试验结果表明,利用该网络模型来提取2米级卫星数据的油菜种植面积可行性较高,其面积统计精度和范围套合精度分别为99.69%、88.47%,达到相关部门统计油菜种植面积的精度要求。

深埋隧道溶洞岩体防突层安全厚度研究

为防治深埋岩溶隧道开挖诱发的围岩突水灾害,文中依托巫镇高速笔架山隧道,在考虑溶洞水压条件下研究了充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离以及不同埋深时隧道围岩塑性区变化规律。研究结果表明,溶洞位于隧道底部时洞内水压对岩体支护作用最为显著,但该位置的防突层安全厚度受隧道埋深影响最大;溶洞位于隧道顶部时防突层安全厚度对隧道安全影响最大;防突层安全厚度随着隧道埋深的增大而增加;计算所得最小安全厚度为3.9~13.1m,在任意位置情况下,防突层安全厚度均随隧道埋深增大而增加,该预测模型可为隧道突水灾害防治提供参考。

碳酸盐岩油气田古岩溶研究及其在油气勘探开发中的应用

古岩溶为地质历史时期而非现代营力环境下形成的岩溶,深岩溶为不受地表侵蚀基准面控制环境条件下的深埋藏岩溶作用。碳酸盐岩储层储集空间主要有溶蚀孔洞、溶缝等,非均质性明显,空间分布规律复杂,经历了漫长的岩溶作用过程,油气储集规律复杂。油气田碳酸盐岩的内在因素(结构成因类型、物理力学性质等)以及各地质历史时期所处的地质环境构成古岩溶的形成条件与影响控制因素。本文将古岩溶的形成机制及其与油气聚集关系作为研究重点与突破口,系统研究了古岩溶和深岩溶的形成条件、影响控制因素与发育特征,最终实现了预测油气聚集有利发育区目标。

塔中16-24井区奥陶系碳酸盐岩古岩溶研究

塔中 16 - 2 4井区奥陶系碳酸盐岩古岩溶主要分为侵蚀面岩溶和深部岩溶。侵蚀面岩溶在垂向上具有良好的分带性 ,自上而下大致可以分为 5个带 :风化壳 (地表岩溶 )、垂直渗流带、季节变化带、水平潜流带和深部缓流带 ,在地质历史上主要发育了 3期。深部岩溶对本区碳酸盐岩储层孔隙发育程度有很大的影响 ,同样也发育了 3期。塔中 16 - 2 4井区奥陶系碳酸盐岩古岩溶的发育受多种因素的影响 ,其中岩性、沉积相、构造、温度和古水系对古岩溶的发育起决定性的作用。

圆梁山隧道毛坝向斜段深部承压岩溶水系统浅析

通过地表调研、深孔勘探与抽水试验以及氢氧同位素测试 ,揭示向斜核部存在深部岩溶承压水系统 ,局部地带以绕轴与断层带局部承压径流的形式沟通向斜东西翼的水力联系 ,深部承压岩溶水系统在整个向斜水循环中所起的作用是很有限的。隧道施工时 ,应做好防水措施。

西北干旱区深层岩溶地下水系统的水化学-同位素研究——以宁南“南北古脊梁”岩溶水系统为例

运用构造控水分析、水化学同位素等方法,对宁南"南北古脊梁"岩溶裂隙水系统进行了深入的分析与讨论。本区储水空间以岩溶裂隙为主,岩溶水的空间分布明显受南北向大型断裂构造控制。岩溶地下水以大气降水起源为主,并表现为多元水混合。水质分布呈南优北劣的分带特征,北部水岩相互作用形式为溶滤-蒸发浓缩型,呈高矿化咸水;南部为溶滤-混合型,呈低矿化淡水。根据水动力场和水化学场特征,划分了3个相对独立的岩溶水子系统。