時間:2023-04-08 11:47:31
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2石油地質類型的研究進展
近年來,國內外在石油地質類型研究方面取得了一定的進展,形成一些較先進理論,如烴源巖研究、湖相層序地層學、金屬-有機質相互作用原理、基底構造對圈閉的控制等。這些研究成果指導著石油地質類型的研究方向,具有較高的石油勘探應用價值。
2.1烴源巖研究評價沉積盆地的油氣潛力,需要深入了解烴源巖的分布狀況。層序底層學方法和氣候模型都有利于判斷及預測烴源巖。首先,通過層序地層學研究,可以了解盆地演化、有機物分布、沉積環境序列之間的關系。其次,通過運用氣候模擬及地理變化知識,可以檢驗氣候資料、有機質產量及保存的對比關系;可驗證模型能否模擬一些關鍵性的變化;可評判過去及現在不同的氣候預測條件;可通過對比地質資料來進行不同階段氣候模型的修正。
2.2湖相層序地層學層序底層學發展至今,已經具有研究陸相沉積環境的趨勢,可利用鉆井相關資料,結合沉積或侵蝕間斷面以及特殊的巖相段,來確定各個湖相層序。具體來說,在海相沉積環境中,海平面變化和沉積補給是控制層序發育的兩個主要因素,而構造和氣候則影響著湖相層序的發育過程。
2.3金屬與有機質相互作用原理目前越來越多的實踐表明,金屬的沉積與有機質有關。金屬與有機質相互作用理論應用于石油勘探之中,尤其對于石油地質類型的研究意義重大。這一關系有利于勘探人員判斷出:有油氣的地方礦化作用發生的溫度,與卡林型金礦的礦化溫度相比要低很多,這有利于捕集石油的保存;尋找卡林型金礦的勘探技術適用于“卡林型”油田的發現;導致油氣遷移和捕集的熱液系統,與引起金礦化作用的熱液系統屬于同類;石油捕集和金礦化的空隙均是由熱液碳酸鹽溶解作用造成的。2.4基底構造對圈閉的可控性通過對由基底控制的油氣圈閉進行分類,可劃分20類,由此提出基底斷塊模式這一概念,即油氣圈閉大多是由一定地質環境下的基底控制。通過這一理論可以尋求油氣開發的途徑,并相應降低成本。
3石油地質類型研究的創新點
3.1可膨脹套管技術研究可膨脹套管技術誕生于80年代初,用擴管器將異型管擴張成圓形再使其依靠井壁,下入井內,至遇到水層或破碎帶而無法正常鉆入時,可達到封堵水層或破碎帶的目的。割縫膨脹管,則是90年代末由美國研制出的新型產品,具有更好的封堵破碎帶效果,同時它比異型管更容易擴徑,可減少上部井眼的尺寸及套管層數,有利于便捷解決復雜井段的井壁穩定問題。而當前,膨脹式割縫管和實體套管的開發,也已經應用于鉆井勘探工作中。
3.2新型技術研究在石油地質類型研究基礎之上,實現創新型的技術研發,可以從以下幾個方面著手:對巖石復雜構造及非均質速度建模及成像技術,儲層及流體地球物理識別技術,多次分量地震勘探技術,煤層氣地球物理技術,井地聯合勘探技術等等。技術鏈要從勘探向開發延伸,通過研究石油地質類型來全面提高石油勘探的水平。由此,多種石油勘探新技術的創新和應用,可形成一條完整的物探技術鏈條,進而提升我國的石油勘探競爭力。
2方法
2.1樣本數據
本研究中選擇的煤田地質構造復雜、煤種豐富,研究中選擇了24個樣本點,硫分分別為0.49,0.48,0.60,0.36,0.55,0.52,0.55,0.96,0.55,0.77,0.81,0.59,0.55,0.50,0.60,0.49,0.64,0.83,0.38,1.01,0.68,0.55,0.97,0.48,其中最大為1.01,最小為0.36。將煤層煤樣硫分化驗后進行插值比較,更適合對地質統計學進行插值運用。
