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磁矢量势的全球电磁感应时间域三维有限元正演计算方法

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地球物理学报 2024年第5期67卷 2015-2028页

作者：杨聪任政勇陈程姚鸿波唐旭汤井田中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙410014

全球电磁感应测深方法能获得地球深部电导率结构分布,目前被广泛应用于地球内部结构与热状态研究.地磁台站与地磁卫星观测的电磁感应数据为时间序列信号,在时间域分析全球电磁感应数据,特别是分析频谱极宽的磁暴脉冲响应,具有天然的优势... 详细信息

全球电磁感应测深方法能获得地球深部电导率结构分布,目前被广泛应用于地球内部结构与热状态研究.地磁台站与地磁卫星观测的电磁感应数据为时间序列信号,在时间域分析全球电磁感应数据,特别是分析频谱极宽的磁暴脉冲响应,具有天然的优势.然而,当前的全球电磁感应数据解释技术一般在频率域进行,缺少时间域中的研究成果.为了弥补缺少时间域全球电磁感应数据解释方法的问题,本文开发了一种基于磁场矢量势的全球电磁感应时间域三维有限元并行正演求解方法,具备高精度快速计算源于地球外部时变电流源的地球感应电磁场时间序列的能力,特别适合于计算与分析频谱极宽的磁暴脉冲电磁感应时变响应.首先,建立基于磁场矢量势的全球电磁感应时间域微分控制方程,结合磁层外部电流源的物理属性建立边界条件和初始条件,从而构建出全球电磁感应时间域初始边界值问题.然后,利用四面体矢量有限元技术和无条件稳定的隐式后退欧拉公式,分别实现磁场矢量势的空间域和时间域离散,进而获得不同时刻的实系数大型有限元线性方程组,借助于高性能并行直接求解器,快速高精度地求解不同时刻的磁场矢量势与感应磁场.最后,利用理论模型验证本文算法的正确性.利用Dst磁暴环电流指数建立的时间域电流源与真实地球三维电性模型,研究"澳科一号"后续卫星200 km轨道对中国和澳大利亚下方地幔转换带高导体的探测能力,结果表明这些地幔转换带异常体在200 km卫星轨道高度能产生明显异常.综上所述,本文开发的时间域全球电磁感应方法不仅具备精确快速计算全球感应电磁场时间序列响应的能力,还能为反演与解释"澳科一号"等我国地磁卫星观测数据提供技术支持.

关键词：时间域全球电磁感应矢量有限元法三维正演地幔电性结构

鄂尔多斯盆地北部直罗组地下水地球化学特征及其指示意义

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煤炭学报 2024年第4期49卷 2004-2020页

作者：孙魁范立民马万超陈建平彭捷张鹏华高帅李成苗彦平王宏科陕西省地质环境监测总站自然资源部矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室陕西西安710054 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 陕煤集团神木红柳林矿业公司陕西榆林719000 陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000

煤矿水害是陕北侏罗纪煤田的主要灾害,直罗组地下水是主要突水水源之一。为研究鄂尔多斯盆地北部直罗组地下水地球化学特征及其指示意义,借助Durov图、Piper三线图、Gibbs图、Stiff图以及主成分分析等手段,深入研究直罗组地下水地球化... 详细信息

煤矿水害是陕北侏罗纪煤田的主要灾害,直罗组地下水是主要突水水源之一。为研究鄂尔多斯盆地北部直罗组地下水地球化学特征及其指示意义,借助Durov图、Piper三线图、Gibbs图、Stiff图以及主成分分析等手段,深入研究直罗组地下水地球化学特征,阐释其对直罗组与上覆含水层之间水力联系及地下水径流条件的指示意义。结果表明:自西部正常基岩区至东部风化基岩区,直罗组地下水pH以及TDS、K^(+)+Na^(+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)质量浓度均呈现出逐渐减小的趋势。直罗组地下水水化学类型存在一定差异,西部直罗组埋藏较深区域,地下水水化学类型以SO_(4)-Na型、SO_(4)·Cl^(-)Na型和HCO_(3)·SO_(4)-Na型为主,向东至直罗组基岩风化区,地下水类型过渡为HCO_(3)-Ca型和HCO_(3)-Ca·Mg型等。直罗组地下水水化学形成受岩石风化作用、交替吸附作用、脱硫酸作用以及溶滤作用的控制。氢氧同位素和水化学特征对含水层之间水力联系具有明显的指示作用,氢氧同位素、典型钻孔地下水水化学离子浓度和区域地下水水化学特征分析表明,研究区西部直罗组正常基岩地下水与洛河组、萨拉乌苏组地下水基本不存在水力联系;东部直罗组风化基岩与萨拉乌苏组地下水水力联系紧密。卤族元素Cl^(-)对直罗组地下水径流条件指示作用明显,研究区西部直罗组正常基岩地下水径流滞缓,地下水以静储量为主;而在基岩风化区,由于直罗组风化基岩孔隙、裂隙发育,储水性和渗透性明显增强,并与第四系地下水发生了强烈的混合作用,地下水径流强度大,地下水以动储量为主。

