块状矿石是超大型铜镍硫化物矿床的核心经济矿石类型。 全球同类矿床广泛发育大规模块状矿 石, 而金川超大型铜镍硫化物矿床中发现的块状矿石体量较小, 其深部是否存在大量块状矿石备受关 注。 金川Ⅱ矿区 1 号矿体具有矿区最大的资源储量, 以海绵陨铁状矿石为主, 近年深部开采过程中揭 露出一定规模的块状矿石, 但该类块状矿石的形成机制尚不明确。 本研究以Ⅱ--1 号矿体内新发现的 块状矿石为研究对象, 采用矿物综合分析系统 (TESCAN Integrated Mineral Analyzer, TIMA)、 磁性胶 体方法、 扫描电镜等技术, 开展硫化物原位硫同位素与全岩铂族元素地球化学分析测试, 明确块状矿 石中矿物组合与铂族元素赋存状态, 并探讨了块状矿石形成机制。 研究结果显示, 镍黄铁矿在磁黄铁 矿基质中呈定向流动结构, 可见少量单斜磁黄铁矿主要沿六方磁黄铁矿裂隙和颗粒边部产出, 矿石中 铂族矿物以硫砷铱矿和碲钯镍矿为主; PGE 地幔标准化配分模式与海绵陨铁状矿石基本一致, Pt 亏 损可能与岩浆期后热液流体的活化有关。 块状矿石 δ 34 S 为 - 3. 74‰ ~ - 2. 14‰, Δ 33 S 为 - 5. 63‰ ~ - 2. 33‰, 低于矿区浸染状和海绵陨铁状矿石的同位素值; Δ 33 S 异常记录了太古宙地壳物质的硫同 位素信号。 综合研究认为, 金川Ⅱ--1 号矿体中块状矿石可能不是深部矿浆单次贯入的产物, 而是早 期岩浆中半固结的硫化物熔体在区域构造挤压下发生压滤, 沿构造薄弱面运移、 充填并冷凝结晶。 该 构造压滤成矿模型有助于理解金川不同矿体中块状矿石的成因差异, 并可为矿区深部块状矿体勘查提 供参考。

偃尾山铜银矿床是大兴安岭东北部呼中—塔源成矿带内典型的中型热液矿床。 以往地质勘查与 科研工作多聚焦于主成矿元素 Cu、 Ag 的矿体特征、 流体包裹体及硫同位素研究, 而针对碲化物矿物 组合类型、 嵌布赋存规律及化学成分特征的研究尚不明确, 这制约了对该区 Te 元素富集机制与深部 多金属找矿潜力的深入认识。 为厘清该矿床碲化物矿物学特征, 揭示其沉淀形成环境, 判定成矿物质 来源, 完善大兴安岭北段热液矿床碲富集成矿理论, 本研究以偃尾山铜银矿床原生硫化矿石为研究对 象, 通过光学显微镜、 电子探针微区分析等手段, 系统查明碲化物种类、 产出特征及元素组成规律。 结果表明: 矿石中碲化物以碲铅矿、 碲银矿、 碲金银矿、 碲铋银矿为主, 主要赋存于黄铜矿中, 或与 黄铜矿、 黝铜矿交代、 共生, 粒径介于 5 ~ 110 μm。 其中碲铅矿分布范围最广, 粒度最大。 电子探针 分析显示, 各类碲化物中 Te、 Ag、 Pb、 Bi 主量元素含量差异显著, 构成各自标志性成分区间, 同时 普遍含有微量的 Sb、 Se、 Cu、 Fe、 Ni、 S 等元素。 矿物化学特征指示, 碲化物主要沉淀于近平衡热液 体系, 晚期叠加了局部物理化学条件的短暂波动。 结合硫铅同位素地球化学特征综合分析认为, 矿床 成矿物质主要来源于地壳深部或上地幔。 本研究补充完善了大兴安岭东北部热液铜银矿床碲化物基础 地质资料, 明确了区内构造岩浆带 Te 元素富集的成矿优势, 同时指示偃尾山铜银矿床深部以及相邻 同构造岩浆岩带具备 Te--Cu--Ag 共生多金属矿床的巨大勘查潜力, 为东北地区关键金属 Te 的矿床研 究与勘探提供了矿物学依据。

