西北大学地质学系一流学科建设暨十三五科研成果总结——献礼西北大学百廿华诞

西北大学地质学科创建于抗战时期。学科创立之初,全体师生即以保家卫国、民族振兴为目标,始终将自己的发展与国家的命运需求紧密联系在一起。为了服务国家能源需求和经济发展,1949年西北大学地质学系创办了新中国的第一个石油地质专业,培养了新中国第一批石油地质专业人才。据统计,在二十世纪八十年代全国14个大油田中,曾有13个油田的局长、总地质师或总工程师均毕业于西北大学地质学系。西北大学地质学系因此被誉为"中华石油英才之母"和"中国石油战线的黄埔军校"。

西北大学地质资源与地质工程学科建设暨十三五科研成果总结--献礼西北大学百廿华诞

1学科发展历程西北大学地质资源与地质工程一级学科现为陕西省优势学科,下设矿产普查与勘探、地球探测与信息技术、地质工程、油气田地质与开发4个二级学科,其中矿产普查与勘探学科为国家重点学科;拥有资源勘查工程与地质工程2个本科一流建设专业,具备本-硕-博-博士后一体化培养体系。

植被根系对土体水力学特性影响的现状与定量分析

在全球气候变暖和“双碳”战略的背景下,植被护坡成为一种潜在的碳负排放边坡加固和侵蚀控制手段。植被根系的发育可以改变土体结构和水力学特性,进而影响边坡的稳定性。虽然一些试验研究已经探讨了特定条件下植被对土体水力学特性的影响,但是对于植被根系改变土体水力学特性的一般规律尚不清楚。该文从植被蒸腾作用、根系物理作用以及根系生物化学作用3个方面入手,收集并梳理了近年来国内外相关研究,分析并总结了植被根系改变土体水力学特性的作用机理,且对已有试验数据进行了统计分析。指出植被根系对土体水力学特性的改变取决于植被蒸腾、根系物理作用和根系生物化学作用三者的相对贡献,同时受根系类型、土体类型及生长阶段等因素的影响。因此,植被根系对土体水力学特性的影响十分复杂,更全面广泛的研究对于揭示植被护坡机理是亟需的。最后,探讨了植被根系影响土体水力学特性的研究空白和未来趋势。

天然气成藏动力学机制发展趋势分析

目的研究天然气成藏机理与分布规律。方法国内外相关文献综合分析。结果对天然气成藏动力学机制的研究主要围绕背斜圈闭气藏(含上倾型构造及地层圈闭)、向斜圈闭气藏(深盆气圈闭)及煤层气藏(源内气藏)3类气藏进行,但是,研究的侧重点差别很大。其中,对背斜气藏的研究主要侧重天然气初次运移、二次运移、聚集及保存机制的研究,对向斜圈闭气藏的研究主要侧重于气水倒置形成、气藏异常压力形成机制的研究,而对煤层气藏的研究则主要侧重煤孔隙的形成、煤层气富集及保存机制研究。存在问题:其一,把背斜气藏和向斜气藏当成两种成藏动力学机制完全不同的气藏类型,其动力学依据不充分;其二,没有解决气源岩内天然气初次运移机制和聚集机制的矛盾。结论建议应加强两方面的研究:其一,以盆地升降运动为动力学基础,研究天然气成藏的动力学机制;其二,以烃源岩—断裂—储气层为基本输导格架,研究不同输导介质中天然气成藏的动力学机制。上述研究有望解决不同类型天然气藏形成动力学存在的问题。

鄂尔多斯盆地西部古峰庄地区三叠系延长组裂缝特征及其对低渗透油藏的控制作用

[研究目的]鄂尔多斯盆地西部古峰庄地区三叠系延长组属于低渗透储层,天然裂缝较为发育,以往对裂缝特征研究较少,开展天然裂缝特征和形成时期研究对低渗透油藏勘探开发具有重要作用。[研究方法]文章通过野外露头、钻井岩心、成像测井、扫描电镜裂缝识别和流体包裹体、断裂活动、构造应力分析等方法展开了古峰庄地区延长组天然裂缝特征和控藏作用研究。[研究结果]延长组各段天然裂缝均发育,以长7段最为发育,其次为长8、长6段;裂缝以高角度裂缝和垂直裂缝为主,走向以NEE向为主,NE向次之,少量NW和NWW向;裂缝面可见方解石充填和明显过油痕迹。天然裂缝发育程度与岩层厚度、断裂活动密切相关。裂缝形成时期具有多期性,主要为燕山期和喜马拉雅期。[结论]延长组天然裂缝的发育改善了研究区低渗透储层的孔渗能力和储集空间,为低渗透油藏运移、储集和富集提供了良好条件,其发育程度与形成时期影响着低渗透油藏的成藏和产能。