关键词：直罗组含水层水化学特征水力联系地下水径流条件鄂尔多斯盆地

渗透率各向异性对地热电池高效储能发电系统的影响

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石油科学通报 2024年第3期9卷 476-486页

作者：甘泉刘艳婷马跃强汪涛胡大伟郅胜重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071 中国华融国际控股有限公司中国香港999077

在当前能源转型的大背景下,清洁能源利用的创新技术市场日益扩大。地热电池储能发电技术有望解决太阳能、风能等可再生能源间歇性问题,受到清洁能源领域的关注。地热电池储能系统利用沉积地层中形成的低渗透率、低孔隙度的盖层和基层以... 详细信息

在当前能源转型的大背景下,清洁能源利用的创新技术市场日益扩大。地热电池储能发电技术有望解决太阳能、风能等可再生能源间歇性问题,受到清洁能源领域的关注。地热电池储能系统利用沉积地层中形成的低渗透率、低孔隙度的盖层和基层以及高渗透率、高孔隙度的中间储层实现热水的储存。这些热水创造了一个高温地热储层,已有研究表明这些储热可以高效回收,甚至可能实现长期甚至季节性的存储。在沉积结构中,其物理特征等方面存在十分明显各向异性,其中渗透率各向异性在流体的流动过程中发挥着重要作用。因此,研究渗透率各向异性对储能产能的影响至关重要。本研究利用TOUGHREACT-FLAC3D耦合软件建立了地热储能温度场—渗流场—应力场(THM)多场耦合模型,模拟了4种渗透率各向异性的情况,并分析了4种条件下热水注入和生产中热水流动路径、温度和压力的分布以及发电效率。结果表明:(1)渗透率各向异性对注采过程中压力的演变有强烈的影响,压力锋面在渗透率大的方向快速移动,而且各向异性越小,储层等效渗透率越大,注入热水需要的压力越小。(2)热水流动优先在渗透率大的方向流动,温度和压力的传播与热水流动方向一致,但是温度分布主要由流体流动的方向决定,在流动过程中热水用于加热初始环境中较冷的岩石和水造成热量损失,所以渗透率各向异性对储层温度的分布情况影响较小。(3)储层的岩石在高温热水的作用下发生膨胀,其孔隙压力恢复值随温度的升高逐渐高于储层初始的孔隙压力(12 MPa)。(4)在进行的30个注采循环结束后渗透率各向异性为1000时产生的电量最高可以达到5.2 MW。因此,在地热电池储能系统进行选取时,选择水平方向与垂直方向渗透率各向异性大的储层产能效率更高。

关键词：地热电池渗透率各向异性地热储能可再生能源数值模拟

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基于I-D-R阈值模型的滑坡气象预警

地球科学 2024年第3期49卷 1039-1051页

作者：刘谢攀殷坤龙肖常贵陈丽霞曾韬睿李烨刘真意龚泉冰陈卫群中国地质大学工程学院湖北武汉430074 西安测绘总站陕西西安710054 浙江省地质环境监测中心浙江杭州310007 自然资源部浙江地质灾害野外科学观测研究站浙江杭州310007 中国地质大学地球物理与空间信息学院湖北武汉430074 中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074 磐安县自然资源和规划局浙江磐安322300

建立滑坡灾害多维度气象预警判据和划分“网格化”预警单元能够为滑坡灾害气象预警提供科学依据.本文以浙江省金华市磐安县205个降雨型滑坡为研究对象,首先,基于平均有效降雨强度-降雨历时(I-D)阈值模型,采用普通最小二乘回归(OLSQ)和... 详细信息

建立滑坡灾害多维度气象预警判据和划分“网格化”预警单元能够为滑坡灾害气象预警提供科学依据.本文以浙江省金华市磐安县205个降雨型滑坡为研究对象,首先,基于平均有效降雨强度-降雨历时(I-D)阈值模型,采用普通最小二乘回归(OLSQ)和分位数回归(QR)划分临界阈值曲线;其次,引入当日降雨量(R),进一步优化I-D阈值模型,建立I-D-R阈值模型,采用不同参数估计方法对比不同阈值模型精度,选择最优阈值模型作为磐安县滑坡灾害气象预警判据;最后,基于降雨分布的差异性,在划分地形单元的基础上利用泰森多边形(VD)建立了乡镇级别的“网格化”预警单元.结果显示:(1)I-D-R阈值模型相比于I-D阈值模型具有更好的预警精度,且基于QR的I-D-R阈值模型效果更好,警告及以上阈值等级精度提升到50%,特别注意及以上阈值等级精度提升到88.9%;(2)采用基于QR的I-D-R降雨阈值作为磐安县51个预警单元四级气象预警(红、橙、黄、蓝)的判据,并提出相应的应急响应措施.研究成果提供了一种新的阈值模型,能够为磐安县区域气象预警提供借鉴与参考.