里东坑钨钼矿地处江南钨矿带东段皖南地区, 对该矿区地质资料开展系统梳理、 分析及综合发 掘, 可为矿区找矿潜力评价与找矿方向厘定提供支撑, 同时对总结钨钼矿成矿地质条件、 成矿作用机 制与成矿规律, 完善区域成矿理论体系具有重要的理论与应用价值。 在分析区域成矿地质背景的基础 上, 结合野外地质调查及矿产勘查工作, 系统研究了里东坑矿区的地质、 地球物理及地球化学特征, 明确了矿体产出特征与空间延伸规律, 探讨了矿区深部找矿潜力并指明下一步找矿方向。 研究结果显 示, 里东坑矿区已知钨钼矿体呈似层状、 脉状、 透镜体状平行展布, 分布于里东坑岩体内外接触带, 矿体赋存于二长花岗斑岩、 斑点角岩、 绿泥石化角岩、 石英网脉等围岩中, 受区域断裂、 岩体产状、 节理构造及蚀变分带共同控制, 属中--高温岩浆热液充填型矿床。 晚侏罗世里东坑黑云母二长花岗斑 岩为 S 型花岗岩, 具有一定程度的结晶分异, 为钨钼矿成矿地质体, 岩体冷凝收缩形成的同生节理是 主要成矿结构面, 与成矿关系密切的矿化蚀变主要有硅化、 绢云母化、 绿泥石化、 云英岩化及钾化 等。 矿区地球化学特征显示 W、 Mo、 Bi 等是主成矿元素, 元素异常具有一定的分带规律, Mo、 Bi、 Cu 元素异常与岩体及角岩化带相套合, W、 Ag、 Au 元素异常与断裂构造带密切相关。 矿区地球物理 特征显示, 里东坑岩体及周边角岩区表现为低磁化率、 中低极化率特征, 表明里东坑岩体抬升剥蚀程 度较小, 地表出露青磐岩化带, 与成矿密切相关的绢英岩化带、 钾化带仍埋藏于深部。 结合区域找矿 预测模型, 认为该矿区深部仍具有较好的找矿前景, 其中沿着里东坑岩体侧伏延伸的西侧、 西南侧深 部为今后该区地质找矿的重点区域, 具有寻找大型斑岩型钨钼矿床的潜力。

为评价大杨树盆地九峰山组暗色泥岩生烃潜力及其油气勘探意义, 基于盆地中部 X1 井九峰山 组岩心样品, 开展总有机碳 (total organic carbon, TOC)、 岩石热解、 氯仿沥青 “A”、 可溶有机质族 组分、 镜质体反射率 (Ro ) 及有机碳同位素等测试分析。 结果表明: 九峰山组暗色泥岩有机质丰度 纵向非均质性显著, 九三段有机质丰度相对较高, 以中等烃源岩为主; 九一段整体以差烃源岩为主, 局部达到好烃源岩标准; 九五段有机质丰度偏低, 生烃贡献有限, 为非烃源岩。 有机质类型总体以Ⅲ 型为主, 九三段局部样品显示Ⅱ2 --Ⅱ1 型特征。 成熟度随埋深增加呈阶段性演化: 九五段处于未成熟 阶段, 九三段为低成熟--早期生油阶段, 九一段进入成熟--高成熟阶段, 深部具备生气潜力。 整体上九 峰山组可溶有机质以饱和烃为优势、 沥青质质量分数偏低且饱/ 芳比较高, 结合碳同位素特征, 指示 沉积水体环境偏还原, 母质来源为陆源高等植物与低等水生生物的混合输入。 综合研究表明, 九三段 及九一段局部具备较好的生烃物质基础与热演化条件, 是九峰山组有利的油气勘探层系。

