岩溶区燃气管道灾害系统多因素耦合作用机理研究

基于灾害系统理论,从“孕灾环境-灾害因子-承灾体-灾情”系统性视角出发,结合系统动力学模型,探讨岩溶区燃气管道灾害系统各子系统内部以及子系统间的耦合关系,考虑多因素间的差异化传导路径,深度剖析灾害演化过程中多因素耦合的作用机理和影响规律。研究表明:(1)孕灾环境活跃性与人员、管道、环境不安全状态以及管理漏洞密切相关;灾害因子风险性受到火灾和爆炸危害的概率、强度、范围、持续时间共同作用;承灾体脆弱性受到社会-经济-自然承灾体三者耦合影响;灾情严重性包含人员伤亡程度、经济损失程度及环境破坏程度三个维度。(2)岩溶区燃气管道灾害的孕育和演化是四个子系统共同作用的结果,子系统两两之间以及三者之间的耦合作用表征灾害不同阶段,而四个子系统间的耦合作用是对整个灾害过程的描述。

川中龙女寺地区硅质岩特征及其对储层岩溶改造的影响

川中安岳气田震旦系灯影组灯四上亚段普遍发育硅质岩,其对储层岩溶改造的影响尚不明确,有必要对其开展研究。为此,基于岩性、测井响应特征,进行了详细的岩心、薄片观察描述,利用硅质岩基本特征、储层对比图以及硅质岩平面图,开展川中龙女寺地区灯四上亚段硅质岩对储层岩溶改造影响的研究。结果表明:研究区硅质岩主要为藻纹层硅质岩、纯硅质岩和含云硅质岩;硅质层在灯四上亚段分为2段,硅质层上下储层良好,平面上硅质岩厚度向东北以及东南方向减薄;硅质岩因桐湾运动产生了裂缝,并遭受溶蚀扩大,无法阻挡岩溶流体下渗;断层切穿硅质层对岩溶储层的改造无影响,因此,硅质岩对储层岩溶改造影响较小。该研究成果为台内龙女寺地区寻找储层发育有利区奠定了基础。

基于水力联系分析的现代岩溶影响层深度确定方法

为准确、有效确定现代岩溶影响层深度,基于河谷三期演化分层模型,在坝基钻孔内由上至下进行分层岩溶水力联系密切程度研究,通过压水段、观测段水压力曲线的相关性,确定现代岩溶影响层深度。以红水河支流某水电站坝基岩体分层压水试验为例进行验证,结果表明:采用此方法判定的岩溶类型与钻孔揭露的岩溶发育程度相符,所提出的新方法具有较高的可靠性。研究成果可为坝基防渗处理深度提供设计依据,具有一定的指导意义。

塔河油田奥陶系储层岩溶作用机制及影响因素

岩溶缝洞型碳酸盐岩储层是塔河油田奥陶系最重要的储集层类型,深入研究岩溶作用机制及其控制因素,对认识储层的发育规律和寻找有效储层具有重要意义。文章在对岩溶发育的基本规律统计及对岩溶作用时间界定的基础上,分析认为塔河油田奥陶系储集层主要岩溶作用机制包括沉积期淡水溶蚀作用和受不整合面控制的构造岩溶作用两种,影响岩溶作用的主要因素为构造和岩溶古地貌,其次环境、气候及地层流体性质也对岩溶发育有一定的影响作用。

中国岩溶碳汇潜力研究

为了应对全球环境变化,中国地质科学院岩溶地质研究所等单位在地质调查项目的资助下,在中国典型岩溶流域开展了岩溶碳汇调查,建立了岩溶碳汇观测网站,深化了岩溶碳汇过程、影响因素和形成机理研究,发现了岩溶区外源水、土地合理利用、植被恢复和水生光合作用等增加岩溶碳汇的途径,取得了大量的科技创新进展。在调查研究的基础上,将我国岩溶区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,利用GIS技术计算各区的岩溶面积和岩溶碳汇量,获得中国岩溶碳汇总量为3699.1万tCO2/a,这是我国344万km2岩溶区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇。该项研究进展在2011年的《Science》通讯报道中获得高度评价。

滇西怒江河谷潞江段岩溶发育特征及其对工程的影响

通过对泛亚铁路大理-瑞丽线中段马厂、道街坝1∶5万图幅的地质灾害详细勘查和室内研究,分析总结了研究区岩溶地貌的形成机制和发育规律。结果发现,研究区内不仅发育有地表岩溶漏斗,而且分布着规模较大的地下岩溶洞穴,复杂的地质构造、可溶性的碳酸盐岩、湿热的气候条件和丰富的降水是该区岩溶地貌发育的主要因素。研究结果表明,研究区内的地下岩溶作用可能给铁路隧道工程的施工带来不可忽视的潜在危害,同时综合区域地质条件对比发现,大理-瑞丽铁路沿线的其它地段也同样具有存在类似的岩溶发育条件。因此,在铁路施工前进一步加强沿线区域地下岩溶作用的工程影响评价,对于有效地减少相关的工程危害性十分重要。

