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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202304011
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清洁能源开发利用是当前全球可持续发展共同关注的资源环境问题。干热岩（hot dry rock，HDR）指埋藏于地球深部，内部不存在或仅存在少量流体，温度高于180 °C的异常高温岩体，作为未来人类可持续利用的重要战略可接替清洁能源，其开发利用备受关注。文章旨在梳理总结国内外典型干热岩勘查与开发利用进展的基础上，对干热岩资源研究方向提供几点思考，希望对我国未来干热岩勘查与开发工作起到有益参考借鉴作用。自20世纪70年代提出干热岩概念以来，世界各国开展了多处勘查开发工程探索，在取得大量理论技术突破的同时，也存在不少失败的案例。虽然全球投入建设的干热岩开发工程数量总体上不断增加，为干热岩勘查开发积累了宝贵经验，但是迄今为止尚未建造有商业规模的储层，由于缺乏持续经费支持、水力压裂诱发微地震等问题，多数被迫终止。目前来看，全球干热岩开发正逐渐进入新的探索阶段，欧美各国纷纷加强相关基础理论和技术攻关。我国近年来在干热岩资源调查评价和勘查开发取得了重要阶段性成果，编制了中国大地热流值、居里面深度、控热构造等系列基础图件，初步估算了我国陆域干热岩资源潜力，并在青海共和、福建漳州、广东惠州、河北马头营、山西大同、江苏兴化等地区相继开展了干热岩勘查开发探索。其中，青海共和盆地恰卜恰地区在4 000 m深探获超过200 °C的高温干热岩体。2019年在青海共和启动我国首个干热岩勘查试采示范工程建设，2020年完成干热岩储层规模化建造，有效改造体积超千万立方米，并于2021年实现试验性发电并网，在干热岩深部探测、高温硬岩钻探、规模化储层建造、循环连通、有机朗肯循环发电等方面取得了系列基础成果，推动了我国干热岩在勘查开发方面的实质性进展。总体来看，全球干热岩勘查开发取得了长足进展，实践证明干热岩资源是一种十分有发展前途的绿色能源，未来有望成为全球源源不竭的能源支撑。然而，干热岩现有开发利用路径及其配套技术、装备与商业化开发预期相比还存在较大差距。我国干热岩资源开发尽管实现了从“0”到“1”的突破，但距离国际水平还有较长的路要走，仍需要在高温硬岩钻完井、深部储层精细刻画、安全规模化储层建造、高效换热取热等方面推动颠覆性技术创新，破解规模化、经济性开发难题。
清洁能源开发利用是当前全球可持续发展共同关注的资源环境问题。干热岩（hot dry rock，HDR）指埋藏于地球深部，内部不存在或仅存在少量流体，温度高于180 °C的异常高温岩体，作为未来人类可持续利用的重要战略可接替清洁能源，其开发利用备受关注。文章旨在梳理总结国内外典型干热岩勘查与开发利用进展的基础上，对干热岩资源研究方向提供几点思考，希望对我国未来干热岩勘查与开发工作起到有益参考借鉴作用。自20世纪70年代提出干热岩概念以来，世界各国开展了多处勘查开发工程探索，在取得大量理论技术突破的同时，也存在不少失败的案例。虽然全球投入建设的干热岩开发工程数量总体上不断增加，为干热岩勘查开发积累了宝贵经验，但是迄今为止尚未建造有商业规模的储层，由于缺乏持续经费支持、水力压裂诱发微地震等问题，多数被迫终止。目前来看，全球干热岩开发正逐渐进入新的探索阶段，欧美各国纷纷加强相关基础理论和技术攻关。我国近年来在干热岩资源调查评价和勘查开发取得了重要阶段性成果，编制了中国大地热流值、居里面深度、控热构造等系列基础图件，初步估算了我国陆域干热岩资源潜力，并在青海共和、福建漳州、广东惠州、河北马头营、山西大同、江苏兴化等地区相继开展了干热岩勘查开发探索。其中，青海共和盆地恰卜恰地区在4 000 m深探获超过200 °C的高温干热岩体。2019年在青海共和启动我国首个干热岩勘查试采示范工程建设，2020年完成干热岩储层规模化建造，有效改造体积超千万立方米，并于2021年实现试验性发电并网，在干热岩深部探测、高温硬岩钻探、规模化储层建造、循环连通、有机朗肯循环发电等方面取得了系列基础成果，推动了我国干热岩在勘查开发方面的实质性进展。总体来看，全球干热岩勘查开发取得了长足进展，实践证明干热岩资源是一种十分有发展前途的绿色能源，未来有望成为全球源源不竭的能源支撑。然而，干热岩现有开发利用路径及其配套技术、装备与商业化开发预期相比还存在较大差距。我国干热岩资源开发尽管实现了从“0”到“1”的突破，但距离国际水平还有较长的路要走，仍需要在高温硬岩钻完井、深部储层精细刻画、安全规模化储层建造、高效换热取热等方面推动颠覆性技术创新，破解规模化、经济性开发难题。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209010
摘要:
储层压裂阶段，对近井渗透率的高效评估是分析压裂效果、更新压裂方案的重要环节。但受技术或成本制约，目前仍然缺少深部储层近井渗透率原位测算方法。借助于压裂施工过程的间歇性注入和返排泄压环节，提出一种依托压裂施工过程的单井注抽示踪试验工艺，以及基于数值求解和解析解的两种渗透率估算方法，实现了低成本条件下深部储层渗透率原位测试。将该套方法体系应用于实际增强型地热系统场地，结果显示：在单井注抽试验示踪剂突破曲线不完备条件下，通过数值方法仍然能够合理地估算近井渗透率（0.8 D），但方法计算效率较低；而在示踪剂突破曲线相对完备条件下（即监测得到示踪剂浓度峰值），可采用解析法快速估算渗透率（0.25 D）；但由于解析法中未能精确考虑井筒内部长距离示踪剂迁移过程和储层内部弥散作用对示踪剂突破曲线的影响，计算精度相对较低。然而，通过数值方法和解析方法估算近井渗透率处于同一数量级，表明解析法仍可以作为渗透率原位快速估算的一种有效手段。文章提出的单井注抽试验工艺和数据解释方法体系为深部储层渗透率原位测试提供了一种新的途径。
储层压裂阶段，对近井渗透率的高效评估是分析压裂效果、更新压裂方案的重要环节。但受技术或成本制约，目前仍然缺少深部储层近井渗透率原位测算方法。借助于压裂施工过程的间歇性注入和返排泄压环节，提出一种依托压裂施工过程的单井注抽示踪试验工艺，以及基于数值求解和解析解的两种渗透率估算方法，实现了低成本条件下深部储层渗透率原位测试。将该套方法体系应用于实际增强型地热系统场地，结果显示：在单井注抽试验示踪剂突破曲线不完备条件下，通过数值方法仍然能够合理地估算近井渗透率（0.8 D），但方法计算效率较低；而在示踪剂突破曲线相对完备条件下（即监测得到示踪剂浓度峰值），可采用解析法快速估算渗透率（0.25 D）；但由于解析法中未能精确考虑井筒内部长距离示踪剂迁移过程和储层内部弥散作用对示踪剂突破曲线的影响，计算精度相对较低。然而，通过数值方法和解析方法估算近井渗透率处于同一数量级，表明解析法仍可以作为渗透率原位快速估算的一种有效手段。文章提出的单井注抽试验工艺和数据解释方法体系为深部储层渗透率原位测试提供了一种新的途径。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207046
摘要:
随着城市工程建设的发展，建筑工程事故问题愈发突出，采用传统方法求取的岩土参数区间无法满足实际工程需要。基于无监督学习思想，选取工程性质较差的泥炭质土，结合工程经验选用8个物理指标作为输入集，利用主成分分析（PCA）算法实现多样本多参数去耦合的降维处理，得出各物理指标相关性及敏感度，结合其相关性及敏感度赋予不同埋深泥炭质土物理指标的综合评价值。利用k-means聚类分析泥炭质土物理指标、综合评价值及工程特性之间关系，为岩土参数选取提供理论基础。采用监督学习方法——BP神经网络算法分析无监督结果，验证（PCA—k-means）算法模型的合理性。将通过聚类分析得到的正态样本利用多种截尾法优化，得到可靠取值区间，并将取值结果与实际工程取值比较，验证该模型工程参数取值合理性。该算法模型具有较好的工程应用价值，所得研究结果可为工程勘察、设计、施工参数取值提供参考，也能为岩土参数取值分析提供新的分析方法。
随着城市工程建设的发展，建筑工程事故问题愈发突出，采用传统方法求取的岩土参数区间无法满足实际工程需要。基于无监督学习思想，选取工程性质较差的泥炭质土，结合工程经验选用8个物理指标作为输入集，利用主成分分析（PCA）算法实现多样本多参数去耦合的降维处理，得出各物理指标相关性及敏感度，结合其相关性及敏感度赋予不同埋深泥炭质土物理指标的综合评价值。利用k-means聚类分析泥炭质土物理指标、综合评价值及工程特性之间关系，为岩土参数选取提供理论基础。采用监督学习方法——BP神经网络算法分析无监督结果，验证（PCA—k-means）算法模型的合理性。将通过聚类分析得到的正态样本利用多种截尾法优化，得到可靠取值区间，并将取值结果与实际工程取值比较，验证该模型工程参数取值合理性。该算法模型具有较好的工程应用价值，所得研究结果可为工程勘察、设计、施工参数取值提供参考，也能为岩土参数取值分析提供新的分析方法。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202212020
摘要:
经典的地下水渗流理论是基于水均衡原理建立的，无法解释天然地震活动等外部荷载引起的井水位变化现象，也不利于深入认识地下水渗流运动在各种环境地质灾害中的作用。针对这一问题，基于流固耦合的动力学理论构建了地震波应力驱动承压含水层孔隙压力变化的数学模型，借助软件Comsol实现了对模型的有限元数值求解及影响因素分析，利用Cooper理论反演出井水位的变化特征，并将结果与强震引起川滇地区井水位的变化特征进行对比。结果表明：当地震波荷载作用于承压含水层时，孔隙压力会表现出与地震波同周期的振荡变化特征，且地震波振幅、频率以及水力坡度对孔隙压力的变化特征影响显著。地震波荷载施加初期，孔隙压力迅速增大，随后含水层中的部分水会被缓慢排出，荷载压力逐渐转移到颗粒骨架上，孔隙压力的变化速率随之变缓并趋于新的平衡。井水位变化特征与孔隙压力密切相关，其振荡周期与变化形态与孔隙压力相一致，幅度不同，总体上表现出振荡上升且趋于稳定的变化特征，与川滇地区观测到的井水位变化形态基本相同。该成果对于应力作用下地下水渗流运动理论的建立和完善具有宝贵的探索意义，可以丰富和拓展传统地下水动力学和经典流固耦合理论的研究思路和应用领域。
经典的地下水渗流理论是基于水均衡原理建立的，无法解释天然地震活动等外部荷载引起的井水位变化现象，也不利于深入认识地下水渗流运动在各种环境地质灾害中的作用。针对这一问题，基于流固耦合的动力学理论构建了地震波应力驱动承压含水层孔隙压力变化的数学模型，借助软件Comsol实现了对模型的有限元数值求解及影响因素分析，利用Cooper理论反演出井水位的变化特征，并将结果与强震引起川滇地区井水位的变化特征进行对比。结果表明：当地震波荷载作用于承压含水层时，孔隙压力会表现出与地震波同周期的振荡变化特征，且地震波振幅、频率以及水力坡度对孔隙压力的变化特征影响显著。地震波荷载施加初期，孔隙压力迅速增大，随后含水层中的部分水会被缓慢排出，荷载压力逐渐转移到颗粒骨架上，孔隙压力的变化速率随之变缓并趋于新的平衡。井水位变化特征与孔隙压力密切相关，其振荡周期与变化形态与孔隙压力相一致，幅度不同，总体上表现出振荡上升且趋于稳定的变化特征，与川滇地区观测到的井水位变化形态基本相同。该成果对于应力作用下地下水渗流运动理论的建立和完善具有宝贵的探索意义，可以丰富和拓展传统地下水动力学和经典流固耦合理论的研究思路和应用领域。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211076
摘要:
针对位于干旱-半干旱气候带的中国北部矿区生态修复过程中重构层状土壤水分运移规律研究较少的问题，本研究通过设置不同层状结构土壤进行水分运移入渗试验，监测土壤剖面水分变化，采用Hydrus-1D模拟降雨入渗过程，从土壤水分、水势和水通量3个方面揭示层状土壤水分运移特征，并基于优化后的模型进行情景模拟，探究夹层特征对浅层土壤水分阻滞的影响。研究结果表明，夹层明显改变了土壤水分的分配与运移过程，土壤水势在夹层界面连续分布，而土壤水分在夹层界面发生突变；虽然黄土夹层和风化砂岩夹层都阻滞了土壤水分的下渗，但其阻滞原理不同，前者表现为黏质夹层渗透性能差导致夹层以上土壤水分滞留，后者归因于粗质夹层土壤质势小造成水分持留在上部黏质土壤中；根据不同夹层属性的情景模拟结果，提出在风积沙40 cm深度处设置20 cm厚的黄土夹层有利于提高夹层以上土壤水分以供植被的利用。研究探明了风积沙区充填黄土对土壤水分运动的影响，并为土壤类型以风积沙和黄土为主的陕北榆神矿区在生态修复中的土壤重构方式提供了参考依据。
针对位于干旱-半干旱气候带的中国北部矿区生态修复过程中重构层状土壤水分运移规律研究较少的问题，本研究通过设置不同层状结构土壤进行水分运移入渗试验，监测土壤剖面水分变化，采用Hydrus-1D模拟降雨入渗过程，从土壤水分、水势和水通量3个方面揭示层状土壤水分运移特征，并基于优化后的模型进行情景模拟，探究夹层特征对浅层土壤水分阻滞的影响。研究结果表明，夹层明显改变了土壤水分的分配与运移过程，土壤水势在夹层界面连续分布，而土壤水分在夹层界面发生突变；虽然黄土夹层和风化砂岩夹层都阻滞了土壤水分的下渗，但其阻滞原理不同，前者表现为黏质夹层渗透性能差导致夹层以上土壤水分滞留，后者归因于粗质夹层土壤质势小造成水分持留在上部黏质土壤中；根据不同夹层属性的情景模拟结果，提出在风积沙40 cm深度处设置20 cm厚的黄土夹层有利于提高夹层以上土壤水分以供植被的利用。研究探明了风积沙区充填黄土对土壤水分运动的影响，并为土壤类型以风积沙和黄土为主的陕北榆神矿区在生态修复中的土壤重构方式提供了参考依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208042
摘要:
在制定地下水污染修复方案时，污染源参数和渗透系数场是最重要的地下水数值模型参数，但前人研究多集中于单一类型参数的识别。研究中采用地下水污染物运移模型（MT3DMS）和数据同化方法（迭代局部更新集合平滑器，ILUES）构成地下水污染源识别的求解框架，并利用Karhunen-Loève展开技术实现渗透系数场的参数降维，最后通过同化水头与浓度数据实现地下水污染源强和渗透系数场的联合反演。结果表明：（1）ILUES算法能精确识别污染源参数和渗透系数场，并且具有很高的普适性；（2）精确表征渗透系数在空间上呈现出的非均质性，是预测污染物迁移路径、反演污染强度的关键；（3）ILUES算法参数影响着反演效果，综合考虑计算效率和计算精度等，可以得到算例的最佳样本集合大小（Ne=4000）和ILUES算法最佳参数组合（局部临近样本集合占比α=0.4，相对权重b=4）。但在实际工程案例中，如果对精度的要求不是过高，经验组合（α=0.1，b=1）更值得推荐。研究结果对于区域地下水资源调查、评价和管理等工作具有较强的实践意义，并可为后期地下水污染预测及地下水监测井网优化提供技术支撑。