松辽盆地长岭断陷龙凤山地区下白垩统火石岭组火山碎屑岩储层广泛发育, 是深层火山岩油气 增储上产的重要目标层系。 针对深层复杂成岩背景下该套火山碎屑岩的就位环境识别困难、 优质储层 形成机制尚不明确等问题, 以龙凤山地区火石岭组水下就位火山碎屑岩为研究对象, 综合利用岩心观 察、 铸体薄片鉴定、 扫描电镜与能谱分析以及孔隙度和渗透率测试等手段, 对其判别标志和成储机制 进行了系统研究。 结果表明, 研究对象属于爆发相中的火山碎屑裙亚相, 岩性以粗安质和安山质火山 角砾岩及晶屑岩屑凝灰岩为主。 其水下就位环境在宏观上表现为 “沉积--火山--沉积” 互层序列, 以 及半固结泥质沉积物、 炭化植物碎屑等外源组分的混入; 微观上以塑性浆屑淬火边、 长石晶屑炸裂缝 以及绿泥石充填、 钠长石环边等岩浆--水相互作用或成岩蚀变产物为典型标志。 储集空间以次生溶蚀 形成的洞穴状孔、 筛状孔及铸模孔为主, 原生微裂缝对渗流能力改善具有重要作用。 岩石孔隙度平均 为 6. 88% , 渗透率平均为 0. 936 × 10 - 3 μm 2 , 总体表现为中--高孔、 低渗储层特征, 进一步揭示了水 下就位火山碎屑岩 “早期充填保孔、 后期溶蚀增孔” 的成储演化模式: 早成岩期形成的自生绿泥石 充填与钠长石环边, 在一定程度上抵抗了埋藏过程中的机械压实, 保留了原生粒间孔隙的轮廓; 中成 岩期富含有机酸的流体沿残余孔隙及原生微裂缝注入, 对早期绿泥石充填物及斜长石、 中性岩屑等不 稳定组分进行差异溶蚀, 促使残余原生孔隙重新开启并形成次生孔隙。 研究成果可深化对陆相湖盆水 下火山碎屑岩成储机制的认识, 并为龙凤山地区深层优质储层预测提供理论依据。

为明确松辽盆地边缘浅湖区青山口组沉积期氧化还原条件的垂向演化特征, 以松辽盆地东缘宾 县 PM002 剖面为研究对象, 对青山口组一段上部—二段下部过渡层段约 45 m 厚剖面内 286 个样品开 展 10 cm 级岩性描述、 烧失量 (loss on ignition, LOI) 和 XRF (X-ray fluorescence spectrometry) 主微量 元素测试, 并采用 Al 标准化、 富集因子 ( enrichment factor, EF)、 主成分分析 ( principal component analysis, PCA) 与 CONISS (constrained incremental sum of squares) 聚类分析等方法, 综合识别氧化还 原环境变化。 结果表明: 研究层段以泥岩、 含介屑泥岩和粉砂质泥岩等细粒沉积为主, 局部夹灰质、 白云质薄层及白云质结核, 整体发育 5 个 “快速加深--逐渐变浅” 的五级沉积旋回 ( SQ--5--1 ~ SQ--5-- 5)。 U/ Th 均值为 0. 16、 V/ Cr 均值为 0. 45, Mo 平均质量分数为 0. 58 μg / g, Mo--U 协变图中全部样品 位于 0. 1 × SW (seawater) 参考线以下, 指示研究层段总体处于氧化--弱氧化背景, 未发生明显大规模 自生 Mo 富集。 基于 LOI550 、 S / Al、 Mn / Al、 V/ Sc 和 Fe / Mn 等敏感指标的 Z-score 标准化与 CONISS 聚 类结果, 可将剖面划分为Ⅰ--Ⅵ 6 个氧化还原演化阶段, 表现为 “相对还原--强氧化--弱氧化--强氧化-- 弱氧化--相对还原” 的非稳态转换特征。 五级沉积旋回与 CONISS 阶段并非一一对应, 而是呈现交叉 耦合关系, 说明氧化还原变化受沉积旋回、 水动力扰动和局部成岩过程共同影响。 局部 S 质量分数最 高达 4. 24% , 但与 Mo 富集明显解耦, 表明硫富集主要反映短期孔隙水还原或局部硫化物固定, 而非 稳定硫化水柱。 综合认为, PM002 剖面记录了边缘浅湖区间歇性水体分层及其阶段性崩塌过程, 氧化 还原条件具有明显的非稳态波动特征。