海上稀疏井区高精度地层格架约束下的地震沉积学刻画——以东海盆地西湖凹陷中央背斜带X区块古近系花港组为例

海上工区面积辽阔,单井资料匮乏,花港组内部横向上的沉积微相界定存在争议、纵向上的沉积演化规律不明。为充分挖掘现有井、震资料的地质解释潜力,选取东海盆地西湖凹陷中央背斜带X区块古近系花港组为研究对象,提出了井-震小波变换建立高精度等时地层格架、井点沉积相标志定相类型、分频RGB属性刻画沉积相展布以及古地貌恢复辅助沉积相演化规律分析的地震沉积学解释技术。研究结果表明:(1)测井-地震小波变换结果有较好的一致性,可将研究区花港组分为花港组上段(花上段)3个(H1—H3)和花下段5个(H4—H8)四级旋回,并在此基础上建立高精度等时地层格架。(2)根据岩心相、测井相和地震相相互印证,确认研究区花港组沉积期为辫状河三角洲沉积环境。分频振幅属性验证不同厚度砂岩层在15,30和45 Hz单频体的振幅响应明显,采用分频RGB属性融合可在平面凸显不同沉积体的边界。(3)研究区H1和H2旋回整体为三角洲前缘沉积,H3—H6旋回为浅水背景下的三角洲平原-前缘沉积,H7和H8旋回为辫状河三角洲平原沉积,砂层组沉积相垂向演化受控于物源供给、相对湖平面高低和古地貌形态。在井-震时频分析建立等时地层格架基础上,通过相关性分析优选属性进行RGB融合能够凸显不同厚度砂岩的展布,减少了人为主观因素的影响,提升了沉积体边界的识别能力,可为其他井网稀疏地带沉积相刻画提供借鉴。

水泥固化锌污染黄土力学特性试验研究

聚焦于重金属污染黄土而劣化的实际工程问题,探究水泥固化重金属污染黄土的强度、应力-应变特性,以水泥固化锌离子污染黄土为研究对象,考虑水泥掺量和养护龄期的影响,进行无侧限抗压强度的系列试验,分析其应力-应变曲线、无侧限抗压强度、破坏应变、变形模量的变化规律,进而构建水泥固化锌离子污染黄土在无侧限条件下的应力-应变本构模型。研究表明,经水泥固化后的锌离子污染黄土应力-应变曲线为强软化型,试样呈脆性破坏,可分为弹性、弹塑性、应力下降、残余稳定4个阶段;随着养护龄期、水泥掺量的增加,无侧限抗压强度增大,破坏应变基本呈现减小趋势;变形模量与无侧限抗压强度呈现非线性关系;构建的考虑养护龄期、水泥掺量影响的应力-应变本构模型,可准确描述水泥固化锌离子污染黄土单轴压力下的变形全过程。

深水中大型气田滚动勘探技术体系与成效——以琼东南盆地中央峡谷A边际气田为例

为了促进琼东南盆地中央峡谷深水A边际气田开发,引入目标搜索研究、目标评价研究、目标钻探研究等完整气田滚动勘探技术体系。A边际气田目标搜索除利用传统的区带油气潜力目标搜索技术外,提出评价过程目标搜索技术,共搜索了5个油气潜力区块,并优选A4构造进行油气目标评价。从圈闭解释与落实、圈闭烃类检测两方面对A4构造油气成藏主控因素开展研究。A4构造中部预测优势含气区具有强振幅属性、低密度、低速度、低纵波阻抗、低纵横波速度比等有利含气信息特征,总体为Ⅲ类AVO异常,且能够升级HL_0气组控制天然气地质储量,部署滚动探井A4-1井实施钻探,在黄流组钻遇气层超20 m,莺歌海组二段钻遇可疑气层近10 m,获得天然气探明地质储量近30亿立方米,钻探效果好。滚动勘探研究在深水A边际气田的应用,不仅有效地促进了A边际气田后续滚动勘探活动,而且证实了滚动勘探同样适用于深水油气勘探。

