裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验

煤粉在煤储层裂隙中沉积会降低裂隙导流能力,制约煤层气井高效稳产开发。设计了裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验方案,通过裂隙中煤粉运移可视化物理模拟实验,分析了裂隙不同位置煤粉颗粒沉积面积的变化和沉积形态特征,揭示了煤粉运移、沉积的动态规律;通过裂隙中煤粉解堵可视化物理模拟实验,分析了解堵时间和流速对裂隙中沉积煤粉解堵面积的影响,揭示了煤粉启动、解堵的动态规律。实验结果表明:煤粉颗粒在裂隙不同方向和位置聚集状态不同,裂隙喉道由入口向垂直主运移方向的两端及主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐减少,支路通道沿主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐增加。裂隙喉道、支路通道和主路通道处煤粉沉积的形态分别呈鹰嘴状、层状和流线型,其原因是裂隙不同位置对含煤粉流体的阻力不同,导致煤粉在不同位置的沉积形态不同。在相同流速下,随解堵时间增长,煤粉解堵效果越好,但前期解堵面积大,后期解堵面积小,裂隙喉道处煤粉解堵效果明显优于支路通道,其原因是松散、易于解堵的煤粉颗粒会被首先解堵,随时间进行,剩余未被解堵的煤粉颗粒需要更大的启动流速。流速越大,裂隙喉道处和支路通道处的煤粉解堵面积越大,其原因是提升流速能增强煤粉颗粒的流动性。

矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统及实验研究

煤岩界面识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一。基于高频雷达波探测技术可实现煤岩界面的随采高精度探测,但仍存在矿井超大采高(≥6 m)片帮垮落带来设备的安全风险及采高突变(采高≤2 m)时空间限制设备通过的问题。在前期工作基础上提出了一种矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统并进行了煤岩界面探测实验研究,主要内容包括:①阐述矿井节点式雷达观测系统原理,根据矿井工作面实际环境设计煤岩界面识别观测系统方案及雷达传感单元安装方式;②研究并提出节点式采集控制系统和信息交互传输设计方案,实现数据动态采集控制及存储;③针对节点式采集方式及煤岩界面雷达反射回波特征,研究提出了节点探测数据增强处理方法、煤岩界面识别算法,可有效的实现煤岩界面智能识别与追踪、煤层厚度及空间坐标解算。为验证该方法的可行性,采用多个中心频率为1.5 GHz的探地雷达传感单元进行物理模型验证实验,并对节点式数据采集和连续数据采集结果进行了对比分析,实验结果表明:节点式采集方法与连续采集方法均可有效识别出煤岩界面,与连续采集方法相比,本文提出的节点式探测方法可实现数据的快速动态重复性采集,单次采集时长控制在10 s以内,煤层厚度探测结果平均误差为1.07 cm,最大误差为1.47 cm,平均误差百分比为7.64%。本方法为矿井智能化开采中煤岩界面的动态高精度探测提供技术支撑。

基于多相驱替行为透明解析实验平台的教学方法

该文研发了多相驱替透明解析实验系统,将3D打印用于岩石复杂非连续结构透明模型的快速制备,建立了接触角测量、表面张力测量及多相驱替行为透明解析实验教学方法,强化了渗流力学、工程流体力学实验教学平台。通过开展复杂结构内多相驱替实验教学,能够加深学生对课本理论知识的理解,开拓学术视野,提高主观能动性及创新能力。