关键词：滑坡气象预警降雨阈值最小二乘回归分位数回归 I-D-R阈值模型工程地质

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中国近海浅层气调查研究进展

海洋地质与第四纪地质 2024年第3期44卷 183-196页

作者：段晓勇印萍谢永清曹珂仇建东李梅娜李雪中国地质调查局青岛海洋地质研究所青岛266237 中国地质调查局舟山海洋地质灾害野外科学观测研究站青岛266237 自然资源部浙江沿海城市地质安全野外科学观测研究站杭州310007 浙江省海洋地质调查大队舟山316000 中国地质大学(武汉) 武汉430074

随着海洋开发利用不断深入和全球气候变化持续加剧,近海沉积物中的浅层气(主要成分是甲烷)导致的灾害问题和可能产生的气候影响受到了进一步的关注,但目前为止对浅层气仍然缺乏系统的认识。在此对浅层气相关的主要认识进行了全面梳理,... 详细信息

随着海洋开发利用不断深入和全球气候变化持续加剧,近海沉积物中的浅层气(主要成分是甲烷)导致的灾害问题和可能产生的气候影响受到了进一步的关注,但目前为止对浅层气仍然缺乏系统的认识。在此对浅层气相关的主要认识进行了全面梳理,包括形成机理、存在形式、调查技术方法、分布特征、控制因素、主要危害等,以期为后续相关调查、理论研究和减灾防灾技术研发提供支撑。沿海三角洲平原第四纪下切河谷中充填的砂体和近海全新世细颗粒沉积物中普遍存在浅层气,以气包、分散气泡或溶解气的形式存在,近海大部分地区的浅层气主要来源于生物成因。含气沉积物的声学特性(声速、声衰减等)、孔隙水化学组成(如SO_(4)^(2-)、溶解气含量)会发生明显改变,这是支撑地球物理和地球化学探测技术应用的理论基础。浅层气的存在会改变土体力学特性,对工程建设造成较大危害;同时沉积物中的甲烷也会逸出到大气中,加剧全球变暖。基于对现有成果的总结,建议进一步加强海底浅层气形成机理、运移特性及其与气候变化的互馈机制方面的理论研究。

关键词：甲烷形成机理分布特征调查方法危害中国近海

全球变暖背景下中国海域风速长期变化趋势分析及风资源评估

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海洋科学进展 2024年第2期42卷 269-280页

作者：徐杰胡玉植李江夏朱博渊任宁丹长沙理工大学水利与环境工程学院湖南长沙410114 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114

采用第六阶段国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)数据对未来我国海域风速长期变化趋势进行分析,并评估风能资源分布的变化。研究表明SSP126、SSP245、SSP370和SSP585共四种代表性情景下,2015—... 详细信息

采用第六阶段国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)数据对未来我国海域风速长期变化趋势进行分析,并评估风能资源分布的变化。研究表明SSP126、SSP245、SSP370和SSP585共四种代表性情景下,2015—2100年东海风速呈显著减小趋势;南海海域风速随外辐射强迫的增加呈显著增长趋势;黄海、渤海地区增长趋势较弱。未来南海北部海域风功率密度显著增加,相对历史数据最大增长12%,东海则有所下降,最大降幅为11%。4种代表性情景下,近岸风能总体变化较小,随着人为辐射强迫增加呈现略减小趋势,长江口附近海域风功率密度及年均风能随外辐射强迫增加而出现较为明显下降,黄海、渤海、南海沿岸大多基本维持不变。

关键词：全球变暖 CMIP6 ScenarioMIP 风速风能趋势分析

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河流伦理建构中的八个理论和实践问题探讨

中国水利 2024年第16期 7-11页

作者：张云昌丁洋赵进勇水利部三峡工程管理司北京100053 中国水利水电科学研究院北京100038

河流伦理是河流哲学,其自然科学基础和实践基础是河流生态学。从八个方面进行了探讨:深化对水、河流、湖泊的认识,建构河流伦理知识体系;深化对当前水利工作主要矛盾的认识,充分发挥水利部门在解决“四水”问题中的基础性作用;深化水工... 详细信息