2.2地質統計學中的插值方法
地質統計學中,克里金法占據著重要的地位,克里金法對待估樣本點內的已知數據進行測試,結合樣本點的大小、形狀及空間分布,掌握樣本點之間的相互關系,從而進行無偏估計。對于數據點較多的樣本,內插結果具有較高的可信度。
2.2.1區域變量及協方差。
研究中將(zx)統稱為呈空間分布的變量,也叫區域化變量,(zx)反映空間屬性的分布特征。為了對區域化變量的變異性進行描述,引入協方差函數。不同的兩點x和x+h處對應的不同區域化變量(zx)和(zx+h)之間的差只于兩點的空間位置有關。協方差函數cov[(zx),(zx+h)]=E[(zx)(zx+h)]-E[(zx)]E[(zx+h)]=cov(h),其中E()為均值。
2.2.2參數分析。
不同點所對應的區域化變量(zx)和(zx+h)的差的方差的一般作為(zx)在X軸上的變異函數,記作P(h),P(h)=0.5var[(zx)-(zx+h)],其中va(r)為均方差。在滿足二階平穩的條件下,P(h)=0.5E[(zx)-(zx+h)]2。樣本點的空間距離大時,相關性較小,變異性較大;空間距離小時,相關性較大,變異性較小。在實際研究中,將樣本點的空間距離按照不同等級劃分,針對不同的樣本點,求出距離的平均值和P(h)的平均值,連接(h,P(h))后得出實驗變異函數,結合最小二乘法得出理論變異函數和相關參數,后文理論數據的得出建立在理論變異函數的球狀模型和指數模型的基礎上。
3結果分析
3.1數據預處理
為了使克里金法插值滿足正態分布的要求,需對數據進行預處理,本研究中采用偏度和峰度檢驗法對分布狀態進行分析,實驗油田煤層硫分布服從正態分布,從理論上講,完全可以利用克里金插值法。
3.2插值精度比較
研究中采用交叉驗證法對插值精度進行評價。在研究變量(zx)的過程中,除去采樣點xi(i=1,2,3,…,n)處的(zx)屬性值(zxi),其他屬性值不變,根據剩下的n-1個屬性值,進行誤差分析和插值精度評價。在交叉驗證的方法中,常選用標準均方根、平均標準差、誤差均方根、平均預測標準差、平均誤差來預測總體誤差,第1項的指標越大越好,后4項指標越小越好,插值精度越高。常規插值方法和克里金插值比較選用誤差均方根和平均誤差進行,不同的克里金插值模型選用以上5項指標進行比較。
3.2.1插值比較。
在克里金法的應用中,采用簡單克里金法、普通克里金法、泛克里金法進行比較,三種方法中分別采用球狀模型和指數模型進行擬合;在常規插值方法的應用中,采用距離反比法、多項式插值、徑向基函數三種方法。
3.2.2克里金插值法之間的比較。
普通克里金法與泛克里金法的球狀模型和指數模型的平均誤差都是-0.00024和0.00183;誤差均方根分別是0.14219和0.14100;平均預測標準差為0.12921和0.12772;平均標準差為-0.00098和-0.00945;標準均方根為1.08810和1.08410。通過分析發現,球狀模型中的普通克里金法和泛克里金法各項指標相同,球狀模型中的平均誤差和平均標準差小于其他4種指標。對于誤差均方根、平均預測標準差和標準均方根預測誤差,普通克里金法和泛克里金法與其他方法差別不明顯。由此可見,在克里金插值的應用中,普通克里金法和泛克里金法的球狀模型精度最高,優于常規方法。