在制定地下水污染修复方案时，污染源参数和渗透系数场是最重要的地下水数值模型参数，但前人研究多集中于单一类型参数的识别。研究中采用地下水污染物运移模型（MT3DMS）和数据同化方法（迭代局部更新集合平滑器，ILUES）构成地下水污染源识别的求解框架，并利用Karhunen-Loève展开技术实现渗透系数场的参数降维，最后通过同化水头与浓度数据实现地下水污染源强和渗透系数场的联合反演。结果表明：（1）ILUES算法能精确识别污染源参数和渗透系数场，并且具有很高的普适性；（2）精确表征渗透系数在空间上呈现出的非均质性，是预测污染物迁移路径、反演污染强度的关键；（3）ILUES算法参数影响着反演效果，综合考虑计算效率和计算精度等，可以得到算例的最佳样本集合大小（Ne=4000）和ILUES算法最佳参数组合（局部临近样本集合占比α=0.4，相对权重b=4）。但在实际工程案例中，如果对精度的要求不是过高，经验组合（α=0.1，b=1）更值得推荐。研究结果对于区域地下水资源调查、评价和管理等工作具有较强的实践意义，并可为后期地下水污染预测及地下水监测井网优化提供技术支撑。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205055
摘要:
爆破振动效应下海底隧道涌水量预测目前仍是一个难题。以青岛地铁1号线瓦屋庄站-贵州路站过海区间海底隧道为工程背景，基于等效连续介质模型，利用镜像法推导考虑损伤区因素的海底隧道涌水量计算公式，通过正演与反演的方式，结合数值模拟计算结果以及实际工程监测结果综合验证公式正确性并分析损伤区因素对涌水量的影响机制。结果表明：爆破振动产生的挤压作用使得隧道周边围岩孔隙水压力会在短时间内急速上升，到达峰值后随着爆破振动的减弱及消失开始缓慢下降；在损伤区因素影响下，隧道涌水量随着损伤区厚度增加逐渐变大，但不会随着损伤区渗透系数的增加而不断增加；数值模拟计算考虑爆破损伤区与否的隧道涌水量比值为1.4，与文章所推公式计算结果1.342相比误差仅为4.1％，且计算结果与现场实测结果相比仅少0.53 m3 / （d·m），相对于传统计算公式结果更接近实测结果，说明本文计算公式符合适用于考虑损伤区因素下隧道涌水量计算，具有较高的工程应用价值。
爆破振动效应下海底隧道涌水量预测目前仍是一个难题。以青岛地铁1号线瓦屋庄站-贵州路站过海区间海底隧道为工程背景，基于等效连续介质模型，利用镜像法推导考虑损伤区因素的海底隧道涌水量计算公式，通过正演与反演的方式，结合数值模拟计算结果以及实际工程监测结果综合验证公式正确性并分析损伤区因素对涌水量的影响机制。结果表明：爆破振动产生的挤压作用使得隧道周边围岩孔隙水压力会在短时间内急速上升，到达峰值后随着爆破振动的减弱及消失开始缓慢下降；在损伤区因素影响下，隧道涌水量随着损伤区厚度增加逐渐变大，但不会随着损伤区渗透系数的增加而不断增加；数值模拟计算考虑爆破损伤区与否的隧道涌水量比值为1.4，与文章所推公式计算结果1.342相比误差仅为4.1％，且计算结果与现场实测结果相比仅少0.53 m3 / （d·m），相对于传统计算公式结果更接近实测结果，说明本文计算公式符合适用于考虑损伤区因素下隧道涌水量计算，具有较高的工程应用价值。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206003
摘要:
地下空间资源是城市的重要资源之一，土地资源有限的深圳市亟需开展地下空间地质适宜性评价以指导地下空间开发利用。然而地下空间开发地质适宜性受多种地质因素制约，需采取恰当的评价体系与方法。本文以深圳市南山区为研究区，结合地质背景与深圳市地下空间资源利用规划，提出将约束地质因素作为一级评价指标的约束评价体系，并分别利用经验分值评价法和模糊综合评价法对常规体系和约束体系的浅层（0~15 m）和次浅层（15~30 m）地下空间进行地质适宜性评价。结果显示，相对于常规评价体系，约束评价体系提高了约束性地质因素的总体权重；约束体系下地质环境适宜性差和不适宜区主要分布在断裂带、地灾高发区以及水源地区域，与研究区实际地质条件更为符合；规划的地下空间重点开发区在开发利用过程中应该注意不适宜区因砂土液化引起的地层失稳、地面塌陷等地质问题，合理规避约束性活动断裂区域岩体破碎、地下水富集等地质问题。研究可为深圳市南山区地下空间资源利用规划提供有力支撑。
地下空间资源是城市的重要资源之一，土地资源有限的深圳市亟需开展地下空间地质适宜性评价以指导地下空间开发利用。然而地下空间开发地质适宜性受多种地质因素制约，需采取恰当的评价体系与方法。本文以深圳市南山区为研究区，结合地质背景与深圳市地下空间资源利用规划，提出将约束地质因素作为一级评价指标的约束评价体系，并分别利用经验分值评价法和模糊综合评价法对常规体系和约束体系的浅层（0~15 m）和次浅层（15~30 m）地下空间进行地质适宜性评价。结果显示，相对于常规评价体系，约束评价体系提高了约束性地质因素的总体权重；约束体系下地质环境适宜性差和不适宜区主要分布在断裂带、地灾高发区以及水源地区域，与研究区实际地质条件更为符合；规划的地下空间重点开发区在开发利用过程中应该注意不适宜区因砂土液化引起的地层失稳、地面塌陷等地质问题，合理规避约束性活动断裂区域岩体破碎、地下水富集等地质问题。研究可为深圳市南山区地下空间资源利用规划提供有力支撑。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202302065
摘要:
“双碳”背景下，山西省持续深入推进清洁能源发展，2020年3月在大同天镇县水桶寺村附近探获高温高压地热流体。为探究大同阳高—天镇地区高温地热系统及成因机制，选择阳高孤山村—平山村一带20 km2的范围作为重点研究区，采用地质调查、地球物理、钻探、测井等手段查明研究区地热赋存条件和规律。研究结果表明：（1）阳高—天镇地区的地热资源主要赋存于太古界变质岩及断裂带含水岩组中，直接热源可能为中上地壳未冷却的岩浆囊，盖层为第四系堆积物、新近系、古近系砂砾石层；（2）该地区高温地热系统为对流、传导型地热系统：一方面大气降水、地表水经孔隙渗透作用及断层裂隙通道下渗至热储位置受热形成热水，随后沿断裂通道对流上升至浅地表出露成温泉，另一方面新生代以来持续的伸展拉张环境，导致软流圈上涌，上地幔部分熔融形成的基性玄武岩浆经深部断裂通道上升至中上地壳形成多个岩浆囊，热量通过断裂或高热导率值的太古界变质岩传递至浅地表形成地热异常；（3）YG-1井抽水试验结果显示，该地区水热型地热资源以静储量为主，开发利用应考虑采用无干扰换热技术。综合分析区域地质条件，结合物探、钻探成果，认为该地区深部可能存在干热岩型地热资源，有待进一步查证。
“双碳”背景下，山西省持续深入推进清洁能源发展，2020年3月在大同天镇县水桶寺村附近探获高温高压地热流体。为探究大同阳高—天镇地区高温地热系统及成因机制，选择阳高孤山村—平山村一带20 km2的范围作为重点研究区，采用地质调查、地球物理、钻探、测井等手段查明研究区地热赋存条件和规律。研究结果表明：（1）阳高—天镇地区的地热资源主要赋存于太古界变质岩及断裂带含水岩组中，直接热源可能为中上地壳未冷却的岩浆囊，盖层为第四系堆积物、新近系、古近系砂砾石层；（2）该地区高温地热系统为对流、传导型地热系统：一方面大气降水、地表水经孔隙渗透作用及断层裂隙通道下渗至热储位置受热形成热水，随后沿断裂通道对流上升至浅地表出露成温泉，另一方面新生代以来持续的伸展拉张环境，导致软流圈上涌，上地幔部分熔融形成的基性玄武岩浆经深部断裂通道上升至中上地壳形成多个岩浆囊，热量通过断裂或高热导率值的太古界变质岩传递至浅地表形成地热异常；（3）YG-1井抽水试验结果显示，该地区水热型地热资源以静储量为主，开发利用应考虑采用无干扰换热技术。综合分析区域地质条件，结合物探、钻探成果，认为该地区深部可能存在干热岩型地热资源，有待进一步查证。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202302046
摘要:
地热资源在开发利用过程中，会遇到热储温度、压力随开采量和时间的增加而降低，地热尾水的排放也会对环境造成热污染等问题，热储回灌可以成为解决这些问题的有效措施。在进行地热开发利用之前，科学合理的规划采灌井的布局方式，探索采灌井不过早发生热突破、地热资源实现高效利用的最优采灌方案，有利于延长地热井的使用寿命。丰沛盆地为古近纪以来发育的新生代断陷盆地，岩溶裂隙型热储分布较为广泛，以奥陶系灰岩为主。文章在江苏沛县安国镇（苏北农村清洁能源供暖示范区）地热资源勘查成果基础上，基于地热井抽水试验、回灌试验获取的采灌井间距、灌采比等重要参数，利用Feflow6.2软件建立了地下热水渗流与热量运移三维耦合数值模型，模拟预测了奥陶系灰岩热储层中地热水的可开采资源量，进行了采灌井开发利用方案的模拟优选。研究结果表明：RPX01开采井与RPX02回灌井合理井底间距为389 m；地热井的灌采比为1.29，确定了一抽一灌的方式进行可持续开发利用；水位降深稳定在50.61 m时，开采井可开采资源量为1000 m3/d；开采量为1000 m³/d、回灌量1000 m³/d，回灌温度40 °C时，10个供暖期后开采井水位降深45.49 m，温度降低1.44 °C，是本次模拟方案中的最佳循环开发利用方案。上述结果为苏北农村清洁能源供暖示范区建设提供了科学决策依据。
地热资源在开发利用过程中，会遇到热储温度、压力随开采量和时间的增加而降低，地热尾水的排放也会对环境造成热污染等问题，热储回灌可以成为解决这些问题的有效措施。在进行地热开发利用之前，科学合理的规划采灌井的布局方式，探索采灌井不过早发生热突破、地热资源实现高效利用的最优采灌方案，有利于延长地热井的使用寿命。丰沛盆地为古近纪以来发育的新生代断陷盆地，岩溶裂隙型热储分布较为广泛，以奥陶系灰岩为主。文章在江苏沛县安国镇（苏北农村清洁能源供暖示范区）地热资源勘查成果基础上，基于地热井抽水试验、回灌试验获取的采灌井间距、灌采比等重要参数，利用Feflow6.2软件建立了地下热水渗流与热量运移三维耦合数值模型，模拟预测了奥陶系灰岩热储层中地热水的可开采资源量，进行了采灌井开发利用方案的模拟优选。研究结果表明：RPX01开采井与RPX02回灌井合理井底间距为389 m；地热井的灌采比为1.29，确定了一抽一灌的方式进行可持续开发利用；水位降深稳定在50.61 m时，开采井可开采资源量为1000 m3/d；开采量为1000 m³/d、回灌量1000 m³/d，回灌温度40 °C时，10个供暖期后开采井水位降深45.49 m，温度降低1.44 °C，是本次模拟方案中的最佳循环开发利用方案。上述结果为苏北农村清洁能源供暖示范区建设提供了科学决策依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211041
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当前，地下工程围岩蠕变问题仍然存在，蠕变理论需要进一步丰富。岩石蠕变实质上是损伤不断积累的过程，针对蠕变条件下岩石损伤演化情况，文章采用TAW-2000对取自四川乐山依卜隧道的红砂岩进行三轴蠕变试验，分析不同围压下试样蠕变变形规律，同时以西原模型为基础，结合Weibull分布和Perzyna 黏塑性理论，建立一种改进的可以描述岩石蠕变破坏全过程的黏弹塑性蠕变模型。通过划分蠕变阶段来定义临界点损伤变量，从而更为准确的确定加速蠕变启动时间。得出如下结论：（1）模型曲线与试验数据具有良好的一致性，验证了模型的准确性与合理性，说明基于Weibull分布建立的红砂岩黏弹塑性蠕变模型是可行的。（2）基于Perzyna黏塑性理论，建立了可以更加准确的描述加速蠕变的黏塑性应变表达式。（3）通过定义不同蠕变阶段的临界点损伤变量更好的反映了岩石蠕变变形与损伤之间关系，弥补了西原模型不能描述加速蠕变的缺点，丰富了岩石类材料的蠕变本构理论。
当前，地下工程围岩蠕变问题仍然存在，蠕变理论需要进一步丰富。岩石蠕变实质上是损伤不断积累的过程，针对蠕变条件下岩石损伤演化情况，文章采用TAW-2000对取自四川乐山依卜隧道的红砂岩进行三轴蠕变试验，分析不同围压下试样蠕变变形规律，同时以西原模型为基础，结合Weibull分布和Perzyna 黏塑性理论，建立一种改进的可以描述岩石蠕变破坏全过程的黏弹塑性蠕变模型。通过划分蠕变阶段来定义临界点损伤变量，从而更为准确的确定加速蠕变启动时间。得出如下结论：（1）模型曲线与试验数据具有良好的一致性，验证了模型的准确性与合理性，说明基于Weibull分布建立的红砂岩黏弹塑性蠕变模型是可行的。（2）基于Perzyna黏塑性理论，建立了可以更加准确的描述加速蠕变的黏塑性应变表达式。（3）通过定义不同蠕变阶段的临界点损伤变量更好的反映了岩石蠕变变形与损伤之间关系，弥补了西原模型不能描述加速蠕变的缺点，丰富了岩石类材料的蠕变本构理论。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202302054
摘要:
岩石圈热-流变结构研究是揭示岩石圈范围内的热状态的有效手段，开展地热异常区的岩石圈热-流变结构研究可以对热源贡献进行有效约束。东南沿海地区是我国地热资源重要分布区，地表出露大量天然温泉，地热钻探揭露深部具有较高的地温梯度，然而关于其热源机制尚未有定论，且深部是否赋存有干热岩资源亦不清楚。以广东惠州黄沙洞地热田为研究对象，分析岩石圈尺度温度分布和流变强度，探讨黄沙洞地热田的热源构成，分析浅部水热系统的热影响，并对干热岩资源前景进行分析。结果表明：（1）黄沙洞地热田水热活动影响下地表热通量为130.3 mW/m2，地壳热流与地幔热流值相近，表现为温壳温幔型岩石圈热结构，此外，构造活动相关热流达到了30.5~60.3 mW/m2；（2）岩石圈流变结构显示中地壳存在韧性流变层，上地壳与下地壳以脆性破裂为主，下地壳与岩石圈地幔表现出流变结构耦合，为相对稳固的地壳底界；（3）黄沙洞地热田的热源以地壳构造活动产生的热源为主导，地幔热源和放射性生热是主要的热源组成部分。构造热作用的主要方式包括区域深断裂的热聚敛和水热系统循环换热，两者可能通过“接力式”热传递携带热量至浅表；（4）区域深断裂的热聚敛在构造热作用中的占比是影响干热岩资源前景的关键因素。本项研究可为后续东南沿海同类型地区的干热岩资源勘查与靶区选址提供热源参考。