钻孔瞬变电磁法扫描探测RCQPSO-LMO组合算法2.5D反演

利用钻孔进行超前探测地质构造及含水体是地下开挖工程中的常规手段,如何利用这些钻孔进行钻孔瞬变电磁法扫描探测,从而实现钻孔孔壁外围地质异常体的精细探测,对实现地下工程地质透明化具有重要的指导意义.本文提出钻孔瞬变电磁法扫描探测2.5D反演的数据解译方法,首先针对随机性反演算法时效性低,易陷入局部最优解,而确定性反演算法依赖初始模型的问题,提出了组合策略的量子粒子群优化算法用来随机搜索最优初始模型.在此基础上,利用Levenberg-Marquarat方法求解Occam反演的目标函数,形成了RCQPSO-LMO组合算法进行2.5D反演,通过对比组合算法和单一算法,验证了组合算法具有更精确的反演结果.其次结合屏蔽条件下扫描探测,对比分析了有无屏蔽的2.5D反演结果,通过设定屏蔽系数对非探测方向信号进行部分压制,可以较好地解决钻孔径向扫描探测中对非探测方向信号部分屏蔽下的反演及成像.最后建立三组理论模型进行组合算法2.5D反演,结果表明:组合算法反演结果与理论模型的一致性较好,对低阻异常体的反演精度较高,验证了组合算法对钻孔孔壁外围低阻异常体具有较高的反演精度和分辨能力.

西部干旱半干旱煤矿区生态环境损伤特征及修复机制

我国煤炭开发重点已战略西移,实现煤炭资源绿色开采与生态协调发展,成为保障国家能源安全的重要举措之一。西部煤层大多数埋藏浅、上覆基岩薄、煤层厚,有利于一次采全高大规模井工开采或露天开采。但该地区气候干旱少雨、生态条件脆弱,大规模高强度对矿区及周边生态环境造成的损伤大。由于对开采过程中生态损伤演变机制及采后修复机理尚不清楚,没有成熟的修复理论和方法作指导,成为制约该地区煤炭高质量发展的重大难题。针对上述难题开展系统研究,认为精准勘测煤炭开采全周期工作面地质-水文地质条件和矿区生态演化特征,有助于阐明开采诱致上覆土岩破损机理、水资源散失富集与循环调运规律、生态损伤演变机理和承载力,并揭示采后矿区土岩层、水资源循环、生态自适应机理。采用植物-微生物组合修复方法,初步构建井工和露天矿山人工与自然协同的水-土-生立体耦合修复理论,提出了生态修复机制的新思考,在浅埋深矿区开采形成的裂缝发育犹如农田松土一般,成为生态修复新的契机,促进水-土-生再分配,并利用微生物修复技术,可促进矿区生态环境的正向协同发展,实现西部煤矿脆弱生态区开发“金山银山”,再造“绿水青山”的思维转变。

煤与煤系战略性金属矿产协同勘查理论与技术体系框架探讨

煤与煤系战略性金属矿产协同勘查模型的建立,是实现煤系战略性金属元素向金属矿产转变的前提条件,煤与煤系战略性金属矿产协同勘查基础理论与关键技术研究,则是建立协同勘查模型的核心任务。从煤系战略性金属元素的基本特点分析入手,论证了实施煤与煤系战略性金属矿产协同勘查的必要性;通过对协同勘查概念演变历史的梳理,阐明了煤炭综合勘查与协同勘查的关系,认为协同勘查是综合勘查的继承和发展,强调2种或多种矿产综合勘查过程中的协调有序和科学组织,其核心是协同组织勘查工程、协同实施关键技术。在论述煤与煤系战略性金属矿产协同勘查原则的基础上,初步提出煤与煤系战略性金属矿产协同勘查理论与技术方法体系框架,作为建立煤与煤系战略性金属矿产协同勘查模型的基础。煤与煤系战略性金属矿产协同勘查应以煤系战略性金属元素富集成矿机制、组合类型与赋存规律研究为前提条件,以煤地质学、矿床学、地球化学、地球物理学、勘查工程学等多学科理论为基础,以精准钻探、精细物探和精细化探等关键技术构成的协同勘查技术体系为支撑,以固体矿产勘查规范等标准为工作依据,遵循固体矿产资源勘查和综合勘查及单矿种勘查的一般性原则,以及研究先行、技术有效、精细勘查、动态调整、分区施策、协调同步等原则,协同组织勘查工程、协同实施关键技术,实现煤与煤系战略性金属矿产协同勘查的最佳技术效益和最佳经济效益的平衡,在完成煤炭地质勘查任务的基础上,查明共伴生战略性金属矿产的地质特征和开发地质条件,获得相应的资源量或元素分布特征,为煤系矿产资源综合开发利用提供地质依据。煤与煤系战略性金属矿产协同勘查值得关注并深入研究的核心问题包括:协同勘查对象的确定,勘查技术的选择和协同实施,勘查工程的协同部署,资源量的科学估算。