2滑坡解譯
2.1遙感數據源和解譯方法GoogleEarth影像在研究區的覆蓋情況較好,大部分區域有Quickbird(0.6m)、Worldview-2(0.5m)和Geoeye-1(0.5m)等高精度影像,只有少部分區域為Spot-5(5m)影像(圖2)?;陆庾g直接在GoogleEarth軟件三維視圖下進行,采用添加多邊形的方式直接進行滑坡的解譯。由于研究區面積較大,為了避免遺漏和重復解譯,全區被劃分為34小塊,逐一對每小塊進行解譯,如圖2所示。為了后期滑坡分布規律統計的準確性,將滑坡滑源區和堆積區分別用不同的多邊形表示,并賦予相同的滑坡編號。所有解譯的滑坡多邊形都放在同一個文件夾下,解譯完成后將該文件夾存為KLM格式文件,再由GlobalMapper軟件轉換為Shapefile文件。
2.2解譯標志區別于其他植被覆蓋較茂密的區域,黃土高原地區植被稀少,地表光禿,通過以下影像特征可以較容易識別出滑坡。(1)圈椅狀滑坡后壁滑坡后壁是滑坡解譯最直接的解譯標志。海原地震滑坡發生已有90多年,雖然經歷了長期的水土侵蝕和人工改造,但由于海原地震觸發的滑坡后壁都很高陡,其圈椅狀特征仍然非常明顯,在影像上呈弧狀深色調,尤其在GoogleEarth三維視圖下,較容易識別出滑坡(圖3)。圈椅狀滑坡后壁是本次遙感解譯中最主要的解譯標志。(2)影像紋理黃土斜坡在遙感影像上一般呈現與等高線平行的連續條狀紋理,滑坡位置條狀紋理會突然錯位或者中止(圖4),是識別黃土滑坡的重要標志。(3)堰塞湖大量規模較大的海原地震滑坡堵斷河流形成堰塞湖,共有43處保留至今,主要集中分布在西吉縣境內。在影像上堰塞湖呈深色調,容易識別,可以作為地震滑坡的輔助解譯標志(圖5)。
2.3解譯結果利用上述解譯標志,我們前期在研究區共解譯滑坡805處。2012年7-8月對其中473處滑坡進行了野外驗證,這473處全部被證明為滑坡。在野外調查的基礎上,我們進行了第二次補充解譯,最終確定滑坡為1000處,如圖6所示?;驴偯娣e102.6×106m2,其中滑源區總面積45.2×106m2,堆積區總面積57.4×106m2。最小滑坡面積755m2,最大滑坡面積2.3×106m2,平均面積102.5×103m2(圖7)。從圖6可以看出,地震滑坡主要集中分布于兩個區,海原縣東南部和西吉縣西南部,其中后者分布滑坡最多,約有600處滑坡分布在該區域。此外,絕大多數滑坡都分布在發震斷裂的西南側,僅有14處滑坡分布在東北側。需要說明的是,由于海原地震距離現在已經有90年,大量地震觸發的中小型滑坡由于后期自然和人為改造已經無法通過遙感解譯辨別出來,因此海原地震觸發的滑坡應該要遠遠多于1000處,本研究解譯的1000處滑坡是規模較大或后期改造較小,滑坡形態保持較好的滑坡。
2.4黨家岔滑坡和地震堰塞湖位于西吉縣城大約30km的黨家岔滑坡(35°50''''3″N,105°27''''38″E)是海原地震觸發的大規模、低角度、高速、遠程災難性滑坡的最典型代表。該滑坡為黃土滑坡,滑體由同一山脊的兩部分組成,如圖8所示。滑坡先沿著溝谷快速運移了約2km,直至溝口主河,再順主河向下游運動了約1.1km。滑坡壩堵塞主河,形成了一個長約5km,寬約400m的堰塞湖,是海原地震觸發堰塞湖中保留至今規模最大的,滑坡體積約1500萬m3。該滑坡滑源區原始坡度約20°,前后高差僅約170m,卻總共運動了約3100m,其視摩擦角僅0.05,表現出了非常大的運動性。ZhangDX等[23]通過現場調查和大量環剪試驗認為主要是由于地震過程中黃土液化和孔隙水壓力導致該滑坡具有大的運動性。