岩石圈热-流变结构研究是揭示岩石圈范围内的热状态的有效手段，开展地热异常区的岩石圈热-流变结构研究可以对热源贡献进行有效约束。东南沿海地区是我国地热资源重要分布区，地表出露大量天然温泉，地热钻探揭露深部具有较高的地温梯度，然而关于其热源机制尚未有定论，且深部是否赋存有干热岩资源亦不清楚。以广东惠州黄沙洞地热田为研究对象，分析岩石圈尺度温度分布和流变强度，探讨黄沙洞地热田的热源构成，分析浅部水热系统的热影响，并对干热岩资源前景进行分析。结果表明：（1）黄沙洞地热田水热活动影响下地表热通量为130.3 mW/m2，地壳热流与地幔热流值相近，表现为温壳温幔型岩石圈热结构，此外，构造活动相关热流达到了30.5~60.3 mW/m2；（2）岩石圈流变结构显示中地壳存在韧性流变层，上地壳与下地壳以脆性破裂为主，下地壳与岩石圈地幔表现出流变结构耦合，为相对稳固的地壳底界；（3）黄沙洞地热田的热源以地壳构造活动产生的热源为主导，地幔热源和放射性生热是主要的热源组成部分。构造热作用的主要方式包括区域深断裂的热聚敛和水热系统循环换热，两者可能通过“接力式”热传递携带热量至浅表；（4）区域深断裂的热聚敛在构造热作用中的占比是影响干热岩资源前景的关键因素。本项研究可为后续东南沿海同类型地区的干热岩资源勘查与靶区选址提供热源参考。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208068
摘要:
崩塌风险识别是崩塌灾害防治的基础。由于高位崩塌一般具有突发性、隐蔽性、高差大等特点，这给信息采集、灾害识别和风险评估等工作带来了极大的挑战。针对这一工程难题，本文以白龙江流域九龙峡高位斜坡为例，采用倾斜摄影构建高位崩塌识别指标及其结构面信息提取方法，提出了赤平投影定性分析与InSAR定量分析相结合的崩塌风险评估模型，形成了崩塌识别、稳定性分析和形变监测三者相结合的高位崩塌识别与风险评价的全过程模式。结果显示：（1）2020年1月—2022年6月，研究区斜坡最大累积变形量为120 mm，研究区东侧斜坡、西侧坡脚、南侧突出山咀变形较为强烈，变形等级以一、二级为主，灾害危险等级较高；(2)研究区共有崩塌危岩体22处（其中高风险7处，占32%；中风险11处，占50%；低风险4处，占18%），分布高度37 m～640 m之间，高风险危岩主要集中在南侧突出的山咀、东侧斜坡以及西侧坡脚地带。这些分析结果与公路灾害养护历史资料相吻合，验证了倾斜摄影和InSAR技术在高位崩塌风险识别方面的可行性。这为该技术在崩塌灾害防治方面的应用提供了依据和借鉴。
崩塌风险识别是崩塌灾害防治的基础。由于高位崩塌一般具有突发性、隐蔽性、高差大等特点，这给信息采集、灾害识别和风险评估等工作带来了极大的挑战。针对这一工程难题，本文以白龙江流域九龙峡高位斜坡为例，采用倾斜摄影构建高位崩塌识别指标及其结构面信息提取方法，提出了赤平投影定性分析与InSAR定量分析相结合的崩塌风险评估模型，形成了崩塌识别、稳定性分析和形变监测三者相结合的高位崩塌识别与风险评价的全过程模式。结果显示：（1）2020年1月—2022年6月，研究区斜坡最大累积变形量为120 mm，研究区东侧斜坡、西侧坡脚、南侧突出山咀变形较为强烈，变形等级以一、二级为主，灾害危险等级较高；(2)研究区共有崩塌危岩体22处（其中高风险7处，占32%；中风险11处，占50%；低风险4处，占18%），分布高度37 m～640 m之间，高风险危岩主要集中在南侧突出的山咀、东侧斜坡以及西侧坡脚地带。这些分析结果与公路灾害养护历史资料相吻合，验证了倾斜摄影和InSAR技术在高位崩塌风险识别方面的可行性。这为该技术在崩塌灾害防治方面的应用提供了依据和借鉴。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208053
摘要:
广州市地形地貌复杂多样，经济发达，人类工程活动密集，由此产生的大量人工开挖边坡危岩体对当地生产生活带来了巨大隐患。为准确评估边坡危岩体影响范围，提升边坡危岩体灾害防治能力，降低崩塌威胁，亟需完善边坡危岩体的影响范围计算模型。本研究在广州市危岩体调查的基础上归纳出常见边坡危岩体的类型和坡形特征，并据此分类建立危岩体影响范围物理几何模型，综合考虑坡面摩擦力、块体碰撞、弹跳、碎裂、接触面覆盖物性质和回弹系数、地形条件、地震等崩塌运动过程的主要影响因素，通过合理概化运动过程要素建立起直线型、曲线型边坡在不同坡度条件下的崩塌影响范围计算模型，并根据地震峰值加速度对崩塌体动能的影响求得地震工况下崩塌影响范围的扩大系数。该模型在前人研究基础上进一步归纳总结坡形分类，完整给出常见地形条件和工况下边坡危岩体最大影响范围的计算模型，在获取坡高、坡度和地表特征后即可计算得出危岩体影响范围。与实际验证比对，模型结果在保证一定安全距离的基础上相对误差较小，可做到快速准确的对常见人工边坡边坡危岩体最大影响范围进行评价，为边坡危岩体防治提供可靠依据。
广州市地形地貌复杂多样，经济发达，人类工程活动密集，由此产生的大量人工开挖边坡危岩体对当地生产生活带来了巨大隐患。为准确评估边坡危岩体影响范围，提升边坡危岩体灾害防治能力，降低崩塌威胁，亟需完善边坡危岩体的影响范围计算模型。本研究在广州市危岩体调查的基础上归纳出常见边坡危岩体的类型和坡形特征，并据此分类建立危岩体影响范围物理几何模型，综合考虑坡面摩擦力、块体碰撞、弹跳、碎裂、接触面覆盖物性质和回弹系数、地形条件、地震等崩塌运动过程的主要影响因素，通过合理概化运动过程要素建立起直线型、曲线型边坡在不同坡度条件下的崩塌影响范围计算模型，并根据地震峰值加速度对崩塌体动能的影响求得地震工况下崩塌影响范围的扩大系数。该模型在前人研究基础上进一步归纳总结坡形分类，完整给出常见地形条件和工况下边坡危岩体最大影响范围的计算模型，在获取坡高、坡度和地表特征后即可计算得出危岩体影响范围。与实际验证比对，模型结果在保证一定安全距离的基础上相对误差较小，可做到快速准确的对常见人工边坡边坡危岩体最大影响范围进行评价，为边坡危岩体防治提供可靠依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209020
摘要:
被称为“工业血液”的轻非水相液体(LNAPL)及其衍生物在开采、生产、运输过程中所产生的污染已经成为常见的污染物，目前诸多学者对LNAPL污染进行了广泛研究，但对于LNAPL在土壤中迁移及毛细作用研究尚不充分。本次试验的目的是通过室内模拟试验分析不同竖管直径条件下LNAPL在不同介质中的毛细上升规律，为研究LNAPL对地下水污染提供一定的理论依据。结果表明：影响毛细上升高度因素大小依次为：溶液>介质>竖管直径；竖管直径与最大毛细上升高度并不是完全成比例关系，并且对毛细上升高度的影响相对较小；水与柴油在不同介质中毛细上升高度、毛细上升速率变化趋势基本一致，但是具体数值上存在差异，柴油的最大毛细上升高度与水相比降低了40%～50%，柴油的最大毛细上升速率与水相比降低30%～50%。这些特征都能够较好地体现LNAPL在不同介质中的毛细上升规律，在认识LNAPL对地下水的污染以及污染土地修复方面具有重要意义。
被称为“工业血液”的轻非水相液体(LNAPL)及其衍生物在开采、生产、运输过程中所产生的污染已经成为常见的污染物，目前诸多学者对LNAPL污染进行了广泛研究，但对于LNAPL在土壤中迁移及毛细作用研究尚不充分。本次试验的目的是通过室内模拟试验分析不同竖管直径条件下LNAPL在不同介质中的毛细上升规律，为研究LNAPL对地下水污染提供一定的理论依据。结果表明：影响毛细上升高度因素大小依次为：溶液>介质>竖管直径；竖管直径与最大毛细上升高度并不是完全成比例关系，并且对毛细上升高度的影响相对较小；水与柴油在不同介质中毛细上升高度、毛细上升速率变化趋势基本一致，但是具体数值上存在差异，柴油的最大毛细上升高度与水相比降低了40%～50%，柴油的最大毛细上升速率与水相比降低30%～50%。这些特征都能够较好地体现LNAPL在不同介质中的毛细上升规律，在认识LNAPL对地下水的污染以及污染土地修复方面具有重要意义。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208083
摘要:
随着南水北调工程的实施及地下水压采工作的落实，华北平原局部地下水水位逐步回升，然而地下水均衡要素变化趋势及对生态环境的影响缺乏系统研究。以华北平原典型区域南水北调受水区保定平原为例，采用水均衡法计算地下水补给和排泄项，应用因子分析法分析1975—2019年地下水均衡要素变化的原因，根据最优开采系数法计算地下水可采资源和压采资源量，以此调控保定平原地下水资源的开发利用。结果表明：近40年来，保定平原地下水补给项小于排泄项，呈负均衡状态，主要发生变化的地下水均衡要素有渠灌入渗、渠系渗漏、井灌回归、河道渗漏、降雨入渗和人工开采；影响地下水均衡要素变化的主要因子是人类活动，贡献率为77.2%；地下水补排失衡减缓后地下水水位埋深增幅变小、地下水水位降落漏斗面积逐渐减少、白洋淀湿地面积逐步恢复；确定了保定平原地下水资源的最优开采系数为0.64，地下水可开采资源量的范围为8.89×108 ~11.35×108 m3/a，压采量为2.68×108~5.14×108 m3/a。研究成果为同类地下水开采利用提供了技术指导，也为雄安新区建设提供了地下水生态环境保障。
随着南水北调工程的实施及地下水压采工作的落实，华北平原局部地下水水位逐步回升，然而地下水均衡要素变化趋势及对生态环境的影响缺乏系统研究。以华北平原典型区域南水北调受水区保定平原为例，采用水均衡法计算地下水补给和排泄项，应用因子分析法分析1975—2019年地下水均衡要素变化的原因，根据最优开采系数法计算地下水可采资源和压采资源量，以此调控保定平原地下水资源的开发利用。结果表明：近40年来，保定平原地下水补给项小于排泄项，呈负均衡状态，主要发生变化的地下水均衡要素有渠灌入渗、渠系渗漏、井灌回归、河道渗漏、降雨入渗和人工开采；影响地下水均衡要素变化的主要因子是人类活动，贡献率为77.2%；地下水补排失衡减缓后地下水水位埋深增幅变小、地下水水位降落漏斗面积逐渐减少、白洋淀湿地面积逐步恢复；确定了保定平原地下水资源的最优开采系数为0.64，地下水可开采资源量的范围为8.89×108 ~11.35×108 m3/a，压采量为2.68×108~5.14×108 m3/a。研究成果为同类地下水开采利用提供了技术指导，也为雄安新区建设提供了地下水生态环境保障。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211018
摘要:
福建省滑坡灾害频发，开展区域尺度上的滑坡灾害预警是有效防灾减灾的重要手段，由于滑坡成灾机理复杂，传统的区域滑坡预警方法存在精度不足等问题。深度学习主要是指通过构建神经网络模型进行特征的提取、抽象、表示与学习的技术，是机器学习的一种。卷积神经网络作为一种经典的深度学习算法，具有比传统机器学习更强大的分类能力与表征能力。文章以福建省为研究区，将卷积神经网络引入滑坡灾害预警领域，构建福建省区域滑坡预警模型，过程如下：①采用SMOTE优化算法对2010—2018年福建省滑坡灾害样本库进行优化，扩充正样本的个数，将正负样本比例从1∶3.4扩充到1∶2，样本总量达到19151个。②构建卷积神经网络模型结构，模型结构包括一个输入层、两个卷积层、两个最大池化层和一个全连接层以及一个输出层。③使用卷积神经网络对优化后的样本（2010—2018年样本的80%作为训练集）进行训练，并用贝叶斯优化算法优化模型超参数，得到福建省区域滑坡预警模型。④以2010—2018年样本的20%作为测试集对模型进行校验，采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型校验，结果显示模型准确度为0.94−0.97，AUC值达到0.975，模型精度与泛化能力良好。⑤以2019年汛期滑坡灾害实况作为正样本，通过时空采样的方法采集负样本，构建2019年区域滑坡样本校验集（样本数603个），对模型进行进一步实况校验，采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型校验，结果显示模型准确度为0.75−0.80，AUC值为0.852。虽然仅用了2019年一年汛期的滑坡实况样本进行校验，但也达到较好的效果。本文将卷积神经网络算法应用到区域滑坡预警中，为建立区域滑坡预警模型提供了一种新的途径，初步校验表明，模型效果良好，今后将在福建省对模型进行进一步的应用与校验。
福建省滑坡灾害频发，开展区域尺度上的滑坡灾害预警是有效防灾减灾的重要手段，由于滑坡成灾机理复杂，传统的区域滑坡预警方法存在精度不足等问题。深度学习主要是指通过构建神经网络模型进行特征的提取、抽象、表示与学习的技术，是机器学习的一种。卷积神经网络作为一种经典的深度学习算法，具有比传统机器学习更强大的分类能力与表征能力。文章以福建省为研究区，将卷积神经网络引入滑坡灾害预警领域，构建福建省区域滑坡预警模型，过程如下：①采用SMOTE优化算法对2010—2018年福建省滑坡灾害样本库进行优化，扩充正样本的个数，将正负样本比例从1∶3.4扩充到1∶2，样本总量达到19151个。②构建卷积神经网络模型结构，模型结构包括一个输入层、两个卷积层、两个最大池化层和一个全连接层以及一个输出层。③使用卷积神经网络对优化后的样本（2010—2018年样本的80%作为训练集）进行训练，并用贝叶斯优化算法优化模型超参数，得到福建省区域滑坡预警模型。④以2010—2018年样本的20%作为测试集对模型进行校验，采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型校验，结果显示模型准确度为0.94−0.97，AUC值达到0.975，模型精度与泛化能力良好。⑤以2019年汛期滑坡灾害实况作为正样本，通过时空采样的方法采集负样本，构建2019年区域滑坡样本校验集（样本数603个），对模型进行进一步实况校验，采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型校验，结果显示模型准确度为0.75−0.80，AUC值为0.852。虽然仅用了2019年一年汛期的滑坡实况样本进行校验，但也达到较好的效果。本文将卷积神经网络算法应用到区域滑坡预警中，为建立区域滑坡预警模型提供了一种新的途径，初步校验表明，模型效果良好，今后将在福建省对模型进行进一步的应用与校验。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202301006
摘要:
地表硅酸盐矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源，然而相比于水体中的钙、镁和钠，前人对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏，表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成，发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K，为识别地下水的钾来源提供了基础；通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为，发现硅酸盐矿物溶解分馏有限，次生黏土矿物形成引起水体富集41K，表面吸附和离子交换使水体富集39K，不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础；列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂，可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理；由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同，可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化的共同控制。在此基础上，本文对钾同位素在水文地球化学领域的应用进行了展望：（1）开展对研究区多端元控制下地下水钾来源贡献的研究；（2）开展地下水漫长循环过程中钾迁移转化的定量研究；（3）联合使用多种同位素示踪碳循环相关的过程。
地表硅酸盐矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源，然而相比于水体中的钙、镁和钠，前人对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏，表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成，发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K，为识别地下水的钾来源提供了基础；通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为，发现硅酸盐矿物溶解分馏有限，次生黏土矿物形成引起水体富集41K，表面吸附和离子交换使水体富集39K，不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础；列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂，可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理；由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同，可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化的共同控制。在此基础上，本文对钾同位素在水文地球化学领域的应用进行了展望：（1）开展对研究区多端元控制下地下水钾来源贡献的研究；（2）开展地下水漫长循环过程中钾迁移转化的定量研究；（3）联合使用多种同位素示踪碳循环相关的过程。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207019
摘要:
为深入研究雄安新区东北部地面沉降主控因素，有效减缓地面沉降快速发展趋势，提出针对性防控对策。本文以大营镇分层标组为研究对象，利用常规土工试验、高压固结试验与分层沉降观测数据，结合前人研究成果对本区地面沉降成因进行探讨。结果表明：研究区第四系松散层总厚度412 m，其中浅部地层（第I、II含水组）厚度约170 m，黏性土占比66.4%~80.2%，结构松散，砂黏互层交替频繁，释水条件较好。浅部黏性土颗粒较细、分选性好、孔隙度大，液性指数多大于0.25，呈软塑、可塑态，自重压缩系数为0.03~0.43，均值0.08，与深部相比压缩性较强。浅部黏性土层以欠固结、正常固结夹欠固结状态为主，0~90 m超固结比均值0.55，90~280 m均值0.89，易于发生塑性变形，形成永久性沉降。2020年12月—2021年12月，研究区第四系以上地层总沉降量为61 mm。其中，0~160 m第四系松散层沉降贡献量最大，为42 mm，表现为塑性形变特征；160~415 m第四系地层沉降贡献量小，为19 mm，表现为黏弹塑性形变特征。过量开采浅层地下水引起浅部固结程度低、压缩性高的黏性土层发生塑性变形是本区发生严重沉降的主要原因。
为深入研究雄安新区东北部地面沉降主控因素，有效减缓地面沉降快速发展趋势，提出针对性防控对策。本文以大营镇分层标组为研究对象，利用常规土工试验、高压固结试验与分层沉降观测数据，结合前人研究成果对本区地面沉降成因进行探讨。结果表明：研究区第四系松散层总厚度412 m，其中浅部地层（第I、II含水组）厚度约170 m，黏性土占比66.4%~80.2%，结构松散，砂黏互层交替频繁，释水条件较好。浅部黏性土颗粒较细、分选性好、孔隙度大，液性指数多大于0.25，呈软塑、可塑态，自重压缩系数为0.03~0.43，均值0.08，与深部相比压缩性较强。浅部黏性土层以欠固结、正常固结夹欠固结状态为主，0~90 m超固结比均值0.55，90~280 m均值0.89，易于发生塑性变形，形成永久性沉降。2020年12月—2021年12月，研究区第四系以上地层总沉降量为61 mm。其中，0~160 m第四系松散层沉降贡献量最大，为42 mm，表现为塑性形变特征；160~415 m第四系地层沉降贡献量小，为19 mm，表现为黏弹塑性形变特征。过量开采浅层地下水引起浅部固结程度低、压缩性高的黏性土层发生塑性变形是本区发生严重沉降的主要原因。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207022
摘要:
滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身，已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点，精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此，本文以天然碎石模拟散粒体滑坡，建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型，研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著；厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波而厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波；（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律，水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异，结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%；（3）基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%，由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散，相较二维试验转化率较低。本文探讨了散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征，揭示了滑体-水体能量转化基本规律，研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。
滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身，已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点，精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此，本文以天然碎石模拟散粒体滑坡，建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型，研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著；厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波而厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波；（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律，水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异，结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%；（3）基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%，由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散，相较二维试验转化率较低。本文探讨了散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征，揭示了滑体-水体能量转化基本规律，研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207050
摘要:
针对Sinmap模型在评价降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性中存在的评价精度较低问题，基于最大熵模型（Maxent）对Sinmap模型评价进行改进，构建了一种基于Maxent-Sinmap模型评价降雨作用下区域性浅层降雨型黄土滑坡稳定性方法。以黄土滑坡高发区志丹县为例，利用野外及室内相关工作获取地形、岩土体力学参数及地质灾害等相关数据，通过Maxent模型获取主要环境变量实现分区，在此基础上通过Sinmap模型对降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性进行评价。研究结果如下：基于Maxent模型得到志丹县内坡度（27.1%）、降雨量（20.3%）、地貌（18.8%）、道路缓冲区（18.7%）及植被覆盖率（6.2%）等对历史灾点的贡献率。相较于传统Sinmap模型，该模型不稳定区域灾点密度分别提高了17.26%（小雨）、16.54%（中雨）、17.39%（大雨）、14.20（暴雨）、12.96%（大暴雨）。Maxent-Sinmap模型计算结果相较于Sinmap模型计算结果具有更大的稳定区域，且稳定区的扩大区无历史灾点分布。表明该模型具有更高精度及更可靠的结果，可以更好的为区域性浅层降雨型滑坡评价提供科学依据。
针对Sinmap模型在评价降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性中存在的评价精度较低问题，基于最大熵模型（Maxent）对Sinmap模型评价进行改进，构建了一种基于Maxent-Sinmap模型评价降雨作用下区域性浅层降雨型黄土滑坡稳定性方法。以黄土滑坡高发区志丹县为例，利用野外及室内相关工作获取地形、岩土体力学参数及地质灾害等相关数据，通过Maxent模型获取主要环境变量实现分区，在此基础上通过Sinmap模型对降雨作用下浅层黄土滑坡稳定性进行评价。研究结果如下：基于Maxent模型得到志丹县内坡度（27.1%）、降雨量（20.3%）、地貌（18.8%）、道路缓冲区（18.7%）及植被覆盖率（6.2%）等对历史灾点的贡献率。相较于传统Sinmap模型，该模型不稳定区域灾点密度分别提高了17.26%（小雨）、16.54%（中雨）、17.39%（大雨）、14.20（暴雨）、12.96%（大暴雨）。Maxent-Sinmap模型计算结果相较于Sinmap模型计算结果具有更大的稳定区域，且稳定区的扩大区无历史灾点分布。表明该模型具有更高精度及更可靠的结果，可以更好的为区域性浅层降雨型滑坡评价提供科学依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208040
摘要:
沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题，在控制沉降发展的前提下，为合理利用地下水资源，需要确立开采水位埋深警戒线。本文针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题，以沧州三个典型沉降区土样为研究对象，分析了地层固结特征，通过关联地层厚度的方式改进了以先期固结压力求解临界水位的方法，结合多年来地面沉降与地下水水位监测数据，对沧州市临界水位进行了综合定量评估。本文研究表明：沧州地区0 m~150 m以内多为正常固结或欠固结土，150 m以下普遍为超固结土，非弹性释水变形是影响该地区地面沉降速率变化的重要因素。运用改进后的方法计算出沧州市区、肃宁县及东光县的临界水位埋深分别为66.8 m、67.5 m、67.8 m。综合分析沧州市区累计地面沉降与地下水水位变化资料，得出两者之间的指数函数关系，并以沉降速率为指标，求得65~70 m为沧州市区临界水位区间范围。在验证了两种方法计算结果一致性的基础上，最终将65 m作为沧州市区采取地面沉降防控措施的参考临界水位，为地方政府制定合理的地下水开采方案提供可靠依据。
沧州市长期以来面临严重的地面沉降问题，在控制沉降发展的前提下，为合理利用地下水资源，需要确立开采水位埋深警戒线。本文针对地面沉降综合防治如何确定临界水位这一科学问题，以沧州三个典型沉降区土样为研究对象，分析了地层固结特征，通过关联地层厚度的方式改进了以先期固结压力求解临界水位的方法，结合多年来地面沉降与地下水水位监测数据，对沧州市临界水位进行了综合定量评估。本文研究表明：沧州地区0 m~150 m以内多为正常固结或欠固结土，150 m以下普遍为超固结土，非弹性释水变形是影响该地区地面沉降速率变化的重要因素。运用改进后的方法计算出沧州市区、肃宁县及东光县的临界水位埋深分别为66.8 m、67.5 m、67.8 m。综合分析沧州市区累计地面沉降与地下水水位变化资料，得出两者之间的指数函数关系，并以沉降速率为指标，求得65~70 m为沧州市区临界水位区间范围。在验证了两种方法计算结果一致性的基础上，最终将65 m作为沧州市区采取地面沉降防控措施的参考临界水位，为地方政府制定合理的地下水开采方案提供可靠依据。
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doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209029
摘要:
2022年9月5日四川省泸定县Ms6.8级地震诱发大量次生地质灾害。为深入认识此次地震地质灾害发育分布规律及特征，分析地质灾害发展趋势及潜在风险，文章在现场调查获取的一手资料，结合震区首轮地质灾害排查资料、遥感解译和区域地质背景资料综合研究，对地震地质灾害的特征、控灾条件及防灾减灾对策进行了研究。结果表明：截至2022年9月14日22时，地震重灾区泸定县和石棉县境内共诱发有威胁对象的地质灾害隐患点565处，包括崩塌331处、滑坡234处，导致81处已有地质灾害隐患点加剧变形；地震诱发的地质灾害类型主要以中、小型群发性高位崩塌和滑坡为主，主要集中分布在震中附近地震烈度Ⅸ度区域，包括泸定县磨西镇、得妥乡、得妥乡—德威镇段大渡河两岸及石棉县草科乡、王岗坪乡；位于地震烈度Ⅸ度区内的湾东河等流域，根据汶川地震经验认为，在未来5年内泥石流将处于活跃期，泥石流防治工程设计需考虑其高频率、黏性泥石流等特征；得妥乡—德威镇段大渡河两岸残留在坡面的崩滑体在降雨作用下易转化成坡面泥石流，建议在防治工程设计时要充分考虑两种灾害类型的转化形式。研究可为震区地震地质灾害防范及灾后重建规划提供科学参考。
2022年9月5日四川省泸定县Ms6.8级地震诱发大量次生地质灾害。为深入认识此次地震地质灾害发育分布规律及特征，分析地质灾害发展趋势及潜在风险，文章在现场调查获取的一手资料，结合震区首轮地质灾害排查资料、遥感解译和区域地质背景资料综合研究，对地震地质灾害的特征、控灾条件及防灾减灾对策进行了研究。结果表明：截至2022年9月14日22时，地震重灾区泸定县和石棉县境内共诱发有威胁对象的地质灾害隐患点565处，包括崩塌331处、滑坡234处，导致81处已有地质灾害隐患点加剧变形；地震诱发的地质灾害类型主要以中、小型群发性高位崩塌和滑坡为主，主要集中分布在震中附近地震烈度Ⅸ度区域，包括泸定县磨西镇、得妥乡、得妥乡—德威镇段大渡河两岸及石棉县草科乡、王岗坪乡；位于地震烈度Ⅸ度区内的湾东河等流域，根据汶川地震经验认为，在未来5年内泥石流将处于活跃期，泥石流防治工程设计需考虑其高频率、黏性泥石流等特征；得妥乡—德威镇段大渡河两岸残留在坡面的崩滑体在降雨作用下易转化成坡面泥石流，建议在防治工程设计时要充分考虑两种灾害类型的转化形式。研究可为震区地震地质灾害防范及灾后重建规划提供科学参考。
2023, 50(3): 1-11.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211048
摘要:
致密砂岩气是重要的非常规天然气资源，致密砂岩储层的矿物组成特征与孔隙微观结构不仅会影响致密储层中天然气的赋存状态，同时也对水力压裂改造效果具有重要影响。然而，有关致密砂岩矿物成分及其微观赋存形态对气井水力压裂潜在影响的研究尚不充分，针对这一问题，文章以鄂尔多斯盆地苏里格地区主开采层——二叠系下石盒子组盒8下段致密砂岩为研究对象，钻取5口气井岩心样品，利用XRF、XRD、铸体薄片、SEM及EDS能谱等技术系统分析了该段致密砂岩矿物组成、微观形貌、孔隙分布等储层特征。基于分析结果，探讨了上述储层特征因素对水力压裂的潜在影响。研究发现，苏里格地区盒8下段致密砂岩主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，密度介于2.44～2.56 g/cm3之间，孔隙度为7.7%～12.6%，渗透率为0.16～1.42 mD，属于典型的低渗透气藏。矿物成分主要为石英和黏土矿物，而长石矿物和碳酸盐矿物含量极低。其中黏土矿物含量占比为16.5%～47.4%，以高岭石、伊利石和绿泥石为主。高岭石在该区致密砂岩中广泛发育，呈书页状和蠕虫状填充于粒间孔隙及粒表，形成大量高岭石晶间孔。此外，致密砂岩中粒间孔隙、粒内溶孔、粒间裂隙及粒内缝均有发育，为致密砂岩气的赋存提供了良好的储集空间。矿物分析以及压裂液致密砂岩水岩实验结果显示黏土矿物稳定性对于苏里格地区致密砂岩气水力压裂效果至关重要，尤其是易分散运移的高岭石和伊利石矿物。水力压裂前需要对储层矿物成分及地层水成分展开详细研究，选择合适的黏土稳定剂优化水力压裂。
致密砂岩气是重要的非常规天然气资源，致密砂岩储层的矿物组成特征与孔隙微观结构不仅会影响致密储层中天然气的赋存状态，同时也对水力压裂改造效果具有重要影响。然而，有关致密砂岩矿物成分及其微观赋存形态对气井水力压裂潜在影响的研究尚不充分，针对这一问题，文章以鄂尔多斯盆地苏里格地区主开采层——二叠系下石盒子组盒8下段致密砂岩为研究对象，钻取5口气井岩心样品，利用XRF、XRD、铸体薄片、SEM及EDS能谱等技术系统分析了该段致密砂岩矿物组成、微观形貌、孔隙分布等储层特征。基于分析结果，探讨了上述储层特征因素对水力压裂的潜在影响。研究发现，苏里格地区盒8下段致密砂岩主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，密度介于2.44～2.56 g/cm3之间，孔隙度为7.7%～12.6%，渗透率为0.16～1.42 mD，属于典型的低渗透气藏。矿物成分主要为石英和黏土矿物，而长石矿物和碳酸盐矿物含量极低。其中黏土矿物含量占比为16.5%～47.4%，以高岭石、伊利石和绿泥石为主。高岭石在该区致密砂岩中广泛发育，呈书页状和蠕虫状填充于粒间孔隙及粒表，形成大量高岭石晶间孔。此外，致密砂岩中粒间孔隙、粒内溶孔、粒间裂隙及粒内缝均有发育，为致密砂岩气的赋存提供了良好的储集空间。矿物分析以及压裂液致密砂岩水岩实验结果显示黏土矿物稳定性对于苏里格地区致密砂岩气水力压裂效果至关重要，尤其是易分散运移的高岭石和伊利石矿物。水力压裂前需要对储层矿物成分及地层水成分展开详细研究，选择合适的黏土稳定剂优化水力压裂。
2023, 50(3): 12-22.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208008
摘要:
在我国西北黄土高原的黄土塬、黄土台塬区赋存有较丰富的黄土潜水，大气降水垂直入渗是其主要补给来源，但对水分赋存和运移的空间通道认识尚有不足。文章基于董志塬、渭北黄土台塬的地貌、地层结构等水文地质条件、地下水利用动态和相关试验资料，结合黄土扫描电镜图像处理与统计分析，对黄土塬区黄土潜水和包气带水分运移的孔隙特征、过程进行了探讨并分带。研究认为孔隙是黄土地下水的主要赋存、运移的空间通道，其最小渗透等效孔径约为12 μm。由孔隙发育的马兰黄土构成的黄土包气带垂向结构组合有利于大气降水的入渗，包气带孔隙中的水分运移非常微弱缓慢，但较为连续均匀。黄土包气带可划分为气候影响带、储存调节带、缓慢运移带和毛细接收带4个带，除上部气候影响带外，其余三带处于基本稳定的水分运移动平衡状态。研究成果可为全面系统地认识黄土塬区包气带水分运移特征提供参考和借鉴。
在我国西北黄土高原的黄土塬、黄土台塬区赋存有较丰富的黄土潜水，大气降水垂直入渗是其主要补给来源，但对水分赋存和运移的空间通道认识尚有不足。文章基于董志塬、渭北黄土台塬的地貌、地层结构等水文地质条件、地下水利用动态和相关试验资料，结合黄土扫描电镜图像处理与统计分析，对黄土塬区黄土潜水和包气带水分运移的孔隙特征、过程进行了探讨并分带。研究认为孔隙是黄土地下水的主要赋存、运移的空间通道，其最小渗透等效孔径约为12 μm。由孔隙发育的马兰黄土构成的黄土包气带垂向结构组合有利于大气降水的入渗，包气带孔隙中的水分运移非常微弱缓慢，但较为连续均匀。黄土包气带可划分为气候影响带、储存调节带、缓慢运移带和毛细接收带4个带，除上部气候影响带外，其余三带处于基本稳定的水分运移动平衡状态。研究成果可为全面系统地认识黄土塬区包气带水分运移特征提供参考和借鉴。
2023, 50(3): 23-33.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208004
摘要:
科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水，水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层，南水北调工程通水后，随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进，保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题，但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差，因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据，确定水位变幅带的综合自由孔隙率，通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型，结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示：（1）保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性，主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。（2）综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区，极值可达0.25，数值向中部及东部逐步降低，最小降至0.02。（3）与惯用给水度值进行对比，自由孔隙率值在南北部地区整体升高约0.03，约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06，变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。
科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水，水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层，南水北调工程通水后，随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进，保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题，但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差，因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据，确定水位变幅带的综合自由孔隙率，通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型，结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示：（1）保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性，主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。（2）综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区，极值可达0.25，数值向中部及东部逐步降低，最小降至0.02。（3）与惯用给水度值进行对比，自由孔隙率值在南北部地区整体升高约0.03，约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06，变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。
2023, 50(3): 34-43.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206021
摘要:
渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律，引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理，并以变异函数为工具，运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明：库区等效渗透系数变化范围为0.02~6.44 m/d，既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等，最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型，渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点，在梅家坪镇及南社乡附近最大，范围为2.84~6.44 m/d，空间变异尺度小；在觅子乡、庄里镇附近变化明显，空间变异尺度大；在东上官乡南部最小，均小于0.2 m/d，变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性、水文气象条件、试验点及勘探点分布、人类活动等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大，空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。
渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律，引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理，并以变异函数为工具，运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明：库区等效渗透系数变化范围为0.02~6.44 m/d，既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等，最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型，渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点，在梅家坪镇及南社乡附近最大，范围为2.84~6.44 m/d，空间变异尺度小；在觅子乡、庄里镇附近变化明显，空间变异尺度大；在东上官乡南部最小，均小于0.2 m/d，变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性、水文气象条件、试验点及勘探点分布、人类活动等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大，空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。
2023, 50(3): 44-53.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208065