河流伦理是河流哲学,其自然科学基础和实践基础是河流生态学。从八个方面进行了探讨:深化对水、河流、湖泊的认识,建构河流伦理知识体系;深化对当前水利工作主要矛盾的认识,充分发挥水利部门在解决“四水”问题中的基础性作用;深化水工程对水生态影响的认识,调整完善水利工程布局;深化对水工程使用寿命问题的认识,高质量高水平建设管理水工程;深化对生态调度工作的认识,推进江河湖库的精细化调度;深化对河流生态系统复杂性的认识,用生态的方法修复河流生态;深化对水旱灾害的认识,对洪灾旱灾进行分级管理;深化对发展改革紧迫性的认识,推进水利工作管理体制机制的改革。提出推动河流伦理落实落地的建议,推进实现水利治理体系和治理能力现代化。

关键词：河流伦理河流生态学水利高质量发展复苏河湖生态环境

2020年西藏定日M_(W)5.6地震震源参数估计和应力触发研究

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地球物理学报 2024年第1期67卷 172-188页

作者：李琦李承涛赵斌黄勇万永革谭凯董晴中国地震局地震研究所武汉430071 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201 武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站武汉430071 湖北省地震局武汉430071 湖北省地质环境总站武汉430034

2020年3月20日青藏高原西南缘定日县发生M_(W)5.6地震,距2015年尼泊尔M_(W)7.9地震~250 km.尼泊尔地震,尤其是震后余滑是否触发了此次定日地震还有待研究.本文联合合成孔径雷达和区域地震波资料研究定日地震的破裂特征.首先利用近场形... 详细信息

2020年3月20日青藏高原西南缘定日县发生M_(W)5.6地震,距2015年尼泊尔M_(W)7.9地震~250 km.尼泊尔地震,尤其是震后余滑是否触发了此次定日地震还有待研究.本文联合合成孔径雷达和区域地震波资料研究定日地震的破裂特征.首先利用近场形变和宽频带地震波资料,通过贝叶斯自举优化算法揭示定日地震的均匀滑动模型;然后在此基础上构建断层几何模型并反演震源滑动分布.研究发现定日地震的发震断层走向~334°,倾角~51°.破裂主要集中在约2.0~5.5 km深度范围内.破裂范围~5.6 km×4.4 km,释放总的地震矩~3.33×10^(17)N·m.最大滑动量~1.27 m,发生在3.786 km深度.破裂以正断滑动为主兼少许右旋走滑分量,同区域历史地震表现出相似的破裂机制,表明印度板块向北东方向挤压欧亚板块,在藏南地区产生了近东西向的张应力.库仑应力变化研究表明,尼泊尔M_(W)7.9地震主余震和定日地区四次历史地震共同触发了2020年定日M_(W)5.6地震,其中尼泊尔地震震后2年的余滑引起的库仑应力变化占库仑应力增加总量的~40%,震后余滑在未来地震危险性评估中发挥的作用不容忽视.

关键词：青藏高原定日M_(W)5.6地震合成孔径雷达形变滑动分布尼泊尔M_(W)7.9地震库仑应力变化

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嘉兴海域主要污染物环境容量及总量控制研究

水利水运工程学报 2024年第4期 15-26页

作者：刘星璐郭江泓张亚力罗小峰路川藤南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室江苏南京210029 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122

嘉兴海域近年来海洋生态环境质量明显退化,实施污染物总量控制作为保证海域环境质量的根本措施之一,有助于嘉兴海域污染物的减排与治理工作,保障嘉兴海域可持续发展能力。基于嘉兴临近海域水动力-水质模型与现场监测结果,依据浙江省近... 详细信息

嘉兴海域近年来海洋生态环境质量明显退化,实施污染物总量控制作为保证海域环境质量的根本措施之一,有助于嘉兴海域污染物的减排与治理工作,保障嘉兴海域可持续发展能力。基于嘉兴临近海域水动力-水质模型与现场监测结果,依据浙江省近岸海域环境功能区划的水质要求,采用响应系数法与线性规划方法,计算了该海域重要排放口的化学需氧量COD、无机氮与磷酸盐环境容量,并针对削减扩容影响的总量控制措施进行计算与评估。结果表明,研究海域COD总环境容量为2.97×10^(5)t/a,仍有较大富余,而无机氮与活性磷酸盐含量均超四类海水水质标准,超过海域无机氮与磷酸盐环境容量。对现有规划进行合理的量化数值模拟,削减措施尽管减少了一部分扩容引起的COD、无机氮与磷酸盐含量的增加,使其保持平稳,但仍需继续优化污水处理能力,减少氮磷营养盐的排放。研究结果可为沿海城市陆源污染物总量控制研究提供科学依据。

关键词：环境容量氮磷营养盐总量控制 CJK3D-WEM 嘉兴海域

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