3地震滑坡分布規律
地震滑坡的分布主要受到地震參數、地質構造背景和地形地貌等因素的影響和控制。本文擬從震中距離、地震烈度、發震斷層距離、高程、坡高、坡度和坡向等參數來分析海原地震滑坡的分布規律。統計分析利用ARCGIS9.3的Spatiala-nalysis功能完成,分別將滑坡滑源區多邊形與對應參數進行疊加,統計滑源區面積在各參數內的百分比。
3.1震中距離與地震滑坡分布不同的研究人員確定的海原地震的震中位置差別較大,本文以蘭州地震研究所確定的海原縣干鹽池(36°39″N,105°17″E)為震中位置(見圖6)。利用ARCGIS9.3軟件,以5km為間隔統計地震滑坡的分布情況,結果如圖9所示。地震滑坡距離震中最大距離約140km。與大部分地震滑坡不一樣,海原地震滑坡并不是距離震中越近滑坡就越多,大部分(67%)的滑坡分布于距離震中80~100km范圍,這說明海原地震滑坡主要不受震中距離控制。
3.2地震烈度與地震滑坡分布海原地震震中位置地震烈度達到Ⅻ度,本研究解譯滑坡分布范圍為Ⅸ~Ⅻ度范圍。統計分析發現,滑坡分布密度隨地震烈度遞減,47.4%的滑坡位于Ⅸ度區,35.0%的滑坡位于Ⅹ度區,10.3%的滑坡位于Ⅺ度區,而Ⅻ度區內滑坡最少,占總滑坡的7.3%(圖10)??梢姠ⅱ葏^內的滑坡要遠遠多于Ⅺ和Ⅻ度區,而且Ⅺ和Ⅻ度區內滑坡總體上較小,這可能主要由于Ⅺ和Ⅻ度區主要為六盤山脈(見圖6),黃土厚度較小或為基巖出露。
3.3斷層距離與地震滑坡分布發震斷層矢量化于1:50萬地質圖,并根據遙感影像特征進行了局部修改,如圖6所示。以5km為間隔對地震滑坡與發震斷裂的關系進行統計,結果如圖11所示。地震滑坡具有兩個集中分布區,即0~5km(22.0%)和40~70km(66.8%)范圍,分布對應海原縣和西吉縣集中分布區,其中40~70km范圍內地震滑坡最多。兩集中分布區之間為六盤山脈,可見地震滑坡還主要受到地層巖性和地形地貌等因素的影響。
3.4高程與地震滑坡分布高程數據來源于ASTERG-DEM,ASTERG-DEM單元格大小為30m,高程標準差為7~14m。整個研究區高程范圍為1245~2992m,而地震滑坡的滑源區分布范圍為1407~2423m,且集中分布于1800~2200m高程范圍(90.3%)。
3.5斜坡高度與地震滑坡分布斜坡高度由ASTERG-DEM數據利用ArcGIS軟件計算得來,即斜坡坡底至坡頂的高程差。整個研究區斜坡高度范圍為0~496m,而地震滑坡滑源區斜坡高度范圍為0~224m,且集中分布于15~100m坡高范圍(74.0%)。
3.6坡度與地震滑坡分布斜坡坡度也由ASTERG-DEM數據利用ArcGIS軟件計算得來。整個研究區地形坡度都較小,91.6%的范圍斜坡坡度都小于20°,而地震滑坡滑源區的坡度范圍為0°~41°,且集中分布于5°~20°坡高范圍(87.9%)。
3.7坡向與地震滑坡滑向分布關系整個斜坡坡向由ASTERG-DEM數據計算得來,整個研究區斜坡坡向分布比較均勻,而地震滑坡滑向是ArcGIS軟件里逐個量取得來,二者分布關系見圖15。可見地震滑坡的優勢滑向為40°~80°和260°~330°。結合滑坡的整體分布位置,即大部分滑坡分布于震中東南方向和發震斷裂的西南方向(圖15),則地震滑坡的滑向主要是朝向震中和發震斷裂方向,這正好與汶川地震觸發滑坡的規律相反。