摘要:
河流对地下水的补给过程研究是科学认识水循环规律及地下水资源可持续管理的基础。河床沉积层与其下伏潜水含水层岩性差异是河流下伏含水层的主要结构特征，也是控制河流对地下水补给过程的主要因素。为揭示含水介质分层结构特征影响下河流对地下水的补给过程，基于黄河干流河南段野外试验结果，建立了地表水地下水相互作用概念模型，并以地下水流路径为对象，精细刻画了地表水地下水的相互作用过程。结果表明：（1）河流对地下水的补给量主要受河床沉积层渗透性影响，河床沉积层厚度变化对河流向地下水的补给量影响不大。即：河床低渗透性沉积物的存在是河流向地下水补给量降低的主要原因，当河床沉积层与其下伏含水层厚度比（HS/H）由0增大为0.125时，河流向地下水补给量的减小幅度达72%。（2）与均质条件相比，河床沉积层渗透性及其厚度变化均明显改变了河水向地下水补给的水流路径及径流时间。随着河床沉积物与下伏含水层渗透系数比KU/KL的增大，河水向地下水补给的水流路径穿透深度增大，径流时间延长。（3）河流对地下水的补给量及地下水径流时间对低渗透性河床沉积层渗透系数的敏感性随渗透系数的减小而增大，同时，地下水径流时间对低渗透性河床沉积层的厚度变化较为敏感，且随着厚度的增大，敏感性增强。研究成果可为地下水资源管理及可持续开发提供参考依据。
河流对地下水的补给过程研究是科学认识水循环规律及地下水资源可持续管理的基础。河床沉积层与其下伏潜水含水层岩性差异是河流下伏含水层的主要结构特征，也是控制河流对地下水补给过程的主要因素。为揭示含水介质分层结构特征影响下河流对地下水的补给过程，基于黄河干流河南段野外试验结果，建立了地表水地下水相互作用概念模型，并以地下水流路径为对象，精细刻画了地表水地下水的相互作用过程。结果表明：（1）河流对地下水的补给量主要受河床沉积层渗透性影响，河床沉积层厚度变化对河流向地下水的补给量影响不大。即：河床低渗透性沉积物的存在是河流向地下水补给量降低的主要原因，当河床沉积层与其下伏含水层厚度比（HS/H）由0增大为0.125时，河流向地下水补给量的减小幅度达72%。（2）与均质条件相比，河床沉积层渗透性及其厚度变化均明显改变了河水向地下水补给的水流路径及径流时间。随着河床沉积物与下伏含水层渗透系数比KU/KL的增大，河水向地下水补给的水流路径穿透深度增大，径流时间延长。（3）河流对地下水的补给量及地下水径流时间对低渗透性河床沉积层渗透系数的敏感性随渗透系数的减小而增大，同时，地下水径流时间对低渗透性河床沉积层的厚度变化较为敏感，且随着厚度的增大，敏感性增强。研究成果可为地下水资源管理及可持续开发提供参考依据。
2023, 50(3): 54-64.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208084
摘要:
水源涵养作为重要的生态系统服务功能之一，对张家口和承德地区的生态系统及用水安全有着重要的意义。为了改进以往研究中对地形及土壤渗透性等考虑不足、对数据空间异质性分析不充分等问题，文章基于生态系统服务和权衡的综合评估模型（integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs，InVEST），使用多种高精度的遥感、再分析数据等产品，对2001—2020年张承地区的水源涵养功能进行定量化评价及驱动因素分析。研究发现，2001—2020年张承地区水源涵养功能空间分布上呈现坝下高坝上低的特点，各年水源涵养功能的空间分布存在差异性的同时也具有一定的相似性。时间变化上，20年间水源涵养深度以−0.08 mm/a的平均速率呈下降波动趋势。结合Sen+Mann-Kendall分析发现区内水源涵养功能变化趋势以“基本不变”、“轻微增长”、“轻微降低”三者为主，总占比近98%。区内降水量对水源涵养功能具有很强的显著正相关关系，气温对水源涵养功能在部分地区具有显著负相关关系，植被与水源涵养功能的关系相对复杂。张承地区2020年林地的水源涵养功能最强，水源涵养深度达28.64 mm，总量而言，草地水源涵养功能的贡献最大，水源涵养量达1.12×109 m3。20年间变化中，耕地水源涵养量的降低最为明显，变化速率达−6.49×106 m3/a。上述结果说明张承地区20年间水源涵养功能的时空特征主要受到降水量与植被型土地利用的控制。研究为张承地区生态建设及水资源管理提供重要的决策依据。
水源涵养作为重要的生态系统服务功能之一，对张家口和承德地区的生态系统及用水安全有着重要的意义。为了改进以往研究中对地形及土壤渗透性等考虑不足、对数据空间异质性分析不充分等问题，文章基于生态系统服务和权衡的综合评估模型（integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs，InVEST），使用多种高精度的遥感、再分析数据等产品，对2001—2020年张承地区的水源涵养功能进行定量化评价及驱动因素分析。研究发现，2001—2020年张承地区水源涵养功能空间分布上呈现坝下高坝上低的特点，各年水源涵养功能的空间分布存在差异性的同时也具有一定的相似性。时间变化上，20年间水源涵养深度以−0.08 mm/a的平均速率呈下降波动趋势。结合Sen+Mann-Kendall分析发现区内水源涵养功能变化趋势以“基本不变”、“轻微增长”、“轻微降低”三者为主，总占比近98%。区内降水量对水源涵养功能具有很强的显著正相关关系，气温对水源涵养功能在部分地区具有显著负相关关系，植被与水源涵养功能的关系相对复杂。张承地区2020年林地的水源涵养功能最强，水源涵养深度达28.64 mm，总量而言，草地水源涵养功能的贡献最大，水源涵养量达1.12×109 m3。20年间变化中，耕地水源涵养量的降低最为明显，变化速率达−6.49×106 m3/a。上述结果说明张承地区20年间水源涵养功能的时空特征主要受到降水量与植被型土地利用的控制。研究为张承地区生态建设及水资源管理提供重要的决策依据。
2023, 50(3): 65-75.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104015
摘要:
矿井涌水对井下安全生产存在潜在威胁，同时可能引发因矿区地下水位下降造成的地表植被难以逆转的演替退化。针对涌水量数值模型构建时边界条件概化不准确和水文地质参数选用不可靠等关键问题，以准确预测矿井涌水量保障煤层安全开采为目标，并为研究区沙漠植被的保护提供理论和数据支撑，选择以天然边界作为研究区周界，在充分收集与分析钻探、物探、抽水试验、地下水长观和矿井采空区范围及其涌水量等资料的基础上反复修正模型，构建了较为逼真的地下水三维非稳定流数值模型。此外依据矿井采空区拓展进程及其涌水量和地下水监测数据等进行模型模拟识别，论证了该模型的合理性和可靠性。利用所建立的数值模型预测了煤层开采条件下的矿井涌水量和潜水位降深场，进而基于潜水位埋深与沙漠植被关系分析了潜水位下降对沙漠植被的影响。结果表明：根据矿区先期煤层开采预测矿井涌水量为 3.08×104 m3/d，引起矿区内潜水位下降2.08～2.35 m，将导致矿区内代表性植被沙柳和小叶杨的长势变差、甚至部分枯萎，呈现由中生植被类型向旱生植被方向的演替趋势。研究结果为研究区提供了较准确的涌水量预测值，可以为制定科学有效的矿区沙漠植被保护措施以及为类似地下水流数值模型的构建提供可靠的思路。
矿井涌水对井下安全生产存在潜在威胁，同时可能引发因矿区地下水位下降造成的地表植被难以逆转的演替退化。针对涌水量数值模型构建时边界条件概化不准确和水文地质参数选用不可靠等关键问题，以准确预测矿井涌水量保障煤层安全开采为目标，并为研究区沙漠植被的保护提供理论和数据支撑，选择以天然边界作为研究区周界，在充分收集与分析钻探、物探、抽水试验、地下水长观和矿井采空区范围及其涌水量等资料的基础上反复修正模型，构建了较为逼真的地下水三维非稳定流数值模型。此外依据矿井采空区拓展进程及其涌水量和地下水监测数据等进行模型模拟识别，论证了该模型的合理性和可靠性。利用所建立的数值模型预测了煤层开采条件下的矿井涌水量和潜水位降深场，进而基于潜水位埋深与沙漠植被关系分析了潜水位下降对沙漠植被的影响。结果表明：根据矿区先期煤层开采预测矿井涌水量为 3.08×104 m3/d，引起矿区内潜水位下降2.08～2.35 m，将导致矿区内代表性植被沙柳和小叶杨的长势变差、甚至部分枯萎，呈现由中生植被类型向旱生植被方向的演替趋势。研究结果为研究区提供了较准确的涌水量预测值，可以为制定科学有效的矿区沙漠植被保护措施以及为类似地下水流数值模型的构建提供可靠的思路。
2023, 50(3): 76-84.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211007
摘要:
滑坡推力的确定对于抗滑桩设计极其重要，沉埋桩作为对传统抗滑桩的优化，其受荷段推力的研究目前主要借助于模型试验和数值模拟，缺乏深入的理论分析。为了建立沉埋桩后侧受荷段及桩顶沉埋段滑坡推力计算方法，针对沉埋桩加固的基岩-覆盖层式滑坡，基于潜在越顶破坏模式，由桩顶位置将越顶滑面分为顶部、底部两段，其中，顶部滑面上水平方向合力即为沉埋段推力，可由积分求得，底部滑面上各个方向的力求解方法与此类似；在此基础上，利用刚体极限平衡理论对底部滑面与桩受荷段所围滑体进行受力分析，进而可得受荷段推力计算公式。实例分析表明：理论算法所得沉埋段与受荷段推力值与FLAC3D结果非常接近，其中，受荷段推力、沉埋段推力、设桩位置处总推力随沉埋比的增大而分别非线性减小、增大、减小；沉埋比位于0~0.67范围内时，沉埋段与受荷段推力之比由0缓慢增大到0.30~0.50，随着沉埋比增大到0.8，该比值急剧增大到1.47~2.12；一般沉埋深度下，沉埋段推力小于受荷段推力。沉埋桩推力的理论研究对于桩体内力优化、沉埋深度确定具有重要的现实意义，将有助于该桩型的进一步推广应用。
滑坡推力的确定对于抗滑桩设计极其重要，沉埋桩作为对传统抗滑桩的优化，其受荷段推力的研究目前主要借助于模型试验和数值模拟，缺乏深入的理论分析。为了建立沉埋桩后侧受荷段及桩顶沉埋段滑坡推力计算方法，针对沉埋桩加固的基岩-覆盖层式滑坡，基于潜在越顶破坏模式，由桩顶位置将越顶滑面分为顶部、底部两段，其中，顶部滑面上水平方向合力即为沉埋段推力，可由积分求得，底部滑面上各个方向的力求解方法与此类似；在此基础上，利用刚体极限平衡理论对底部滑面与桩受荷段所围滑体进行受力分析，进而可得受荷段推力计算公式。实例分析表明：理论算法所得沉埋段与受荷段推力值与FLAC3D结果非常接近，其中，受荷段推力、沉埋段推力、设桩位置处总推力随沉埋比的增大而分别非线性减小、增大、减小；沉埋比位于0~0.67范围内时，沉埋段与受荷段推力之比由0缓慢增大到0.30~0.50，随着沉埋比增大到0.8，该比值急剧增大到1.47~2.12；一般沉埋深度下，沉埋段推力小于受荷段推力。沉埋桩推力的理论研究对于桩体内力优化、沉埋深度确定具有重要的现实意义，将有助于该桩型的进一步推广应用。
2023, 50(3): 85-92.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208017
摘要:
为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性（如强度和刚度）的影响，需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此，基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为，采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析，并对其进行了3方面的改进，即：不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子（KI）、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的KI，由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证，发现与现有模型相比，该模型明显提高了岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度，尤其是当裂隙倾角为0°时，该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa，与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此，该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为，这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。
为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性（如强度和刚度）的影响，需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此，基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为，采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析，并对其进行了3方面的改进，即：不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子（KI）、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的KI，由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证，发现与现有模型相比，该模型明显提高了岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度，尤其是当裂隙倾角为0°时，该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa，与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此，该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为，这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。
2023, 50(3): 93-103.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201042
摘要:
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pH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Cu2+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Cu2+的存在，加剧了矿物溶解产生大量的Ca2+，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。
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pH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Cu2+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Cu2+的存在，加剧了矿物溶解产生大量的Ca2+，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。
2023, 50(3): 104-114.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202049
摘要:
四川省巴中市通江县新场镇七家沟村二社水头上滑坡为川东典型红层梯田滑坡，区内类似斜坡覆盖范围广泛，但针对该地区此类滑坡的渗流分析研究较少。在对滑坡区进行大量野外调查、勘查、资料收集的基础上，综合运用卫星遥感、无人机航拍、机载LiDAR、室内试验等技术手段，基于Fredlund & Xing土水特征曲线数学模型，采用Geo-Studio中SEEP/W模块进行渗流分析，将不同时间阶段分析结果与SLOPE/W模块耦合，继而得到稳定系数与降雨、时间之间的动态变化关系，揭示了滑坡的变形过程和形成机理。研究显示：（1）连续降雨促使坡体地下水位升高，稳定性降低，最终导致水头上滑坡整体失稳破坏；（2）滑坡变形过程、地下水出露特征与Geo-Studio计算结果基本吻合，说明基于Fredlund & Xing数值模拟在类似地区能提供较为准确的模拟结果；（3）开垦梯田（水田）会降低坡体稳定性。研究结果可为四川山区类似滑坡灾害进行隐患排查和主动防范提供理论支撑，为防灾减灾提供参考依据。
四川省巴中市通江县新场镇七家沟村二社水头上滑坡为川东典型红层梯田滑坡，区内类似斜坡覆盖范围广泛，但针对该地区此类滑坡的渗流分析研究较少。在对滑坡区进行大量野外调查、勘查、资料收集的基础上，综合运用卫星遥感、无人机航拍、机载LiDAR、室内试验等技术手段，基于Fredlund & Xing土水特征曲线数学模型，采用Geo-Studio中SEEP/W模块进行渗流分析，将不同时间阶段分析结果与SLOPE/W模块耦合，继而得到稳定系数与降雨、时间之间的动态变化关系，揭示了滑坡的变形过程和形成机理。研究显示：（1）连续降雨促使坡体地下水位升高，稳定性降低，最终导致水头上滑坡整体失稳破坏；（2）滑坡变形过程、地下水出露特征与Geo-Studio计算结果基本吻合，说明基于Fredlund & Xing数值模拟在类似地区能提供较为准确的模拟结果；（3）开垦梯田（水田）会降低坡体稳定性。研究结果可为四川山区类似滑坡灾害进行隐患排查和主动防范提供理论支撑，为防灾减灾提供参考依据。
2023, 50(3): 115-124.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205054
摘要:
华南地区台风暴雨诱发的滑坡往往呈浅层、流态化、群发性等特征，大量调查发现植被增渗效应对花岗岩残积土滑坡的形成具有显著影响，但目前研究大多探讨植被根系对土体渗透性的影响，未能揭示植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。基于此，以“2019.6.9”广东省龙川县群发性滑坡灾害为例，通过大量现场勘查，查明滑坡区域地质环境条件与植被发育情况，分析植被对浅层滑坡的增渗效应；采用“双环入渗法”测得不同植被样地的入渗速率，分析其下渗过程和渗透规律；选取典型滑坡剖面，建立地质模型，运用Geo-Studio软件对强降雨条件下浅层滑坡渗流规律和土体应力-应变特征进行模拟；最后结合模拟结果和现场调查情况，分析强降雨条件下植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。结果表明：植被能够有效地增强土壤渗透能力，渗透能力大小依次为针叶林地、灌木林地、裸土地；在植被增渗效应影响下，雨水入渗到根土复合层底部会发生滞水现象，浅层土体迅速趋于饱和，土体中孔隙水压力及渗流力瞬时剧增，土体饱水使得残积土发生软化，同时边坡自重增加，最终导致斜坡失稳。研究结果可为华南地区暴雨群发性滑坡的形成机理、预警预报等提供科学依据，具有重要的意义。
华南地区台风暴雨诱发的滑坡往往呈浅层、流态化、群发性等特征，大量调查发现植被增渗效应对花岗岩残积土滑坡的形成具有显著影响，但目前研究大多探讨植被根系对土体渗透性的影响，未能揭示植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。基于此，以“2019.6.9”广东省龙川县群发性滑坡灾害为例，通过大量现场勘查，查明滑坡区域地质环境条件与植被发育情况，分析植被对浅层滑坡的增渗效应；采用“双环入渗法”测得不同植被样地的入渗速率，分析其下渗过程和渗透规律；选取典型滑坡剖面，建立地质模型，运用Geo-Studio软件对强降雨条件下浅层滑坡渗流规律和土体应力-应变特征进行模拟；最后结合模拟结果和现场调查情况，分析强降雨条件下植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。结果表明：植被能够有效地增强土壤渗透能力，渗透能力大小依次为针叶林地、灌木林地、裸土地；在植被增渗效应影响下，雨水入渗到根土复合层底部会发生滞水现象，浅层土体迅速趋于饱和，土体中孔隙水压力及渗流力瞬时剧增，土体饱水使得残积土发生软化，同时边坡自重增加，最终导致斜坡失稳。研究结果可为华南地区暴雨群发性滑坡的形成机理、预警预报等提供科学依据，具有重要的意义。
2023, 50(3): 125-137.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206041
摘要:
在使用机器学习模型对滑坡进行易发性评价时，通常会在滑坡影响范围之外随机选取非滑坡样本点，具有一定的误差。为了提高滑坡易发性评价的精度，将自组织映射（self-organizing map，SOM）神经网络、信息量模型（information，I）以及支持向量机模型（support vector machine，SVM）进行耦合，提出一种基于SOM-I-SVM模型的滑坡易发性评价方法，并将SOM神经网络与K均值聚类算法进行对比，验证模型的可靠性。以十堰市茅箭区为例，首先通过对环境因子的相关性及重要性分析，筛选出距水系距离、坡度、降雨量、距构造距离、相对高差、距道路距离、地层岩性等7个因子，建立滑坡易发性评价指标体系，在此基础上计算出各因子的分级信息量值，并作为模型的输入变量进行滑坡易发性评价。分别采用SOM神经网络和K均值聚类算法选取非滑坡样本，然后将样本数据集代入I-SVM模型预测滑坡易发性。将SVM、I-SVM、KMeans-I-SVM、SOM-I-SVM等4种模型预测精度进行对比，其ROC曲线下面积（AUC）分别为0.82，0.88，0.90，0.91，说明SOM-I-SVM模型能有效提高滑坡易发性预测准确率。
在使用机器学习模型对滑坡进行易发性评价时，通常会在滑坡影响范围之外随机选取非滑坡样本点，具有一定的误差。为了提高滑坡易发性评价的精度，将自组织映射（self-organizing map，SOM）神经网络、信息量模型（information，I）以及支持向量机模型（support vector machine，SVM）进行耦合，提出一种基于SOM-I-SVM模型的滑坡易发性评价方法，并将SOM神经网络与K均值聚类算法进行对比，验证模型的可靠性。以十堰市茅箭区为例，首先通过对环境因子的相关性及重要性分析，筛选出距水系距离、坡度、降雨量、距构造距离、相对高差、距道路距离、地层岩性等7个因子，建立滑坡易发性评价指标体系，在此基础上计算出各因子的分级信息量值，并作为模型的输入变量进行滑坡易发性评价。分别采用SOM神经网络和K均值聚类算法选取非滑坡样本，然后将样本数据集代入I-SVM模型预测滑坡易发性。将SVM、I-SVM、KMeans-I-SVM、SOM-I-SVM等4种模型预测精度进行对比，其ROC曲线下面积（AUC）分别为0.82，0.88，0.90，0.91，说明SOM-I-SVM模型能有效提高滑坡易发性预测准确率。
2023, 50(3): 138-148.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202210038
摘要:
以北京通州区宋庄地裂缝为原型，研究以断裂活动和抽水为主要诱因的耦合型地裂缝的发育活动特征和成因机制，揭示了不同位错量和水位下降量引发的地层位移场和应力场的变化特征。通过实地踏勘，阐明了地裂缝造成的地表平面及地层剖面的破坏现象；运用有限差分法模拟研究了断层错动和抽水2种工况下的模型地层的变化响应过程，最后讨论了该类型地裂缝与各诱因之间的关系。结果表明：（1）该类型地裂缝具有三维活动等特点，一般造成浅表地层及墙体的水平张开量为0.3～1.2 cm，深部地层的垂直位错量随埋深而逐渐增大；（2）断裂活动引起的应力变化在裂缝发育区集中，并造成上盘地层出现明显的竖向位移，裂缝区地层出现较大的剪切牵引变形，且其两侧的竖向位移差异量最大；断层位错量的增加造成隐伏裂缝向上逐渐延伸扩展，并在上盘浅表层引发次级裂缝，致使地裂缝整体呈具有一定宽度的带状展布；（3）地下水位下降对地裂缝的竖向延伸和水平扩张均有加剧作用，裂缝两侧地表产生持续的沉降响应，并导致沉降漏斗中心成为地裂缝集中发育区，且该处的模型地层沉降量也最大，为10.2 cm，上盘地层的沉降范围宽度约38 m，下盘约16 m；（4）该类型地裂缝受断裂控制明显，但现阶段活动加剧主要为超采地下水所致。研究将对深入理解地裂缝成因机理、建立地层响应和断裂位错与地下水变化的定量联系，以及防灾减灾具有重要理论意义和实际应用价值。
以北京通州区宋庄地裂缝为原型，研究以断裂活动和抽水为主要诱因的耦合型地裂缝的发育活动特征和成因机制，揭示了不同位错量和水位下降量引发的地层位移场和应力场的变化特征。通过实地踏勘，阐明了地裂缝造成的地表平面及地层剖面的破坏现象；运用有限差分法模拟研究了断层错动和抽水2种工况下的模型地层的变化响应过程，最后讨论了该类型地裂缝与各诱因之间的关系。结果表明：（1）该类型地裂缝具有三维活动等特点，一般造成浅表地层及墙体的水平张开量为0.3～1.2 cm，深部地层的垂直位错量随埋深而逐渐增大；（2）断裂活动引起的应力变化在裂缝发育区集中，并造成上盘地层出现明显的竖向位移，裂缝区地层出现较大的剪切牵引变形，且其两侧的竖向位移差异量最大；断层位错量的增加造成隐伏裂缝向上逐渐延伸扩展，并在上盘浅表层引发次级裂缝，致使地裂缝整体呈具有一定宽度的带状展布；（3）地下水位下降对地裂缝的竖向延伸和水平扩张均有加剧作用，裂缝两侧地表产生持续的沉降响应，并导致沉降漏斗中心成为地裂缝集中发育区，且该处的模型地层沉降量也最大，为10.2 cm，上盘地层的沉降范围宽度约38 m，下盘约16 m；（4）该类型地裂缝受断裂控制明显，但现阶段活动加剧主要为超采地下水所致。研究将对深入理解地裂缝成因机理、建立地层响应和断裂位错与地下水变化的定量联系，以及防灾减灾具有重要理论意义和实际应用价值。
2023, 50(3): 149-158.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208066
摘要:
岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌，针对力学方面的隧道塌方机理分析较多，而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性，掌握隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道在开挖过程中发生的坍塌现象，结合隧道的监测数据，运用BP神经网络的构建原理，对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到FLAC3D有限元软件构建的不同施工方法模型中，对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行判断和分析。结果表明：施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大，针对围岩等级为Ⅴ级的隧道，采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全，隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系；反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm，地表位移预测值为1.2 cm，与监测数据偏差13%左右，反演结果具有一定的可信度。研究结果对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。
岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌，针对力学方面的隧道塌方机理分析较多，而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性，掌握隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道在开挖过程中发生的坍塌现象，结合隧道的监测数据，运用BP神经网络的构建原理，对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到FLAC3D有限元软件构建的不同施工方法模型中，对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行判断和分析。结果表明：施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大，针对围岩等级为Ⅴ级的隧道，采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全，隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系；反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm，地表位移预测值为1.2 cm，与监测数据偏差13%左右，反演结果具有一定的可信度。研究结果对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。