循环加卸载条件下考虑温度的煤体本构模型

随着煤炭资源深部开采趋于“常态化”,深入了解处于高地应力和高地温环境中深部煤体在扰动条件下的力学性质及其损伤演化规律,对煤矿深部开采具有重要意义。选取平煤十二矿己16-17-17200工作面的煤体为研究对象,开展了在不同温度条件下三轴循环加卸载试验,分析了温度对试件峰值强度、变形模量、泊松比等基本力学参数的影响。将不同加卸载速率相关的应力-应变问题转化为时间-应力-应变问题,同时引入分数阶导数理论和连续介质损伤理论,提出了一个考虑了热-力耦合作用的分数阶粘弹塑性本构方程,通过试验数据验证了其有效性。结果表明:煤体变形模量随着循环次数的增加呈出现线性减小的趋势,而煤体泊松比减速上升,在峰值应力处达到极值,然后降低,表明循环加卸载作用对煤体基本力学性能有劣化作用。随着温度的升高,煤体峰值强度非线性减小,损伤累积变缓,对应的应变逐渐增大,表明升温能增强煤体延性变形能力,加速煤体损伤的发展。在循环加卸载过程中,输入能密度、弹性能密度和耗散能密度在煤体破坏失稳阶段随温度升高呈现出明显的衰减现象,说明高温加剧了煤体内部的损伤,降低了煤体强度,使得破坏所需外界输入能量减少。考虑温度影响的分数阶粘弹塑性模型可以较好地描述深部煤体在循环加卸载条件下的力学行为。模型适用于热力耦合下深部煤体的复杂应力状态。

循环载荷作用下煤岩复合结构宏-细观破坏特征及能量-损伤本构模型

煤炭深部开采过程中,周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用,因此,研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义。选取3种不同的加(卸)载速率,开展了2种循环加卸载路径下的单轴循环压缩试验(同步测定声发射信号),分析了煤岩复合试样的损伤失效特征;基于能量耗散原理,构建了煤岩复合试样在循环载荷作用下的能量-损伤本构模型,最后结合试验实测数据进行验证。结果表明:加(卸)载速率与复合试样的峰值强度呈正相关,当加(卸)载速率从0.05 mm/min增大到0.15 mm/min时,恒定下限逐步循环加卸载路径(路径I)、变上下限等幅循环加卸载路径(路径II)下,试样的峰值应力分别增加了22.44%和28.89%;高加(卸)载速率下,试样的内部裂纹扩展越快,煤岩复合试样中煤组分的破碎程度加剧,分形维数随之增大,试样的内部裂纹扩展越快;随着加(卸)载速率的增大,煤组分中沿基质破坏增多。循环分级跨度大的路径(路径I)有助于试样内部的应力传递,为试样内部裂纹的发育提供了有利条件,导致对应试样的破坏程度更高。试验曲线和能量-损伤本构理论曲线具有较强的一致性,表明所建的能量-损伤本构模型能够很好地描述煤岩复合试样在循环加卸载过程中的变形行为。

2023年甘肃积石山M_(S)6.2地震:一次逆冲为主的浅源强震

基于区域数字地震台网波形数据,在三维空间内利用波形拟合反演方法获得2023年12月18日甘肃积石山M_(S)6.2地震最佳震源机制解,结果表明:节面Ⅰ走向305°,倾角56°,滑动角61°;节面Ⅱ为走向169°,倾角43°,滑动角125°;矩震级M_(W)6.02。最佳拟合的空间精细位置为102.377°E,35.968°N,深度9 km。结果显示,地震破裂沿NW方向扩展。初步推断此次地震的发震断层面为节面Ⅱ,发震断层是拉脊山北缘断裂(积石山东缘断裂),是一次逆冲为主,兼少量走滑分量的浅源强震事件。