辉绿岩在油气勘探开发过程中被证实为重要储层, 但其强烈的非均质性导致有利储层预测困 难。 现有的研究尚未建立结晶程度与储层物性之间的定量响应关系, 缺乏统一的分级评价标准, 严重 制约了该类储层的精细评价与勘探部署。 本研究以临南洼陷沙三段不同结晶程度的辉绿岩为研究对 象, 引入人工干预的晶体粒度分布方法对辉绿岩结晶程度进行量化表征, 结合浅成侵入岩的冷凝结晶 规律, 首次建立了以 200 μm 和 400 μm 为界线值的临南洼陷辉绿岩细粒--中粒--粗粒三级分类方案, 进一步结合孔渗测试、 铸体薄片、 扫描电镜和高压压汞数据, 明确了临南洼陷辉绿岩储层物性与其结 晶程度呈正相关。 粗粒辉绿岩在岩浆冷凝结晶过程中, 由于矿物晶体生长时间较长、 晶体粒度较大, 晶间孔发育, 且粗粒结构长石晶体间连通孔隙发育, 有利于后期成岩流体的进入和溶蚀作用的发生, 进而形成溶蚀孔, 因此粗粒辉绿岩孔隙结构与储渗性能显著优于中细粒辉绿岩, 是辉绿岩油藏中最具 潜力的有利储层岩性。

河套盆地临华井区临河组储层物性差异显著, 孔隙结构复杂, 储层非均质性较强, 制约了油气 勘探开发工作。 以研究区 12 块砂岩样品为研究对象, 综合铸体薄片、 扫描电镜、 高压压汞、 真实砂 岩微观模型水驱油可视化实验多种分析手段, 开展储层孔隙类型、 分形特征及水驱油渗流响应综合研 究, 阐明分形维数与储层物性、 渗流响应之间的对应关系, 明确其对水驱运移路径和驱替模式的控制 作用。 结果表明: 基于物性及试油特征, 研究区储层可划分为Ⅰ类 (优质)、 Ⅱ类 (中等) 和Ⅲ类 (差) 3 类。 Ⅰ类储层以原生粒间孔为主, 局部有溶蚀扩大型孔隙, 并伴生一定数量微孔, 形成较好 的有效连通孔隙网络, 优势渗流通道明显; Ⅱ类储层粒间孔与溶蚀孔共同发育, 局部形成大孔--微孔 并存; Ⅲ类储层以微小粒间孔和晶间微孔为主, 孔隙细小、 连通性差, 整体结构致密。 Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ类 储层分形维数平均约为 2. 88、 2. 81 和 2. 75, 分别对应复杂、 中等复杂度和相对简单致密的孔隙系统。 可视化水驱油实验表明, 3 类储层分别呈 “指状--网状”、 “指状--均匀状” 和 “网状--均匀状” 驱替模 式。 总体上, 分形维数与水驱油渗流响应具有较好的对应关系: 高分形维数多对应复杂孔隙结构、 优 势渗流通道发育及较强非均质渗流, 低分形维数多对应致密背景下的均匀缓慢渗流。 综合应用多尺度 孔隙结构表征、 压汞分形计算与真实砂岩微观模型水驱油可视化实验, 建立了储层分形特征与驱替模 式之间的对应关系, 揭示了静态孔隙结构对动态渗流响应的控制作用, 可为研究区储层精细评价、 差 异化开发及井位部署提供依据。