准噶尔盆地西北缘和布克赛尔玄武岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

目的确定准噶尔盆地西北缘和布克赛尔玄武岩的形成时代,并探讨其地质意义。方法在锆石阴极发光内部结构研究的基础上,进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。结果玄武岩形成时限在291～310 Ma。结论玄武岩喷发形成时代不是晚奥陶世,而更可能是在早二叠世。其中,最老的继承性单颗粒碎屑锆石谐和年龄为(2 395±27)Ma,推测该区应存在前寒武纪古老地块。因此,准噶尔盆地西北缘由两条蛇绿岩、蛇绿混杂岩带围限的区带,应是由蛇绿岩、蛇绿混杂岩地体、岛弧岩浆杂岩和微古陆块共同组成的古生代增生带。

流体动力与输导体系联合约束下的油气运聚成藏机理分析——以珠江口盆地白云凹陷深层为例

珠江口盆地白云凹陷油气勘探潜力巨大。该文利用钻测井和三维地震资料,使用三维盆地模拟技术和油气成藏综合研究方法,以白云凹陷深层流体动力和输导体系为基础,分析深层油气运移、成藏条件和动态过程,明确深层的油气运聚成藏模式,以便为白云凹陷深层有利区带的预测提供较为可靠的科学证据。研究认为,主力烃源岩恩平组因欠压实和生烃增压等机制而形成明显超压,油气可藉此克服毛细管阻力,排出烃源岩外。主洼中心在距今8 Ma时流体压力大于泥岩的破裂压力,可使烃源岩破裂,发生幕式混相排烃。恩平组上段气势梯度表现为主洼大部分及周缘气势梯度较大,东洼出现小范围内气势梯度为全区最高,表现出不同地区间油气运移动力的强弱差别。恩平组内断层全部开启,具有良好的输导性能,可作为油气运移通道。珠海组内以主洼东部断层开启最多,输导性能最好。断层与砂体倾向相同的断砂组合,其输导性能最强,而断层呈一定角度与构造脊相交的断脊组合更有利于油气运移。综合考虑流体动力和输导体系,分别建立了恩平组和珠海组内的油气运聚成藏模式。恩平组内突出表现为油气在一定范围的近源、侧向运移和聚集成藏,主洼和东洼生成的油气在流体势场驱动下向北坡、主洼东部和西南部运移,晚期运移动力充足;珠海组内油气以垂向运移为主,侧向运移规模较小,在砂岩储层与断层垂向输导部位匹配处,有利于油气聚集成藏。

澳大利亚西北陆架深水区布劳斯盆地油气地质特征研究

布劳斯盆地的油气勘探是澳大利亚西北陆架被动大陆边缘深水区油气勘探开发的热点与亮点之一,盆地油气勘探程度目前还很低。以盆地构造演化、油气勘探现状和油气田最新资料等为基础,采用地质综合分析方法,分析总结了布劳斯盆地油气地质特征。研究结果表明:布劳斯盆地属边缘海型被动大陆边缘,发育三套主要烃源岩:主力储集层为侏罗系—下白垩统的河流—三角洲相砂岩,中、下白垩统海相泥页岩是区域性盖层。主要圈闭类型为断背斜、断块、压实披覆背斜和倾斜断块构造,油气主要通过断裂系统垂向运移到相邻圈闭和上部的圈闭中,盆地内发育多套油气成藏组合,主要包括下白垩统成藏组合、上侏罗统成藏组合、中下侏罗—上三叠统成藏组合和石炭—二叠系成藏组合。

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组CO_2封存的地质条件研究

对鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组CO_2封存的地质条件,从基本物理条件、储层条件、盖层条件、水文地质条件4方面展开研究。研究认为,马家沟组的地层埋深、正常压力系统和中低温系统为CO_2的有效注入和封存提供了合适的基本物理条件;马家沟组储层具备储集CO_2的空间和能力;马家沟组之上不同规模封盖层的相互配置,有效提高了其封盖能力;马家沟组卤水层更是提供了适于CO_2封存的绝佳的流体环境。因此,鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组具备卤水层封存CO_2的优越条件,非常适宜进行CO_2的地质封存。