含瓦斯煤体受载微破坏模型及失稳判识准则

煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面进行了原位测试,结果表明:不同煤样受载后,煤样表面结构均会发生变化,闭孔孔径有所减小,部分孔隙遭到破坏,相邻闭孔之间有连通趋势。加载前煤样孔隙呈无规律分布,加载后孔隙连通性增强,开孔孔喉数量有所增加。煤样加载后由于孔隙的连通导致突出煤样煤骨架模量降低,而非突出煤样由于本身强度较高,施加载荷导致煤体内部结构被压实,弹性模量略有增加。定义了煤体微观破坏类型及概念,分析了煤体孔隙及煤骨架周边应力分布特征,揭示了不同情况下含瓦斯煤体微观破坏机制。同时,对闭孔微气爆的影响因素展开讨论,狭长型椭圆孔端部孔壁处所受应力更大,更容易发生闭孔微气爆。描述了开孔微损伤的2种发生形式,揭示了孔隙“瓶颈效应”的制约对微破坏发生的机理。明确了原生缺陷结构为煤骨架的薄弱环节,并对其发生破裂的演化规律进行分析。基于线弹性断裂力学、弹塑性力学以及渗流力学等理论知识,提出了应力扰动作用下孔隙破坏和煤体失稳判识准则,总结了含瓦斯煤体微观破坏特征及其诱导煤与瓦斯突出的机制,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望。

川东北地区陡山沱组页岩地球化学特征与古环境分析

下震旦统陡山沱组页岩是四川盆地震旦系成藏的主要烃源岩,是近年来海相古老地层天然气勘探的重点层位。根据川东北城口地区白包溪、柿坪两个剖面的46件样品的有机地球化学(总有机碳、岩石热解、干酪根碳同位素)和元素地球化学(主微量元素、稀土元素)特征,分析了陡二段和陡四段烃源岩的地球化学特征与沉积环境的变化情况。结果表明,该地区陡山沱组页岩有机质丰度高,总有机碳(TOC)含量在0.19%~20.38%(均值4.76%),有机质类型为Ⅰ型干酪根,成熟度已达到过成熟;黑色页岩较高的δEu异常值与异常富集V、Mn、Mo、Ba和U微量元素,揭示了该时期强烈的热液作用;稀土元素配分模式与氧化还原指标识别出川东北地区陡二段沉积时期水体在缺氧-贫氧-硫化的水体条件下反复波动,陡四段水体环境则由贫氧演变为缺氧-硫化环境,总体盆地环境水体连通性较强,沉积速率较高,上升流携带热液来源的营养元素造成了生产力的繁盛,促进了有机质页岩的形成。

露天煤矿区不同生态措施对紫穗槐水分利用特征的影响

[目的]为探究排土场不同生态措施下典型植物的水分利用特征,提高植物水分利用效率,加速矿区生态恢复进程。[方法]以黑岱沟煤矿排土场6种生态措施(对照、接菌、绿肥、接菌+绿肥、绿肥+风化煤、接菌+绿肥+风化煤)下紫穗槐为对象,结合水的氢氧稳定同位素等方法分析。[结果](1)排土场土壤含水率为3%~9%,在0-30,70-100 cm土层较低,在30-70 cm土层较高。(2)紫穗槐的水分供给来源于降水和土壤水,土壤水分在0-30 cm土层发生显著的分馏现象,且在不同生态措施表现出显著差异,绿肥处理最大,接菌+绿肥处理最小。(3)不同生态措施下紫穗槐的水分利用特征存在显著差异,接菌处理对50-100 cm土层的水分利用比例较高,为53.4%;绿肥处理紫穗槐主要利用表层(0-20 cm土层)土壤水分,为42.6%;接菌+绿肥处理紫穗槐对各层土壤水分利用比例较为均匀。[结论]接菌+绿肥处理优化了紫穗槐水分利用特征,增加对表层和深层水分的利用比例,可作为排土场的生态复垦措施,促进西部干旱矿区生态恢复速率和效应。