黄龙洞旅游开发对洞内生态环境和人的影响的研究

通过对黄龙洞年内不同季节定点测定,同时与对旅游影响还不大的龙王洞对比测定,作者发现黄龙洞洞内空气CO2浓度的明显变化主要受客流量的影响。旅游旺季和黄金周客流量急剧增长带来的洞内空气CO2浓度大幅度增长,有利于岩溶作用,但洞内黑暗、高湿、低温的生态环境,对洞内工作人员身体健康有害。洞穴内岩溶景观的变化,主要受漫长的自然岩溶过程的影响,与洞内开发旅游活动的关系不大,但与洞顶山地植被保护状况有密切关系。

三峡工程库区岩溶岸坡岩体劣化及其灾变效应

三峡工程库区175 m试验性蓄水10多年后,峡谷区岩溶岸坡水位变动带岩体劣化强烈,新生或加速形成了大量地质灾害,引起研究人员和政府的广泛关注。文章从微细观到宏观、由点到面,采用野外调查、室内试验分析了三峡库区岩溶岸坡岩体劣化及其灾变效应。野外调查显示,溶蚀岩体劣化集中发育于三峡、大宁河等干支流峡谷区域,其中以巫峡共约10 km长的岸坡最为典型。溶蚀岩体劣化机制包括以机械搬运为主的物理机制、以溶蚀/溶解为主的化学机制和以应力腐蚀断裂为主的力学机制。岩体劣化导致溶蚀岩体结构降级,岸坡局部持续形变。岩体劣化、岩溶水动力作用、岸坡形变相互促进,推动了岸坡灾变的发生。大量案例表明,岩溶岸坡岩体劣化引起灾变效应早期,破坏浅表层、岸坡不断后退。岩体劣化影响下岩溶岸坡破坏模式包括崩塌、滑移和倾倒3种主要类型。库水位长期变动导致的溶蚀岩体劣化带来了前所未有的高陡岸坡灾变威胁,可能将三峡库区地质灾害带入新的发育阶段。本研究将为三峡库区岩溶地质灾害隐患点识别与防灾减灾提供技术支撑。

典型岩溶区旱季板栗树下岩溶溶蚀速率的研究

广西是全国板栗树主要种植区之一,研究区的隆安县具有"板栗之乡"之称,并且大部分板栗树种植在岩溶区。为了研究岩溶区种植板栗树后岩溶溶蚀的变化,本文通过野外溶蚀标准试片法,在典型岩溶区测定了相同地质背景下洼地板栗树、洼地草地、坡地灌木丛旱季试片绝对溶蚀量、溶蚀速率和土壤pH值等,并对洼地草地、坡地灌木丛土壤和洼地板栗树进行比较。结果表明:板栗树下土壤pH值偏低,呈弱酸性,低于坡地灌木丛和洼地草地,土地试片的溶蚀率则高于坡地灌木丛和洼地草地,而且土壤试片的溶蚀速率与土壤pH值呈显著负相关关系。因此,岩溶区板栗树的种植可能对岩溶溶蚀作用有促进的作用。

喀斯特地区石漠化治理的理论模式探讨

基于恢复生态学的基本原理,提出了石漠化形成与治理的触发模型:生态系统所固有的推动自我发展的能力,称为主导力;使生态演替顶级偏离预定态的干扰因素,称为触发因子;主导力与触发因子相互作用,共同决定了生态演替的终态.石漠化是一系列恶性触发的结果,而石漠化治理,则是通过“人为设计”的生态恢复手段,激发生态系统“自我设计”的功能,从而实现生态恢复的良性触发过程.以湘西凤凰县喀斯特石漠化生态系统恢复治理为例,对触发模型进行了初步检验.结果表明,以触发模型为指导的恢复措施明显改善了土壤的理化性质,显著提高了植被覆盖率与植物多样性,与当地石漠化生态系统形成了良性触发,初步验证了触发模型的科学性.