寒武纪腕足动物起源及冠轮动物谱系演化

寒武纪大爆发是地球动物门类爆发性出现和地球生态系统演化发生转折的重要时期。自此,地球海洋生态系统从前寒武纪菌藻类支撑的2极食物链生态系统转变为动物消费驱动的3极食物链生态系统,成为地球隐生宙和显生宙的分水岭,是研究和探索显生宙地球宜居性演化的关键。寒武纪大爆发以地球海洋突然大量、快速出现的两侧动物和矿化壳体为标志。这些帽状、管状的壳体化石,除了少量蜕皮类,大多数属于不明亲缘关系的冠轮动物。因此,寒武纪早期冠轮动物的起源与谱系演化是古生物学乃至现代生物学颇具争议的热门研究课题之一。腕足动物是地质历史上化石保存最为丰富、地史延限最长的冠轮动物重要分支类群,是寒武纪演化动物群的核心代表,其研究对于了解古生态学、古地理学和地球生物宏演化具有十分重要的意义。目前对于腕足动物起源存在多种假说,主要包括帚虫状祖先起源、蛤氏虫起源、托莫特壳起源和胶结质椎管状触手冠动物起源等假说。该文以寒武纪腕足动物起源为主线,以化石系统实证或证伪国内外腕足动物起源假说为目的,全面总结了寒武纪腕足动物化石生物学的重要发现和认识,探讨了地球已知最早的内肛动物、笼头虫和分节的威瓦西虫,以及胶结质椎管状腕足动物玉玕囊形贝发现对揭示寒武纪腕足动物起源和冠轮动物多样性及其谱系演化的重要意义。然而,寒武纪大爆发与腕足动物起源的诸多研究问题远未解决,因此在后续研究中,结合多种埋藏相(包括特异型化石库和碳酸盐岩赋存的壳体化石),对于多门类冠轮动物化石开展综合解剖学和壳体显微结构对比研究,尤其是动物壳体矿化类型和显微结构的精细研究,是解决腕足动物乃至冠轮动物超门起源与演化问题的关键。

扬子陆块西北缘拉伸纪三期岩浆作用对Rodinia超大陆裂解的指示意义

为了解扬子陆块西北缘新元古代拉伸纪(1000~720 Ma)岩浆活动和构造演化历史,该文统计了扬子陆块北东缘至西南缘45个岩浆岩岩体的全岩元素、Sm-Nd同位素、锆石U-Pb年龄及Hf同位素数据。根据岩石组合和地球化学特征,可以将扬子西北缘拉伸纪岩浆活动划分为3个阶段,早于855 Ma、855~770 Ma和晚于770 Ma。通过统计和对比3个阶段岩浆岩地球化学特点认为,扬子西北缘洋壳俯冲和岛弧岩浆侵位在1000~900 Ma进入停止期,在900~855 Ma开始进入长期弧陆碰撞和增生造山向碰撞后伸展阶段,至830 Ma之后,扬子陆块边缘进入到全面的大陆裂谷背景,并伴有与Rodinia超大陆裂解有关的岩浆作用。

滇东地区寒武系第三阶沉积岩磁组构研究及其对古水流方向的启示

以滇东地区朱家箐剖面和古莲村剖面为例,对滇东地区寒武系第二阶石岩头组、第三阶玉案山组和红井哨组共计42个采点(319个样品)开展了岩石磁学和磁化率各向异性研究。结果表明,样品中载磁矿物包括磁铁矿、赤铁矿以及少量的针铁矿,而AMS主要由顺磁性矿物携带;两个剖面样品的磁面理均较为发育,各向异性度较低,表现出典型的沉积特征,但结合地层走向与椭球体主轴的分布情况,认为朱家箐剖面反映了后期近E—W向挤压应力作用造成的初始变形组构,古莲村剖面的样品则保留了原生的叠瓦状沉积组构,包括流动组构和横向组构。对古莲村剖面样品的形状因子q和叠瓦角β的进一步分析发现,自玉案山组到红井哨组沉积的数百万年间,水动力条件逐渐增强,古水流方向没有显著变化,均为SW—NE向,其物源应该来自于西侧的康滇古陆。