基于同位素的神东矿区植物吸水深度及生态水位研究

为了研究神东矿区煤炭开采造成的地下水位下降是否会对地表植被的生存产生威胁,以神东矿区分布最广泛的植物沙蒿为研究对象,采用水稳定同位素示踪技术研究神东矿区成年沙蒿的根系吸水深度,通过MixSIAR同位素混合模型分析成年沙蒿的土壤水分吸收策略。结果显示,研究区成年沙蒿的吸水的极限深度为2.5~3 m,沙蒿会较均匀的吸收不同深度的土壤水分,但其水分利用策略也会受到土壤含水率高低的影响。该研究揭示了研究区成年沙蒿的根系吸水深度和水分利用策略,从植物角度说明了该区域生态水位的下限是2.5~3 m。

基于自然伽马测井的煤系关键金属精细勘探技术

滇东—黔西上二叠统煤系底部赋存着累积厚度达数米、以自然伽马测井正异常为特征的Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层,是我国最有开发潜力的煤系关键金属资源之一。当前对该矿层的研究主要聚焦于关键金属物质来源、赋存状态和成矿模式等方面,而利用自然伽马测井数据对该矿层进行定量识别和浓度计算等工作还未开展过,尽管这项工作对将来这些矿层关键金属的勘探和开发具有重要意义。论文以Zr和Ga两种元素为例,利用收集和实测的关键金属浓度及其对应的自然伽马值等数据,进行了基于自然伽马测井的关键金属矿层精细勘探技术研究。结果表明:研究区Zr和Ga元素浓度的预测模型分别为y=133.42x^(2)+262.23x+224.43和y=31.587e^(0.2273x),指示两者最低开发利用浓度(2000μg/g和50μg/g)对应的自然伽马值分别为2.8 pA/kg和2.0 pA/kg。发现Haar小波3层分解获得的预测矿层位置与地球化学实测的矿层位置吻合度最高。预测模型验证结果表明,Zr和Ga元素浓度预测平均相对误差分别为14.21%和10.97%,矿层厚度预测平均相对误差分别为4.16%和4.82%,说明论文建立的关键金属精细勘探技术可以精确识别研究区关键金属矿层浓度和厚度,对滇东—黔西地区Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层的精细勘探具有较好的应用价值。

沙棘林密度和丛枝菌根真菌接种对林下植物和土壤性状的影响

【目的】在我国干旱半干旱地区采煤沉陷区的生态修复区,分析不同沙棘种植密度和接种丛枝菌根真菌(AMF)及其交互作用对林下植物和土壤性状的影响,探究最佳人工生态修复方式。【方法】本研究以陕西省神木市大柳塔镇微生物复垦区种植的不同密度沙棘林(L:835 tree·hm^(-2);M:1111 tree·hm^(-2);H:1667 tree·hm^(-2))为研究对象,布设接菌区和对照区处理,以无人工干预的自然恢复区为完全对照,总样地大小为8400 m^(2)。人工林于2012年4月种植,2012年7月以穴施的方式在接菌区接种AMF。2020年10月,对人工林和林下植物进行调查,并采集表层土壤(0~20 cm)测定土壤性状,每个处理设置3个重复。选取林下植物指标、土壤指标进行主成分分析,筛选出特征值大于1的5个主成分,通过因子载荷矩阵确定权重,计算各处理综合得分。【结果】1)增大种植密度和接种AMF显著提高了沙棘林盖度和现有密度。2)增大种植密度显著提高了林下植物的Pielou均匀度指数,降低了Simpson优势度指数,接种AMF显著提高了林下植物的Pielou均匀度指数,降低了Simpson优势度指数;种植密度显著影响林下植物群落组成、生物量和盖度,中等种植密度下林下植物生物量最大。接种AMF显著影响林下植被群落组成并提高了生物量。3)种植密度和接种AMF显著影响AMF生物量、土壤性状,在中等种植密度下AMF的生物量、微生物生物量、土壤理化性质处于较高水平。4)人工林种植密度和接种AMF对林下植被群落和土壤的理化性质具有显著的交互作用。相较于对照区,在接菌区人工林种植密度对林下植被与土壤性状的影响较小。5)综合得分结果表明,中等种植密度且接种AMF的处理得分最高,自然恢复区的综合得分最低,所以,中等密度且接种AMF的处理对植物和土壤的修复效果最佳。【结论】中等种植密度的沙棘人工林生态修复效果最佳,接种AMF促进了土壤养分的活化,为沙棘人工林提供了更多的生态位,打破了种植密度过高对林下植被生长和正向演替的限制。

