二氧化碳地质封存工程安全研究现状及地脉动法监测可行性初步分析

概括了近年来国内外关于CO2地质封存的研究现状,对CO2封存监测技术进行了简要总结,关注了基于地震法的相关监测技术。利用数值计算的手段,对地脉动方法在CO2地质封存工程安全监测中应用的可行性进行了初步探讨。先从理论上分析了CO2注入引起岩石密度和波速变化范围,在此基础上研究了岩石密度、波速等因素改变对地表面波频散特性的影响。分析表明:①当CO2密度和体积模量与岩石孔隙中物质相差较大时,CO2驱替岩石中孔隙介质对波速的影响较大,反之则小;②CO2储层横波波速改变相对于纵波或密度改变对面波波速影响较大;③CO2储层的波速和密度等参数变化对面波的影响随频厚积变化而变化;④当CO2储层薄但埋深大时,面波频散特性对储层弹性参数改变不敏感。     

瑞雷波检测路基压实度室内标定实验研究

基于瑞雷波测试路基压实度的理论,改造了现有的瑞雷波检测仪器,开发了一种用于瑞雷波室内标定试验的模具,通过室内标定试验建立了瑞雷波波速和路基填土压实度的数学关系模型,得到了瑞雷波波速和路基压实度关系曲线,为瑞雷波检测路基压实度提供了有效方法。     

瞬态瑞雷波在土石方工程勘察中的应用

本文通过在福建省顺昌县化工产业园区某项目中的开展瑞雷面波勘探,利用瑞雷波沿地面约为一个波长厚度的表层传播,不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质情况,反映了浅层地质条件在垂直方向的变化情况,通过连续的面波测试,形成连续的地质剖面,从而揭示场地浅部各地层的起伏变化情况,为较准确估算场区内土石方的造价提供依据,提高估算精度,降低土石方勘察成本、缩短土石方勘察工期。     

地下管道瞬态瑞雷波信号响应分析

根据瑞雷波传播机理和有限元弹性动力学理论,分别利用ANSYS和LS-DYNA软件实现地下管道瞬态瑞雷波场响应的模拟。提出了截断边界模型的尺寸计算公式,选择雷克子波为模拟震源,提出网格划分方法;采用粘弹性边界条件(ANSYS)或无反射边界条件(LS-DYNA),有效吸收边界反射波。通过一系列数值模拟计算,总结了在不同的管道形状和管径大小工况条件下瑞雷波信号的响应规律,为实际工程中野外采集系统参数的设定和勘探数据的分析提供理论依据和参考,并在工程实例中得到了验证。     

地层倾角对CO2地质封存的影响研究—以鄂尔多斯CCS工程为例

CO2地质储存是减少CO2向大气排放的有效手段。CO2在储层中的运移受地层的物理属性和空间展布形态的影响,本文以鄂尔多斯CO2地质封存示范场地石千峰组为研究对象,研究了地层产状倾斜对CO2地质储存的影响。结果表明,在定压注入时,地层倾角对CO2的空间分布、CO2的注入速率、CO2的空间运移距离、以及CO2的封存量等均呈现出规律性的影响;地层倾角越大,注入速率越小、横向运移距离越远,而其封存量小;地层倾角的增大不利于CO2地质封存。     

深部非采煤层CO2封存稳定性模糊综合评判

为实现对深部非采煤层CO2封存稳定性问题的多因素量化评价,采用模糊数学理论提出基于二级评判模型的深部非采煤层CO2封存稳定性模糊综合评判方法,基于科学性、合理性、可操作性、代表性的原则确立8个一级因素指标和4个二级因素指标,建立综合评判体系,综合采用模糊统计法和专家评分法对各个因素指标按4个稳定性等级进行量化分级,分析各因素指标隶属函数的构造,采用层次分析法合理分配各因素指标的权重,结合我国山西沁水盆地CO2-ECBM项目地质勘查资料进行工程实际评判验证,取得与工程实际相一致的评判结果,由此表明:采用模糊综合评判的方法评价深部非采煤层封存CO2的稳定性具有合理性和可操作性,为CO2煤层封存的场地选址提供理论支持。     

利用TOUGH2进行场地规模CO2地质封存的模拟方法

温室气体排量的增加,对人类的可持续发展造成了严重的影响。减少CO2的排量是人类急需解决的问题。作为有效的CO2减排途径,CO2地质封存技术发展前景乐观。本文首先从理论上详细介绍基于TOUGH2进行场地规模CO2地质封存数值模拟所采用的方法,说明了空间离散,边界条件的刻画,模型参数的获取,初始条件的确定以及不同注入方式下注入井的设置。以鄂尔多斯盆地的场地规模CO2地质封存为例,在TOUGH2-MP/ECO2N软件平台的支持下,介绍数值模拟的过程,并简要给出了数值模拟的结果,验证了这一过程的可行性。     