4討論
上述滑坡分布統計分析結果表明,海原地震滑坡的空間分布主要受高程、坡高、坡度、坡向等地形地貌因素的控制,而與距震中距離、距發震斷層距離、地震烈度等地震本身因素相關性較小。海原地震滑坡的空間分布規律與汶川地震滑坡相差較大,汶川地震滑坡主要受發震斷層的控制,可能主要是由于兩地震發震斷裂性質和觸發滑坡類型不同的緣故。汶川地震發震斷層為逆沖走滑型,而海原地震發震斷裂主要為左旋走滑型。汶川地震滑坡主要為巖質滑坡,而海原地震觸發滑坡主要為黃土滑坡。陳永明等[30]認為黃土厚度對黃土地震滑坡有重要影響,滑坡厚度越大,黃土滑坡的規模也就越大,西吉縣境內滑坡的集中分布,也可能是由于該處黃土厚度較其它地方厚的緣故。前述研究表明,海原地震滑坡普遍發生在坡度較緩的斜坡上且運動距離較遠。許多研究人員都試圖對其機制進行解釋。袁麗霞[22]對西吉縣境內的滑坡進行了調查和室內試驗研究,認為由于非飽和黃土中大量孔隙的存在,地震中地下水位迅速上升,導致孔隙水壓力陡增,在地震作用下,黃土瞬間液化導致低角度高速遠程滑坡的發生。在遙感解譯中,我們發現位于固原縣西北約14km的石碑塬滑坡黃土液化的特征最為明顯(圖16)。該滑坡原始坡度非常緩,只有2°~5°,其滑動距離則達1500m。圖16顯示滑坡表面呈排列整齊的波浪狀,液化流動特征非常明顯,是黃土液化的重要證據。
2結果
2.1滑坡泥石流災害分布與暴雨關系從圖1中可以看出滑坡泥石流災害點主要分布四川省中部和東部地區,沿四川盆地邊緣分布,在龍門山一帶較為密集。大多數位于年均暴雨日數2~4d這一區間內。其中約有77%的災害發生在2~4d這一區間內,50%分布在3~4d區間內,而這一區間的災害點又呈線狀沿龍門山斷裂帶分布,位于四川盆地與川西高原的交界處。這一片區域內的災害都是發生在汶川地震之后,且處于汶川地震X度區內,這種分布特征顯示了滑坡泥石流災害同時受降雨與地震烈度的影響。由此可見,滑坡泥石流災害發生不僅與暴雨有關還與地震有關。
2.2降雨指標主成分分析基于TRMM數據提取出災害發生前30d的降雨量,前15d的降雨量,前3d的降雨量和當天降雨量,應用Crozier在1986年提出的有效降前期降雨量公式來計算有效前期降雨量。CARx表示第x天的有效前期降雨量;P1表示x天前一天的日降雨量;Pn表示x天前n天的降雨量。K為衰減參數,是一個經驗常數,一般在[0.8,0.9]這一區間取值。在本文中,參考前人的研究經驗取K值為0.8[34-35]。一般來說,有效前期降雨量的時長尺度可以選擇3,5,10,15,30d[36],也有學者根據研究區的不同而選擇其他類型的時長尺度。本文選擇了30d、15d、3d這三個前期降雨時長為指標。以前30d、前15d、前3d、當天、以及臨界降雨過程雨量為參數,五個因子的相關系數矩陣(CorrelationMatrix)經Bartlett檢驗結果為:Bartlett值等于372.950,P<0.0001,表明相關系數矩陣不是一個單位矩陣,故可以進行因子分析。應用主成分分析,結果如表2所示。KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗是用于比較觀測相關系數值與偏相關系數值的一個指標,其值愈逼近1,表明對這些變量進行因子分析的效果愈好。