2023, 50(3): 159-171.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112022
摘要:
土壤中的多环芳烃（PAHs）会威胁人类健康和生态环境安全。为掌握北运河流域（北京段）土壤中PAHs的分布特征及其形成机制，采用克里格插值、主成分分析-多元线性回归等多元统计方法，结合同分异构体比值法对该区域表层土壤中16种优控PAHs的质量分数、分布趋势、空间分布特征及其污染来源进行了研究。结果表明：（1）研究区216件土壤样品中16种PAHs均被检出，且主要为高环PAHs（4~6环），总PAHs的质量分数范围在10.5~19466.5 μg/kg，受污染土壤样品占29.63% ；（2）表层土壤中的PAHs在东西及南北方向上均呈现出中部高、两端低的趋势，在空间分布上总体表现为北部区域及中部城区含量较高、其他地区相对较低的特征，且由于人为活动影响导致个别点位PAHs富集，存在点源污染或局部污染；（3）PAHs同分异构体比值法及主成分分析法研究表明，研究区内PAHs的来源为以煤/生物质燃烧及交通燃烧为主、石油泄漏等石油化工源为辅的混合源，多元线性回归方法分析后得到 2 者的贡献率分别为89%和11%。研究结果可为研究区的污染防控、土地质量评价和国土空间规划等工作提供有力支撑。
土壤中的多环芳烃（PAHs）会威胁人类健康和生态环境安全。为掌握北运河流域（北京段）土壤中PAHs的分布特征及其形成机制，采用克里格插值、主成分分析-多元线性回归等多元统计方法，结合同分异构体比值法对该区域表层土壤中16种优控PAHs的质量分数、分布趋势、空间分布特征及其污染来源进行了研究。结果表明：（1）研究区216件土壤样品中16种PAHs均被检出，且主要为高环PAHs（4~6环），总PAHs的质量分数范围在10.5~19466.5 μg/kg，受污染土壤样品占29.63% ；（2）表层土壤中的PAHs在东西及南北方向上均呈现出中部高、两端低的趋势，在空间分布上总体表现为北部区域及中部城区含量较高、其他地区相对较低的特征，且由于人为活动影响导致个别点位PAHs富集，存在点源污染或局部污染；（3）PAHs同分异构体比值法及主成分分析法研究表明，研究区内PAHs的来源为以煤/生物质燃烧及交通燃烧为主、石油泄漏等石油化工源为辅的混合源，多元线性回归方法分析后得到 2 者的贡献率分别为89%和11%。研究结果可为研究区的污染防控、土地质量评价和国土空间规划等工作提供有力支撑。
2023, 50(3): 172-181.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108051
摘要:
黄河流域连接了青藏高原、黄土高原、内蒙古高原、华北平原，是我国重要的生态屏障。开展黄河流域植被时空变化及其与土壤湿度相关性分析，定量揭示土壤湿度对植被生长的影响，有利于干旱监测及生态环境保护。利用MOD13Q1 NDVI产品和全球陆面数据同化系统（global land data assimilation system，GLDAS）土壤湿度数据，采用Sen+Mann-Kendall趋势检验法和相关性分析法，分析了2000—2020年黄河流域植被时空变化特征及土地利用变化对植被生长的影响，并在流域尺度探索了生长季植被归一化植被指数（NDVI）与不同深度土壤湿度的相关性。结果表明：（1）研究区植被NDVI在空间上呈现“南高北低”的特征，沿黄河径流方向，上游右岸区域植被生长状况明显好于左岸，中下游两岸区域植被生长状况无明显差异。2000—2020年NDVI整体呈增加趋势，从2000年的0.356增加到2020年的0.435。（2）不同用地类型的NDVI由大到小依次为：林地>耕地>草地>未利用地，不同季节NDVI由大到小依次为：夏季>秋季>春季>冬季。（3）研究区大部分区域植被生长状况处于改善和稳定的状态，小部分区域处于退化状态，退化区域的主要原因是草地退化、城市扩张导致耕地退化及耕地转为建设用地。（4）NDVI与不同深度的土壤湿度（0~10 cm、10~40 cm、40~100 cm、100~200 cm）整体呈正相关趋势，相关系数分别为0.535，0.647，0.681，0.619；不同土地利用类型的NDVI与不同深度土壤湿度的相关性有差异，耕地、草地和未利用地NDVI与10~40 cm处的土壤湿度正相关面积最大，而林地NDVI与40~100 cm处的土壤湿度正相关面积最大。相关研究成果可为黄河流域高质量发展提供科学依据。
黄河流域连接了青藏高原、黄土高原、内蒙古高原、华北平原，是我国重要的生态屏障。开展黄河流域植被时空变化及其与土壤湿度相关性分析，定量揭示土壤湿度对植被生长的影响，有利于干旱监测及生态环境保护。利用MOD13Q1 NDVI产品和全球陆面数据同化系统（global land data assimilation system，GLDAS）土壤湿度数据，采用Sen+Mann-Kendall趋势检验法和相关性分析法，分析了2000—2020年黄河流域植被时空变化特征及土地利用变化对植被生长的影响，并在流域尺度探索了生长季植被归一化植被指数（NDVI）与不同深度土壤湿度的相关性。结果表明：（1）研究区植被NDVI在空间上呈现“南高北低”的特征，沿黄河径流方向，上游右岸区域植被生长状况明显好于左岸，中下游两岸区域植被生长状况无明显差异。2000—2020年NDVI整体呈增加趋势，从2000年的0.356增加到2020年的0.435。（2）不同用地类型的NDVI由大到小依次为：林地>耕地>草地>未利用地，不同季节NDVI由大到小依次为：夏季>秋季>春季>冬季。（3）研究区大部分区域植被生长状况处于改善和稳定的状态，小部分区域处于退化状态，退化区域的主要原因是草地退化、城市扩张导致耕地退化及耕地转为建设用地。（4）NDVI与不同深度的土壤湿度（0~10 cm、10~40 cm、40~100 cm、100~200 cm）整体呈正相关趋势，相关系数分别为0.535，0.647，0.681，0.619；不同土地利用类型的NDVI与不同深度土壤湿度的相关性有差异，耕地、草地和未利用地NDVI与10~40 cm处的土壤湿度正相关面积最大，而林地NDVI与40~100 cm处的土壤湿度正相关面积最大。相关研究成果可为黄河流域高质量发展提供科学依据。
2023, 50(3): 182-192.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209049
摘要:
强烈的山区地震往往会引发大量同震滑坡，对当地植被覆盖和生长造成直接破坏。作为表现滑坡活动强度的重要指标，同震滑坡体表面的植被恢复情况对评估震后地质灾害的活动情况具有重要意义。然而，受观测资料所限，当前对于震区植被恢复进程的研究多为小尺度范围，而对大区域内植被演化机制以及植被与地质灾害活动性的关系认识不足。因此，采用多时相、长时序（2000—2020年）的高精度遥感影像对汶川地震强震区大范围内的植被恢复过程进行研究，计算得到不同时期植被恢复率，以此探究大范围内植被恢复的普适性规律，同时分析植被恢复与滑坡活动强度变化的关系。研究发现：截至2020年，71.34%区域的同震滑坡表面植被已处于恢复程度较好阶段；高活动强度、中活动强度、低活动强度和基本稳定的滑坡面积比分别为17.6%、12.4%、17.7%和52.3%。同震滑坡地表恢复趋势表明，汶川震区植被预计在震后约17 a恢复至震前平均水平。然而，植被恢复过程和滑坡活动性的变化往往受多种因素的综合影响。虽然滑坡地表植被恢复在一定程度上反映了地震后滑坡活动性的下降，但地震对滑坡活动性的影响将比地表植被恢复到震前水平所持续的时间更长。参考前人研究成果，本研究认为震后滑坡活动将持续25 a或更长时间。研究成果可为汶川震区震后地质灾害评估、防治工作提供参考。
强烈的山区地震往往会引发大量同震滑坡，对当地植被覆盖和生长造成直接破坏。作为表现滑坡活动强度的重要指标，同震滑坡体表面的植被恢复情况对评估震后地质灾害的活动情况具有重要意义。然而，受观测资料所限，当前对于震区植被恢复进程的研究多为小尺度范围，而对大区域内植被演化机制以及植被与地质灾害活动性的关系认识不足。因此，采用多时相、长时序（2000—2020年）的高精度遥感影像对汶川地震强震区大范围内的植被恢复过程进行研究，计算得到不同时期植被恢复率，以此探究大范围内植被恢复的普适性规律，同时分析植被恢复与滑坡活动强度变化的关系。研究发现：截至2020年，71.34%区域的同震滑坡表面植被已处于恢复程度较好阶段；高活动强度、中活动强度、低活动强度和基本稳定的滑坡面积比分别为17.6%、12.4%、17.7%和52.3%。同震滑坡地表恢复趋势表明，汶川震区植被预计在震后约17 a恢复至震前平均水平。然而，植被恢复过程和滑坡活动性的变化往往受多种因素的综合影响。虽然滑坡地表植被恢复在一定程度上反映了地震后滑坡活动性的下降，但地震对滑坡活动性的影响将比地表植被恢复到震前水平所持续的时间更长。参考前人研究成果，本研究认为震后滑坡活动将持续25 a或更长时间。研究成果可为汶川震区震后地质灾害评估、防治工作提供参考。
2023, 50(3): 193-206.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202110028
摘要:
地处特提斯—喜马拉雅构造域与滨太平洋构造域交接转换部位的四川盆地，是造山带环绕的多旋回沉积盆地，地热资源禀赋较好，但地质构造复杂，不同构造带地热条件和成热模式差异较大，严重制约地热勘探开发与利用。在四川盆地已有地热勘探开发资料和油气勘探研究成果的基础上，系统总结了四川盆地的地热储层、地热流体、大地热流和地温梯度场的特征及分布规律，对比研究了四川盆地不同类型盆山结构区的地热储盖层组合和地热条件的异同性，指明了不同构造单元的勘探靶区。结果表明：（1）四川盆地及周缘的大地热流值为中低热流值，地温梯度在16~30 °C/km之间，地热源受活动断裂和基底构造控制明显，发育传导型水热系统，多属中低温（<90 °C）地热资源；（2）四川盆地的地热资源分布主要受盆地构造、地层分布和水文条件等控制；（3）海相层系至少存在4个岩溶型热储层，陆相地层局部偶夹1~2个砂砾岩型热储层，地下水多为SO4—Ca型微咸水。研究建议以中~下三叠统和中二叠统岩溶型热储为重点层系，尤其在川东和和川西地区二者勘探潜力较大，其次优选其他海相层系岩溶型热储进行勘探，而陆相碎屑岩热储层盖层、地下水补给和热源等条件较差，勘探潜力一般，开发风险高且需谨慎。该研究可为四川盆地地热勘探开发利用提供理论依据。
地处特提斯—喜马拉雅构造域与滨太平洋构造域交接转换部位的四川盆地，是造山带环绕的多旋回沉积盆地，地热资源禀赋较好，但地质构造复杂，不同构造带地热条件和成热模式差异较大，严重制约地热勘探开发与利用。在四川盆地已有地热勘探开发资料和油气勘探研究成果的基础上，系统总结了四川盆地的地热储层、地热流体、大地热流和地温梯度场的特征及分布规律，对比研究了四川盆地不同类型盆山结构区的地热储盖层组合和地热条件的异同性，指明了不同构造单元的勘探靶区。结果表明：（1）四川盆地及周缘的大地热流值为中低热流值，地温梯度在16~30 °C/km之间，地热源受活动断裂和基底构造控制明显，发育传导型水热系统，多属中低温（<90 °C）地热资源；（2）四川盆地的地热资源分布主要受盆地构造、地层分布和水文条件等控制；（3）海相层系至少存在4个岩溶型热储层，陆相地层局部偶夹1~2个砂砾岩型热储层，地下水多为SO4—Ca型微咸水。研究建议以中~下三叠统和中二叠统岩溶型热储为重点层系，尤其在川东和和川西地区二者勘探潜力较大，其次优选其他海相层系岩溶型热储进行勘探，而陆相碎屑岩热储层盖层、地下水补给和热源等条件较差，勘探潜力一般，开发风险高且需谨慎。该研究可为四川盆地地热勘探开发利用提供理论依据。
2023, 50(3): 207-216.
doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208003
摘要:
西藏谢通门县地处青藏高原高寒山区，分布有卡嘎温泉，开发地热能解决当地供暖之急，但地热成因及储量研究尚未开展。通过分析调查区的地质构造、地热活动规律，并在卡嘎温泉附近开展地质详细调查、音频大地电磁测深及土壤氡气测量等工作，综合运用地质、物探成果，对卡嘎温泉的成因及热储特征进行了探讨。研究结果表明：（1）音频大地电磁及土壤氡气测量成果清晰地揭示了区内NE向、NW向与SN向断层深部的延展情况与叠加关系，说明区内具备较好的导水通道和热储空间。（2）研究区热源以中浅部始~渐新世岩浆岩衰变放热及深部存在高温岩浆熔融热源向上传导；断裂破碎带既是深部热储，也是深部热水上涌的通道；第四系上部冲洪积等堆积层为地热水的良好盖层，而第四系下部松散沉积物及部分基岩风化壳构成区内浅部热储。这些说明本区地热应用潜力较大，但需要注意的是：依据音频大地电磁测深成果的三维展示，发现深部S1、S2两个异常区在浅部呈连通状态，地表温泉点正好位于其连通通道上方，故在附近钻探取水时需评估对此温泉点水量的影响。最后，结合本区地热水的地热特征及电性特征，构建了调查区“地球物理-地热地质”模型，可为西藏其他地区地热资源勘探开发提供借鉴和指导作用。
西藏谢通门县地处青藏高原高寒山区，分布有卡嘎温泉，开发地热能解决当地供暖之急，但地热成因及储量研究尚未开展。通过分析调查区的地质构造、地热活动规律，并在卡嘎温泉附近开展地质详细调查、音频大地电磁测深及土壤氡气测量等工作，综合运用地质、物探成果，对卡嘎温泉的成因及热储特征进行了探讨。研究结果表明：（1）音频大地电磁及土壤氡气测量成果清晰地揭示了区内NE向、NW向与SN向断层深部的延展情况与叠加关系，说明区内具备较好的导水通道和热储空间。（2）研究区热源以中浅部始~渐新世岩浆岩衰变放热及深部存在高温岩浆熔融热源向上传导；断裂破碎带既是深部热储，也是深部热水上涌的通道；第四系上部冲洪积等堆积层为地热水的良好盖层，而第四系下部松散沉积物及部分基岩风化壳构成区内浅部热储。这些说明本区地热应用潜力较大，但需要注意的是：依据音频大地电磁测深成果的三维展示，发现深部S1、S2两个异常区在浅部呈连通状态，地表温泉点正好位于其连通通道上方，故在附近钻探取水时需评估对此温泉点水量的影响。最后，结合本区地热水的地热特征及电性特征，构建了调查区“地球物理-地热地质”模型，可为西藏其他地区地热资源勘探开发提供借鉴和指导作用。
主 管：中国地质调查局
主 办：中国地质环境监测院
主 编：李文鹏
编辑出版：《水文地质工程地质》 编辑部
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