瞬态瑞雷波技术在岩土工程中的应用

瑞雷波勘探技术是近几年在工程勘察和地基处理效果检测评价中得到了广泛的应用。本文列举了瞬态瑞雷波勘探方法几个应用实例 ,说明了瞬态瑞雷波在浅层地质问题中具有很大的应用潜力 ,并且效果较好。     

瞬态瑞雷波法在复合地基评价中的应用

瞬态瑞雷波法是一种新兴的物探方法,其主要思想是利用其频散特性来进行地层的速度分层,反应浅层地质问题,进而对地层进行划分、确定地基的持力层、划分软弱地层的埋深和范围等。本文简要介绍了瞬态瑞雷波法的基本原理和野外工作技术方法,阐述了瞬态瑞雷波法在评价复合地基处理效果、确定复合地基的承载力方面上与传统检测方法相比的优点。     

填海场地强夯地基加固效果研究与分析

工程场地实测资料的对比分析表明，利用瑞雷波的频散特性、传播速度与岩土物理力学性质的相关特性，全面、直观和快速地检测强夯地基的加固效果，并且大大缩短了地基检测周期。     

地球物理方法在某水库坝体隐患探测中的应用研究

水库坝体隐患有可能演变为险情,危及下游居民生命财产安全,开展水库坝体隐患调查工作具有重要意义.分析某水库坝体正常土体与隐患之间的波速、电阻率、介电常数差异,针对性地采用瑞雷波法、高密度电阻率法、地质雷达法等综合物探技术探测某水库坝体隐患,最终查明约8.5 m以下地层为坝基土;坝身土体具有上密下疏的结构特征,圈出三处异常...     

Integrity analysis of single and multi-layer thin cement mortar slab structures using the spectral analysis of surface wave NDT method

The non-destructive testing method using spectral analysis of surface waves (SASW) has mainly been developed and used for many years in the fields of geotechnical engineering and highway engineering, such as examining the material properties of pavement systems, soil media, etc., under an infinite half-space condition. In the recent decades, extensive research in this area has been focused on understanding the applicability and limitations of the SASW method. The method consists of the generation, measurement and processing of dispersive surface waves. In an SASW test, the surface of the media under consideration is subject to an impact, using, for example, a 12-mm steel ball to generate surface wave energy at various frequencies. Two vertical accelerometer receivers detect the energy transmitted through the testing media. By recording signals in digitized form using a data acquisition system and processing them, surface wave velocity can be obtained using a dispersion curve. Based on the dispersion curve, the shear wave velocity can also be plotted using forward modeling, which can be related to various material properties. This paper presents a modified experimental technique for the non-destructive evaluation of compressive strength of in-place single-layer concrete slabs through a correlation with the surface wave velocity. The paper also presents the relationship between the theoretical and experimental compact dispersion curves when the SASW test is applied to multi-layer thin cement mortar slab systems with a finite thickness. The test results show that the surface wave velocity profile obtained from the theoretical dispersion curve has lower values than the profile obtained from the experimental compact dispersion curve under the condition of a finite thickness due to different boundary conditions and reflections from the boundaries. Based on the measured response, an experimental study was conducted to examine if the dispersive characteristics of Rayleigh waves exist in the multi-layer cement mortar slab systems. This study can be utilized in examining structural elements of general concrete structures, and can also be applied to the integrity analysis of concrete structures with a finite thickness.     

Influence of hysteretic stress path behavior on seal integrity during gas storage operation in a depleted reservoir

In this study,we numerically investigate the influence of hysteretic stress path behavior on the seal integrity during underground gas storage operations in a depleted reservoir.Our study area is the Honor Rancho Underground Storage Facility in Los Angeles County(California,USA),which was converted into an underground gas storage facility in 1975 after 20 years of oil and gas production.In our simulations,the geomechanical behavior of the sand reservoir is modeled using two models:(1) a linear elastic model(non-hysteretic stress path) that does not take into consideration irreversible deformation,and(2) a plastic cap mechanical model which considers changes in rock elastic properties due to irreversible deformations caused by plastic reservoir compaction(hysteretic stress path).It shows that the irreversible compaction of the geological layer over geologic time and during the reservoir depletion can have important consequences on stress tensor orientation and magnitude.Ignoring depletion-induced irreversible compaction can lead to an over-estimation of the calculation of the maximum working reservoir pressure.Moreover,this irreversible compaction may bring the nearby faults closer to reactivation.However,regardless of the two models applied,the geomechanical analysis shows that for the estimated stress conditions applied in this study,the Honor Rancho Underground Storage Facility is being safely operated at pressures much below what would be required to compromise the seal integrity.     