本文中的KMO值約等于0.7,表示因子分析的結果一般,處于可接受的水平。在解釋的總方差中,第一主成分和第二主成分的累積貢獻率達到84.714%,且第一主成分和第二主成分的特征值都大于1,即可以用這兩個主成分來解釋滑坡泥石流災害。從表2中可以很明顯地看出,以前30d、前15d、前3d為代表的前期有效累積降雨量對滑坡泥石流的作用影響較大。根據計算結果可將滑坡泥石流的主要影響因素分成兩類:前期降雨和短歷時降雨。在影響滑坡的降雨因素中,短歷時降雨和前期累積降雨量都是重要影響因素,對不同的地區而言,兩個因素的主導地位也是不一樣的。崔鵬等的研究表明,前期降雨是影響云南省昆明市東川區蔣家溝泥石流發生的最重要的因素,在所有降雨指標中貢獻超過80%。馬超等通過對比汶川地震后泥石流和臺灣集集地震地震后泥石流的特征,將強震后泥石流分為前期雨量控制型和短歷時降雨控制型。從圖2中可以看出,滑坡泥石流災害發生的當天和前期降雨之間的關系可分為兩類:①是前期雨量少,當天降雨量高;②是當天降雨量少而前期累積的降雨量多;其中第二類的占了絕大多數。這表明了前期降雨充足的情況下,只需要不多的當天降雨就能引發滑坡泥石流災害,也說明了對滑坡泥石流災害來說,前期降雨的影響作用是相當大的。這與主成分分析的結果一致。
2.3降雨閾值分析1980年NelCaine列舉了世界范圍內73次導致淺層滑坡和泥石流的降雨持續時間和強度。率先提出淺層滑坡和泥石流的全球降雨強度———歷時(ID)閾值[39]。此后學術界陸續提出了不同范圍尺度(地區、區域、全球)的降雨閾值。降雨閾值可以通過研究降雨作用于邊坡的物理過程或基于歷史資料或統計數據的經驗性公式得到。以滑坡為例,研究降雨引發的滑坡一般有兩種途徑:①是基于歷史數據的統計分析方法,研究降雨和滑坡的相關性規律;②是研究降雨入滲引發滑坡的物理過程,對邊坡穩定性進行力學分析并建立相應的分析模型?;诮y計資料的滑坡降雨閾值研究,數據客觀易得,不需要復雜嚴格的數學推導和物理過程研究,分析結果簡單直觀,應用方便,因而發展較為成熟;而就第二種途徑來說,降雨引發的邊坡失穩,過程復雜涉及的參數眾多,降雨過程中產生的地表水滲透到巖土體中增加了坡體的自重,增大了孔隙水壓力,使處于極限平衡狀態的坡體發生滑動;地表水進入地下轉變成地下水會浸泡軟化滑動面,降低坡體的抗剪強度。模型需要的參數眾多,當研究區范圍較大時,很難得到精確的數據;而且模型在研究區之外的其他地區應用也具有局限性。經驗型降雨閾值一般是在笛卡爾坐標,半對數或對數坐標里,以導致滑坡發生的降雨條件作為橫縱軸參數,以數據分布的下部界線作為閾值,結果直觀易懂?;谶^程降雨分析,得到的可能或不可能引發滑坡降雨的閾值主要有四種類型:①降雨強度-歷時閾值(ID);②使用平均年降雨量(MAP),全年雨天平均降水量(RDN)或其他參數進行規格化的閾值;③過程累積雨量-歷時(ED)閾值;④過程累積雨量-降雨強度(EI)閾值。其中第一種類型是應用最多的一種。本文利用歷次災害發生的降雨過程雨量和雨強,對56次地質氣象災害進行了降雨閾值歷時分析,并與其他學者所做的其他區域閾值進行對比。為了減少地區間的差異,方便作對比,用各地區的年平均降雨量(MAP)對降雨強度進行規格化,結果如圖3、圖4所示。從圖5中可以看出,四川省的閾值曲線高于鄂西地區和全球的,但是低于福建、臺灣省和文家溝地區的,與浙江省的近似但是略低于。浙江、福建、臺灣地處東南丘陵沿?;驆u嶼,年降雨量和年極端降雨量均比較大,又時常遭受臺風影響;而鄂西地區以及全球的降雨量相對來說比較小。由此可見,年降雨量和年極端降雨量大的地區觸發滑坡的降雨閾值高。文家溝地區在整個四川省來說,年降雨量,年均暴雨特大暴雨日數并不突出,降雨閾值數據來源于地震后的五次泥石流事件,因而此閾值的高低直接反映了地震對滑坡泥石流的影響。