火烧区的精准探测是开展煤矿有效治理的重要前提。 煤田火烧区地形坡度大、 地表煤烟遮蔽严 重, 导致地面物探工作难以实施、 探测精度无法保障。 基于火烧区高磁、 低电阻的特点, 半航空电磁 法与航空磁法协同探测技术能够适应复杂地形环境, 弥补单一方法的局限, 提高对火烧区空间分布的 分辨能力。 现有的电磁和磁法三维反演方法未能有效解决燃烧剩磁和复杂地形的问题, 造成对地下火 烧区的分布刻画能力较差。 本研究开发出一种适用于复杂地形区的三维磁化强度矢量和电阻率反演技 术, 有效获取地下三维电阻率和磁化强度分布, 可为火烧区治理提供精准、 高效的技术手段。 海州露 天煤矿曾为亚洲第一大露天煤矿, 其关闭后由残煤自燃与历史开采形成的地下火烧区引发了严重的地 面滑坡、 沉降、 地裂缝等灾害, 该地区地形复杂, 常规电磁和磁法三维反演方法无法满足探测需求。 使用上述半航空电磁与航空磁法协同探测方法在海州露天煤矿区开展了测量工作, 对数据系统处理后 采用所开发的复杂地形反演技术进行三维磁化强度矢量和电阻率反演。 根据高磁与低阻物性的分布规 律进行综合解释, 推断出 17 处火烧区。 经实地调查验证了推断结果的准确性, 并将推断的火烧区分 为 3 种类型: Ⅰ类为地下原生残煤自燃 (4 处), Ⅱ类与浅部矸石燃烧或堆积相关 (12 处), Ⅲ类为 疑似火烧区 (1 处)。

车载探地雷达系统可高效探测道路空洞, 在城市道路安全管理中具有重要作用。 城市峡谷区域 GNSS 定位精度会显著下降, 造成车载探地雷达系统 GNSS / IMU 组合定位稳定性降低。 基于归一化新 息平方的鲁棒滤波能够提升 GNSS / IMU 组合导航的鲁棒性, 但各鲁棒核函数的衰减规律和截断机制不 同, 在异常观测抑制和有效信息利用方面存在明显差距。 为明确各核函数在复杂环境下的适定性和鲁 棒性差异, 本研究在误差状态卡尔曼滤波 (ESKF) 框架下, 利用长春市城市快速路实测数据, 对 Cauchy、 Student-t、 Tukey 和 Huber 4 种鲁棒核函数的 GNSS / IMU 组合导航性能开展了对比分析。 结果 表明, Cauchy 和 Student-t 核函数因渐进衰减的重尾分布特性综合表现最佳, 且后者的鲁棒性稍优于 前者, 相对传统 ESKF 在位置 RMSE、 速度 RMSE 和位置误差 95% 分位数 (P95) 上分别降低 11. 1% 、 12. 1% , 3. 0% 、 4. 9% , 22. 3% 、 21. 0% 。 Huber 核函数因线性衰减且无截断抑制鲁棒性较弱, 相对 传统 ESKF 在位置 RMSE、 速度 RMSE 和 P95 上仅分别降低 4. 5% 、 0. 6% 和 15. 3% 。 Tukey 核函数的 强截断特征导致有效信息利用不足, 精度退化严重, 在 4 种核函数中鲁棒性最差。 本研究可为复杂城 市环境下车载探地雷达系统 GNSS / IMU 组合导航的鲁棒核函数优选与滤波算法设计提供参考依据。