地热资源勘查风险决策评价模型研究

近年来我们开展地热地质工作是在收集现有地热田的水文地质背景、地热勘探点的基础地热地质资料的基础上,采用地表有限的线索来判断地下深部未知点的水量和水温,难度相当大,勘查风险也较大,为了控制地热资源勘查风险,对其建立一个风险评价模型是很有现实意义的。本文利用模糊综合评价法建立了风险评价模型,该模型中包含了热储构造开启程度、热储构造部位、沟谷切割程度、物探效果、热储埋深、热储厚度、热储岩层倾角、热异常情况等9个风险因子,并对其进行量化处理。最后,该风险模型在本文中应用于万盛区黑山谷实例中,具有较高的可靠性和合理性。     

综合物探方法在坝基勘查中的应用

为查清某水库大坝坝基覆盖层厚度的变化规律,采用了高密度电法、浅层地震折射波法和瑞雷波法等三种物探技术,对其进行勘查,三种物探方法的定量解释结果基本一致;结合勘探成果验证,数据吻合,基本查清了覆盖层厚度的变化规律,证明了物探方法可以在该类勘察中发挥有效的作用。本次综合物探勘查取得了较好的应用效果,为工程设计提供了科学依据,也为综合物探方法在勘察中的应用提供了一个成功的实例,积累了一些应用经验。     

天津临空产业区浅层地下空间适宜性评价

本文以天津临空产业区为例,利用地质环境要素对地下空间适宜性进行评价,并通过MapGIS软件实现可视化。选取了填土厚度、坑壁软土厚度、坑壁砂(粉)土厚度、坑壁含水层等效渗透系数、液化等级、腐蚀性、底板软土厚度、底板隔水层厚度、底板下含水层等效渗透系数、年沉降速率、地震震级、基本烈度、峰值加速度、断裂活动速率、地壳升降速率共15个影响滨海地区地下空间性的地质环境因素,建立了地下空间适宜性评价指标体系和评价方法,并对研究区进行了评价,结果表明,天津临空产业区地下空间Ⅰ级适宜区总面积为40.45 km²,占研究区总面积的39.65%;Ⅱ级较适宜区总面积为40.00 m²,占研究区总面积的39.22%;Ⅲ级一般区总面积为21.55 km²,占研究区总面积的21.13%。研究成果可为该区域的地下空间开发提供指导借鉴。     

天然源面波方法在西南红粘土场地勘察中的应用效果研究

云贵两省广泛发育碳酸盐岩系红粘土覆盖层,其下为岩溶地层,具有覆盖层厚度分布不均匀、基岩面起伏较大的特点,工程建设过程中单纯依靠传统钻孔进行岩土分层及原位试验时常事倍功半,为此,将天然源面波推广应用于西南部分地区。本文选取机械作业振动噪声背景下的天然源面波勘探实例,认为该方法在对于西南红粘土场地的岩土体分层方面具有较好的应用效果;建立了若干适用于西南地区红粘土横波速(或瑞利波速)—标准贯入击数的经验关系,取得了较好的预测效果。     

低速软弱夹层二维横波速度结构的OCCAM反演

高速公路路基中的低速软弱夹层若处理不当，将会给高速公路的后期正常运行留下安全隐患，甚至将会导致路基结构严重的下陷和变形。本文成功地将OCCAM算法引入到瑞雷波频散曲线反演中，并获得了某路基低速软弱夹层地质结构的二维横波速度剖面。在反演过程中，权重矩阵的应用，提高了解的纵向分辨率；拉格朗日乘子光滑参数的应用改善了迭代效果并提高了解的稳定性，使其可以在解的精度和模型分辨率中取最佳折中解。实例分析结果表明，OCCAM算法用于反演低速软弱夹层瞬态瑞雷波频散曲线不但具有稳定性好、精度高及分辨能力强的优点，而且能自动分层和反演地层参数。     

层状地基中表面波有效相速度

在表面波互谱分析方法中,考虑表面波高阶模态及振源对表面波传播影响对提高土层剖面参数计算精度是很重要的。为了研究高阶模态及振源对表面波有效相速度影响,基于薄层刚度矩阵方法,给出了弹性层状地基中表面波水平向及竖直向有效相速度一般解析表达式以及远场渐近表达式,并从能量的角度分析高频、低频有效相速度发展趋势。几种典型层状地基中有效相速度的计算表明:在剪切波速随深度递增的分层中,远场有效相速度随频率变化曲线趋近基阶模态频散曲线;在剪切波速随深度无规律变化分层中,高阶模态影响较大,水平向与竖直向有效相速度有较大的不同;在远场,高频有效相速度趋近表层介质瑞利波相速度。结果显示在高模态及振源影响下表面波有效相速度不仅与频率有关,而且与传播距离有关。