煤层自燃区隐蔽火源的综合地球物理探测应用

煤自燃灾害是影响我国许多矿区发展的因素之一,带来严重的资源损失和环境污染。隐蔽火源定位及其分布范围识别是煤矿企业制定预防和治理措施的重要依据,也是煤火灾害领域内的研究热点和难点。合适的通风供氧通道是煤层自燃的必备条件,当煤体的氧化放热速率超过散热速率时,煤体温度不断上升直至引起煤层自燃,因此,找准火区燃烧中心并确定烧空区和垮落带是煤火探测的主要任务。以内蒙古乌海市公乌素露天矿为研究对象,在煤层电阻率与温度关联分析的基础上,采用地质雷达和圆锥型瞬变电磁法开展了着火点及分布范围探测,结合地面冒烟区位置获得了火区地下通道的地球物理特征,进而确定了研究区着火通道的分布范围。研究结果表明:原岩区和烧结区的物性稳定性较为连续,其顶界面在雷达影像中呈现出较为明显的反射同相轴,在圆锥型瞬变电磁成果中则体现为横向连续的电阻率分布。地下隐蔽着火通道由孔洞裂隙发育、岩体破碎等因素造成,在地质雷达剖面中反映为同相回波弱且不连续,在瞬变电磁拟断面中出现电阻率等值线在横向上下凹或错段。测线方向上高程落差不同处视电阻率范围不同,需要在测区整体电性规律的基础上,分区研究测线局部范围内的物性变化,以界定原岩中物探异常的分布规律。综合圆锥型瞬变电磁和地质雷达两种方法,可对潜在自燃着火点位置及着火范围进行有效识别,为着火区范围的圈定以及着火规律的分析提供依据。

煤矿地质灾害隐患透明化探测技术进展与思考

煤炭绿色智能安全开采和“双碳目标”发展战略的实现亟需解决煤矿地质灾害隐患透明化探测和地质安全保障这一重大技术难题。受地质探测理论、技术与装备发展水平的限制,煤矿地质灾害隐患透明化地质保障技术支撑能力还相对滞后,探测技术与装备智能化、精准化、时效性、共享性还无法满足绿色智能安全开采需求。20世纪90年代至今,煤矿地面高分辨三维地震勘探等技术不断发展,大幅度提高了精确描述煤矿复杂地质构造、预测煤矿灾害隐患的准确性(精度可达3 m),但其成果仅可部分满足煤矿开采对地质信息需求,更一步高精度的探测则需要通过煤矿井下物探来解决。此外,基于地面勘探和钻探成果所建立起的煤矿三维地质模型,并不是真正意义上的透明工作面,难以满足煤矿智能开采远程无人化操控对精细化乃至精准化的需求。实现煤矿地质灾害隐患透明化的目标,笔者提出在以下4个方面重点攻关:①聚焦矿井地质灾害源多地球物理场综合响应机制,研发煤矿地面勘探和井下探测技术和装备,研究矿井地质灾害源多物理场智能识别和动态反演技术,实现全要素地质灾害源识别精度;②研发矿井地质灾害隐患多场精细监测技术与装备,实现矿井地质灾害要素的透明化实时解析与适时反馈;③基于煤矿地质、钻探、测量等数据,研究地质灾害源定量精细表征和大数据智能识别技术,研究煤矿地质灾害因素敏感性属性信息聚合技术及高分辨率定量精细表征方法,实现地质灾害源多场多属性数据的时空融合和地质灾害的智能识别;④研究构建矿井地质灾害透明化立体全息地图及自动更新平台,构建多尺度三维地质模型,精细刻画井巷结构和灾害源形态的空间分布;研究构建地质灾害透明化立体全息地图,在采掘窗口内进行全息地图的实时更新与动态反馈,实现透明化全息地图构建、自动更新、专业分析和地质灾害源预警功能。