古岩溶起伏对黔北铝土矿的控制作用

黔北铝土矿含矿岩系地层的厚度在某些地段具有局部加厚的特征,这一特征预示了铝土矿的成矿控制作用存在非正常沉积控制的某些因素。本文通过对道真县池家沟矿点古岩溶起伏剖面的研究,发现岩溶古地貌环境对该矿点铝土矿层的厚度控制明显,其表明在黔北地区铝土矿含矿岩系分布区,下伏地层为碳酸盐岩分布的地段,古岩溶地貌环境是铝土矿含矿岩系地层厚度变化的控制因素之一。

我国岩溶塌陷分布规律的探讨

我国岩溶塌陷具有以下几方面的分布规律:1.在地形地貌上,主要发生于丘陵地带或中低山的山前;2.在地层结构上,上部为一定厚度的松散覆盖层、软弱岩层或石膏盐岩,下伏开口的岩溶洞穴;3.在大地构造上,比较明显地受到新华夏系第二、第三隆起和阴山、秦岭与南岭三个巨型纬向构造体系的控制;4.在地质发展史上,主要出现在浅层岩溶作用强烈的时期。除了自身的基础条件外,现代岩溶塌陷主要由自然和人类活动双重作用所致,以人类活动的作用占主导地位。自然因素如地震、洪水或干旱造成急剧的盖层含水性变化和岩溶地下水位升降,人为因素如各种经济——工程活动造成的地表水下渗与地下水位变动、列车的反复振动疲劳作用和工程或军事爆破的冲击等。

桩端荷载与地震耦合作用下溶洞顶板的破坏特征及安全厚度计算

桩基支撑于溶洞顶板的情况时有发生,研究地震作用下桩端溶洞顶板的稳定性具有重要意义。根据相似定理和分离相似设计方法,基于振动台模型试验对顶板厚度及溶洞直径变化下桩端顶板的动力响应特征进行了研究。结果表明,桩端溶洞顶板在地震作用下的破坏模式与顶板厚度及溶洞尺寸大小密切相关,一定顶板厚度情况下溶洞尺寸较小时(洞径l≤2d,d为桩径)表现为剪切破坏,而洞径较大时(如l≥4d)为显著的冲剪破坏,洞径越大,冲切块体积所占比例越大;基于振动台试验得到的岩溶顶板破坏模式,结合拟静力法构建了可考虑岩体特性、地震烈度及桩径大小影响的最小顶板安全厚度理论计算模型。通过算例分析表明,最小安全厚度相比静力条件下要大,且随地震烈度的增强而增大,相同条件下冲-剪破坏的计算值均大于剪切破坏情况,说明地震环境下溶洞尺寸越大,所需顶板厚度越大。其成果可为实际工程中岩溶顶板安全厚度的计算提供理论基础。

潞安矿区奥陶系岩溶演化主控因素分析

通过野外调查、室内实验与钻探资料对比分析对潞安矿区奥陶系岩溶演化主控因子特征进行研究.结果表明:1)加里东-海西期老岩溶形成在奥陶系顶部的峰峰组内;新构造运动期新岩溶只发育在裸露区-浅埋区和新断裂带上,形成多层水平岩溶洞穴.2)中奥陶统存在3个韵律结构使浅部新岩溶发育产生强弱相间的层控现象;石膏层的膏溶作用产生了膏溶角砾岩带、压碎岩带和裂隙带,是泥灰岩段成为裂隙岩溶含水段的主因.3)浅部走向强径流带与贯穿深浅部的逆倾向弱径流带的共同作用,使CaCO3,MgCO3溶蚀区域很局限,新岩溶只在浅部与老岩溶叠加;中深部老岩溶和陷落柱处于沉淀充填状态.4)新构造断裂带是矿区西部岩溶地下水获得浅层地下水越流补给的通道,也是弱富水区中强富水带.

喀斯特地区冻融作用对土壤物理特性的影响——以王家寨-羊昌洞小流域为例

喀斯特山区土层普遍较薄,冬春季节冰雪凝冻使土壤结构发生变化。冻融作用使土壤经历一系列物理、化学和生物变化过程。从冰冻土壤的物理特征,探讨其土壤冻融机制与环境效应,为岩溶山区生态恢复和防治水土流失提供理论依据。以贵州清镇示范区王家寨-羊昌洞小流域为例,选5处有径流池的样地,与2007年同期作对比,从样品的土壤物理特性研究岩溶土壤冰冻作用的特征。结果表明:冻融作用土壤团聚体的水稳性差,>0.25mm干稳性团粒和水稳性团粒总量比对比土壤总量平均值分别减少2.66%和4.78%;土壤结构体破坏率、分散率、稳渗速率、崩解速率以及总孔隙度分别提高了2.64%、5.588%、11%、40.16%、3.43%;表层土体松散,土壤抗侵蚀性减弱、易加速水土流失。初步提出岩溶山区恢复生态保护植被等措施是预防冻害的良好途径。