吉林省白城市洮北区长期地下水超采引发显著地表沉降。 为揭示区域地表沉降时空特征及其与 地下水活动的关联机制, 利用 2018—2021 年 Sentinel--1 影像, 构建基于归一化植被指数 (INDV ) 动态 阈值约束 SBAS--InSAR 基线优化方法, 反演地表形变时空分布; 采用地理探测器分析地表沉降与 9 项 环境因子的空间响应关系, 并通过多元奇异谱分析 (M--SSA) 对地表形变与地下水位时序进行分解 与耦合分析。 结果表明: INDV约束的基线优化方法可有效提升干涉像对质量, 有效干涉比例提升约 17. 3% , 均方根误差明显降低; 洮北区整体以微弱沉降为主, 平均形变速率为 - 1. 93 mm/ a, 速率主 要分布在 - 15 ~ 10 mm/ a, 沉降集中于农田灌溉区。 土壤砂粒与黏粒体积分数对沉降空间分异解释力 最强, 双因子交互作用显著提升解释力, 其中距水体距离与土壤砂粒体积分数交互作用最显著 (q = 0. 091), 表明水文条件与土壤性质共同控制沉降空间格局。 时序分解显示, 季节性波动是地表形 变与地下水变化的主导驱动因子, 二者季节分量高度相关, 地下水位变化对地表形变的驱动存在约 133 d 滞后, 反映含水层孔隙水压力调整与土层固结压缩的延迟响应特征。 综合表明, 农业灌溉导致 的地下水超采是洮北区地表沉降的主要驱动机制。

井下加热器作为油页岩原位转化的关键设备, 其传热性能直接影响加热效率与能量消耗。 基于 传统的换热器, 通过对其尺寸改善设计, 提出一种适用于油页岩原位转化井筒直径的井下对流管壳式 电加热器, 并引入螺旋折流板对管壳换热结构进行优化, 据此分别研制了两种结构的加热器样机。 为 分析油页岩原位转化井下加热系统的换热性能和不可逆损失, 搭建了高温高压实验平台系统, 针对关 键注热参数, 开展了管壳结构与螺旋结构在多种加热功率和空气体积流条件下的实验研究。 对比壁面 温度、 传热系数、 热效率、 综合性能指标、 无量纲熵产和热阻等参数, 分析了两种结构在换热与能量 利用方面的表现。 实验结果表明: 螺旋结构相对管壳结构能有效降低电加热棒壁面峰值温度, 在试验 功率和流量范围内, 传热系数提升 51. 4% ~ 66. 5% , 热效率高出 2. 7% ~ 3. 7% 。 在综合性能指标 K/ Δp 1 / 3方面, 螺旋结构较管壳结构提高了 17. 1% ~ 37. 5% , 表现出更优的换热和阻力的协同作用, 并 在熵产与热阻方面表现出更低的不可逆损失, 在提升能量利用方面具有明显优势。

地下水封洞库围岩中断层、 节理等结构面的发育特征直接影响洞库水封性能、 围岩稳定性及施 工安全。 针对传统人工地质素描测量范围受限、 效率低、 主观性较强且难以数字化利用等不足, 提出 一种面向地下水封洞库围岩结构信息提取的自动解译方法, 构建点云预处理、 结构面识别、 参数解译 及成果表达的技术流程。 采用体素重采样和统计离群点滤波对三维激光扫描点云进行预处理; 融合主 成分分析 (principal component analysis, PCA)、 密度峰值聚类算法 (density peaks clustering algorithm, DPCA)、 改进 K 均值聚类 ( K-means clustering)、 层 次 密 度 聚 类 ( hierarchical density-based spatial clustering of applications with noise, HDBSCAN) 和随机采样一致性算法 ( random sample consensus, RANSAC), 实现结构面优势方向识别、 聚类分割与平面拟合; 基于空间几何、 方位概念与参数三维 解译方法, 自动提取产状、 迹长、 间距和岩石质量指标 (rock quality designation, RQD), 并通过坐标 转换与投影变换等实现二维地质素描图的自动制图。 依托云南省某地下水封洞库工程, 使用上述方法 对 7 个洞段的测试结果表明, 该方法能够稳定识别多组围岩结构面, 主要结构面展布特征与人工调查 结果一致性较好; RANSAC 拟合优于完整点云中结构面产状解译结果; 解译间距能够较好反映人工调 查的间距范围; RQD 计算平均相对偏差为 3. 41% ; 自动生成的二维地质素描图能够直观表达结构面 空间展布特征。 该研究可为施工期围岩快速编录、 动态地质分析和支护设计优化提供岩体结构基础数 据、 图件与技术支撑。