Cu^(2+)对重塑黄土饱和渗透系数的影响研究

渗透系数是评价重金属污染液在重塑黄土中迁移扩散作用的一个重要指标。已有研究表明污染液的p H值、可溶性盐浓度、离子含量和饱和渗透系数的变化存在一定的相关关系,但未明晰渗透过程中的地球化学反应机制。基于此,采集了西安白鹿原地区的更新统(Qp)黄土,选取Cu^(2+)溶液作为渗透溶液,开展了重塑黄土的饱和渗透试验,建立了基于Netpath软件的地球化学反演模型。结果表明:试验过程中饱和渗透系数从第1天开始显著降低,且与去离子试验组相比降低幅度较大,极差为5.57×10^(-5)cm/s;离子来源分析证明了地球化学反应的发生,存在着矿物的溶解、沉淀以及阳离子交换作用;地球化学反演模拟结果显示由于Cu^(2+)的存在,加剧了矿物溶解产生大量的Ca^(2+),促进碳酸盐矿物溶解平衡左移,从第1天开始方解石和白云石持续形成沉淀,沉淀量分别为1.912,0.958 mmol,从而堵塞渗流孔隙,降低土体的渗透系数。研究结果有助于了解重金属离子侵入过程中重塑黄土饱和渗透系数的变化,同时对于进一步明晰影响渗透系数变化的地球化学机制具有重要的理论意义。

古土壤层间富水对黄土场地湿陷性的影响

黄土地层中往往交替分布着多层红色古土壤层,由于其硬度相对较高,遇水不易湿陷,对黄土地层湿陷量的测量结果有很大的影响。然而,对于古土壤对湿陷量的控制作用目前还缺乏相关研究,导致对湿陷地层湿陷量的科学取舍缺乏理论依据。为此该文统计了黄土高原区的浸水试验结果,分析了不同区域湿陷量室内外差异特征,并以西安地区两个试验场地的大型浸水试验为研究对象,进行了不同试验条件下土体中水分的扩散、含水率的变化、土压力变化以及累计湿陷量等测量工作。最终结果表明,古土壤层的存在阻碍湿陷进程,在阻止水分下渗的同时,阻碍深部地层湿陷量传递至地表,使得湿陷量实测值与计算值之间的差异与古土壤层数呈现正相关的趋势。该文将为普遍存在古土壤的黄土地层自重湿陷机理的研究提供参考。

干湿循环作用下黄土厚度对其裂隙发育的影响

黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境,极易诱发土体裂隙产生,显著弱化土体的结构性和完整性,从而影响工程区域的建设。因此,对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验,记录试样的含水率变化和裂隙发育情况,利用数字图像处理技术,结合分形维数对裂隙网络进行分析。试验结果表明,蒸发路径和含水量的不同导致土体水分蒸发速度不同,土体越厚,水分蒸发速度越慢。界面摩擦力影响土体开裂过程,土体越厚,裂隙发育越慢,裂纹网络复杂性越低。随着干化的进行,界面摩擦力逐渐降低,土体收缩明显,干湿循环效应导致土体颗粒重新组合,加快水分蒸发过程,土体表面会不断劣化。研究结果可为地质灾害防治提供指导。

陕西渭河盆地前新生界地质特征及其油气意义

渭河盆地位于鄂尔多斯地块与秦岭造山带的过渡地带,为新生代断陷盆地。依据渭河盆地沉积-构造演化过程、渭北隆起和秦岭造山带中新生代演化及隆升特点,结合钻井资料及水溶天然气同位素分析,综合探讨了渭河盆地前新生代地质特征。渭河盆地在前新生代应为秦岭造山带与鄂尔多斯盆地之间的古斜坡带,前新生界总体表现出边部老中间新的特点,其中北部斜坡区大部分以早古生代碳酸盐岩地层为主,中南部深凹陷区则广泛保留晚古生代石炭系—二叠系煤系地层,局部地区可能仍有中生代地层残留,暗示渭河盆地前新生界仍存在重要的潜在烃源岩。该认识对探讨渭河盆地的形成演化及天然气勘探具有重要意义。

泥石流中球形巨石运动规律模型试验研究

该研究通过室外水槽模型试验,模拟了不同直径巨石与不同密度泥石流完全固液耦合作用下的运动状态,分析了泥石流沟内巨石在泥石流中的运动模式、运动的影响因素及其在泥石流中的受力情况,并探讨了泥石流密度与巨石粒径对其运动速度的影响。研究结果表明:巨石在运动过程中可能出现滚动、跳跃与滑动等运动模式,巨石出现的运动模式同泥石流的密度以及巨石粒径有关;巨石的直径越大,运动速度越小,它在泥石流中的运动模式越简单,越倾向于发生滚动运动,在泥石流流体中的跟随性越好,速度比n越容易趋近于1;巨石粒径对巨石运动速度的影响大于泥石流密度对它的影响。