叶片表面微细观结构对润湿性的影响

目的探究叶片表面微细观结构对其润湿性的影响因素,以及控制机理。方法以银杏(Ginkgo biloba,G.biloba)、二乔玉兰(Magnolia soulangeana,M.soulangeana)和二球悬铃木(Platanus acerifolia,P.acerifolia)3种处于落叶期初段的叶片样本为研究对象,测量3种叶片正背面的接触角,结合环境扫描电子显微镜图像,对比分析不同叶片正面和背面微细观结构及其对接触角的影响。结果实验结果表明,落叶期初段银杏、二乔玉兰和二球悬铃木叶片正面均表现出弱亲水性,接触角分别为54.40°~66.80°、57.93°~74.87°、55.73°~82.23°。在银杏叶片背面,无论是顺纹理还是逆纹理方向,均表现出疏水特征,顺纹理方向的接触角为122.63°~135.10°,逆纹理方向的接触角为103.03°~134.13°。二乔玉兰和二球悬铃木的背面为中性润湿,接触角分别为82.87°~96.37°、90.50°~97.47°。结论不同类型叶片的表面微结构显著不同,同种类型叶片正背面微结构也表现出较大差异。3种叶片背面接触角均大于正面接触角,其中银杏叶片正背面的接触角存在显著差异。叶片表面微细观结构的不同是造成叶片正背面润湿性差异的主要原因之一,尤其是多层级突触结构导致银杏背面表现出较强的疏水性质。叶片表面微细观结构对润湿性的影响机理将为不同润湿性需求的表面设计提供参考。

融合Residual Network-50残差块与卷积注意力模块的地震断层自动识别

传统的断层识别是由地质解释人员以人工标记的方式进行检测,不仅耗时长、效率低,且识别结果存在一定的人为误差。为解决以上问题,提高断层识别的精度,提出了一种基于深度学习的断层识别方法,利用注意力机制聚焦目标特征的能力,在U-Net网络的解码层引入了卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),在编码层引入了ResNet-50残差块,建立基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的断层识别方法(Res-CBAM-UNet)。将合成地震数据与相应的断层标签进行数据增强操作,新生成的训练数据集作为输入对网络模型进行训练,以提高模型的泛化能力。随后将该模型与CBAM-UNet、ResNet34-UNet和ResNet50-UNet网络进行对比分析,利用实际工区地震数据进行测试。结果表明,设计的Res-CBAM-UNet网络对断层具有较好的识别效果,且识别出的断层连续性好,计算效率高。

西部露天排土场有机生物改土对紫穗槐水分利用效率影响

露天煤矿排土场植被恢复对生态系统功能提升具有重要意义,为研究不同有机生物改土措施下土壤理化性质及植物生长对恢复植物水分利用效率的影响,以黑岱沟露天煤矿排土场6种(对照、接菌、绿肥、接菌+绿肥、绿肥+风化煤、接菌+绿肥+风化煤)生物改土措施下紫穗槐为对象。研究结果表明,有接菌的处理促进了紫穗槐对土层中水分的利用效率,从而表现出较低的土壤含水率。接菌处理显著提高了土壤有机质和全氮质量分数,分别比对照分别高37.1%和11.0%。同时,接菌和接菌+绿肥处理平均土壤全氮质量分数相同,表明绿肥对土壤全氮质量分数几乎没有影响。接菌处理紫穗槐植株最高,分别比对照、绿肥、接菌+绿肥、绿肥+风化煤、接菌+绿肥+风化煤提高了5.7%、20.2%、19.4%、14.5%、13.7%。紫穗槐平均冠幅及全碳质量分数在不同处理间表现出相似的规律:接菌>对照>接菌+绿肥+风化煤>绿肥+风化煤>接菌+绿肥>绿肥。通过主成分分析发现各因素对紫穗槐水分利用效率解释度达到85.4%,主要受光合速率和气孔导度的影响,其次是土壤有机质和全氮质量分数。接菌处理紫穗槐平均水分利用效率为140.34μmol/mol,且显著高于其他处理。综上表明,接菌处理可以改善露天排土场水分环境,优化紫穗槐的水分利用特征。