贵州思雅河河谷地区喀斯特峰丛石漠苔藓植物群落研究

采用样带调查取样法,初步分析贵州思雅河河谷地区的喀斯特石漠区4座受人类活动影响频繁的峰丛以及3个坡段(坡底、坡中、坡顶)上的苔藓植物群落,研究苔藓植物群落在不同峰丛及其不同坡段的分布规律。结果显示:(1)在研究区域内,苔藓植物群落组成有8科19属40种,而且苔藓植物群落分为19个类型,其中纯群落有14个,常见群落有穗枝赤齿藓群落、真藓群落和卷叶湿地藓群落。(2)由于强烈的人类活动造成的干燥、贫瘠的环境,该区域苔藓主要生活型只有矮丛集型和交织型。(3)在这种特殊生境下,苔藓植物群落的丰富性也随着人类干扰范围的增大而减小。(4)在每座峰丛的不同坡段中,穗枝赤齿藓群落有着最大的综合优势比。推测穗枝赤齿藓群落对治理此类人为造成的石漠化生境具有实际应用潜力。

岩溶泉域的水文地质及水文地球化学模型

从研究岩溶泉域的水文地质及水文地球化学模型入手,确定划分裸露岩溶、隐伏岩溶、深岩溶的指标和方法。根据地质、水动力和水化学作用等因素明确其概念,评述其特点,最后阐述备区带的划分对泉域供水、矿产开发的实际意义。

采动作用下含深大岩溶结构面坡体裂隙扩展及变形破坏规律

中国西南高陡岩溶山区崩滑灾害频发,长期地下采矿活动是该区域崩滑灾害的重要诱因之一。采动作用下,坡体后缘深大结构面扩展演化控制着高陡岩溶坡体稳定性和失稳破坏模式。在野外地质调查基础上,结合室内物理模型试验和离散元数值模拟,揭示了地下开采扰动下覆岩裂隙扩展演化规律,阐明了深大结构面对边坡稳定性的控制作用,讨论了坡体变形的破坏模式。结果表明:地下开采扰动对斜坡体稳定性的影响主要表现在地下采动卸荷引起覆岩应力重分布、山体变形诱使裂隙扩展;地下采空后,斜坡体在二维剖面上形成类似“悬臂梁结构”,坡体原有深大结构面控制坡体稳定性;下行开采条件下,采空范围在断层之前,山体高度较小,在自重作用下“悬臂梁结构”岩层向断层及采空区方向协同变形,不会产生大量离层裂隙,煤层顶板仅发生断裂坍塌并充填采空区,采空至断层后,左侧山体已发生塌落,山体应力重分布,覆岩在自重作用下形成大量张拉裂隙,直接顶塌落高度与裂隙带高度也随采空区范围增加而增加。其变形破坏演化过程可概化为:地下开采卸荷–应力重分布→覆岩断裂下沉–裂隙扩展→坡体裂隙贯通–悬臂破坏→坡中变形挤出–岩桥剪断→坡体整体失稳破坏。

皖北刘桥一矿岩溶陷落柱特征及成因探讨

详细分析了刘桥一矿岩溶陷落柱的发育特征和分布规律，探讨了岩溶陷落柱的成因条件，指出构造作用对陷落柱形成的控制，建议根据陷落柱的方向性和等距性进行预测。

苏里格气田东区奥陶系岩溶古地貌对气藏产能的影响

岩溶古地貌是鄂尔多斯盆地苏里格气田奥陶系天然气聚集的控制因素之一,寻找古岩溶储层有利发育区带对气田天然气开发具有重要意义。苏里格气田奥陶系岩溶古地貌单元可划分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶盆地,气田东区下奥陶统马家沟组位于古岩溶斜坡之上,依据古岩溶和碳酸盐岩成藏地质理论,对古岩溶成因和岩溶古地貌发育特征进行研究。认为:(1)研究区岩溶斜坡的古坡地溶蚀作用强烈,主力气层保存完整,有利于天然气富集,是天然气高产井的目标区;(2)残丘边缘地带的溶蚀孔、洞较发育,有利于形成储集空间,溶蚀沟槽为天然气运移提供了有利通道,古残丘、古残丘与古沟槽之间的过渡带有利于成藏,是井位部署的有利区;(3)古沟槽使岩溶斜坡经受切割导致主力层缺失,充填作用强烈,不利于储层发育,古洼地溶蚀淋滤作用较弱,储层较为致密或成为富水区,含气性差,不利于天然气富集,低产或不具产能的气井广泛分布在古沟槽和古洼地地貌单元内。