2.4地震前后閾值對比從圖6、圖7中可以明顯地看出地震后的閾值低于地震前的降雨閾值。強地震對斜坡穩定性的影響是長期的,主要表現在地震會造成區域內固體松散物質增多,山體穩定性變差。地震后地理環境因素的變化會導致震后區域更脆弱,更易受到地質災害的威脅。因而,較低的降雨量或降雨強度就可能引發更嚴重的地質災害。以汶川強震區為例,研究認為至少在近10年內,滑坡和泥石流活動趨勢是強烈的,之后地質條件將逐漸趨于穩定[53];也有學者認為汶川地震對當地地質災害的影響將持續20~25年;雖然一些研究結論所得到的汶川地震后地質災害活動持續時間長短有別,但是毫無爭議的一點是汶川地震后,地質災害活動將在一段時間內處于活躍時期,長期的總體趨勢是回歸正常水平。對1923年關東大地震和1997年的集集地震的研究同樣也得到類似結論。謝正倫和范正成的研究則認為由于地震影響,震后泥石流的激發雨量有一個先降低后逐步回升至接近正常水平的趨勢。地震后地質災害活躍度提高主要體現在滑坡泥石流所需的降雨條件降低。以都江堰龍池地區為例,該地區在汶川地震前,幾乎沒有過泥石流的記錄;然而在2010年8月13日該地區暴發了大規模的群發性泥石流。對氣象資料分析顯示,2010年8月13日的1h降雨強度為20年一遇型。臺灣集集地震后,陳有蘭流域的泥石流爆發臨界雨量相對于震前降低了2/3,而汶川地震后,北川縣泥石流暴發的前期累積雨量降低約14.8%~22.1%,小時雨強降低了約25.4%~31.6%。汶川地震后,綿竹清平鄉的地質災害群發的降雨閾值降低了59.15%,泥石流暴發所需的強降雨時間縮短,啟動泥石流的臨界雨量降低[66]。
2水文地質對煤田地質勘察產生的影響
2.1地下水對基礎埋深產生的影響
基礎深埋應當根據地表水、地下水以及地下水埋藏的具體要求來進行確定,如果存在地下水問題,基礎底面應當置于地下水之上;如果基礎底面只能埋藏在地下水下的話,務必做好排水降水的相關措施,以免出現鋼筋水泥的腐蝕。在埋藏有承受水壓、包含地下水層的地方,在進行基礎埋深時對于承壓水的因應當充分考慮,以防在后續挖地基時出現承壓水沖出的狀況。
2.2地下水壓力作用引起的巖土危害
受開礦等人為活動的影響,地下水的壓力平衡會受到破壞,導致局部產生大的壓力,如果遇到粉土層,就很容易引起流砂、管涌等現象,從而造成基礎變形、位移等現象,甚至會造成邊坡失穩,因此工程安全施工事故,對工程項目的順利施工造成嚴重的影響。所以要求勘察人員認真分析人為活動帶來的地下水壓力變化狀況,并制定合理的防范措施,保障施工安全。
3工程勘察中發揮水文地質作用的有效對策
3.1建立健全完善的施工管理制度和技術
首先應當建立完善的管理制度,熟練掌握地質勘察的具體流程以及施工目的,帶動水位地質勘察工作朝著標準化和規范化的方向邁進;其次,對于地質勘察中運用的施工技術應當高度重視,根據相關規章制度做好勘察準備工作,布置好施工勘察的位置,不斷提升勘察水平,整理好勘察數據和資料,數量掌握信息技術的運用,對結果的準確性有明確的把握,能夠更好地指導施工。
3.2促進工程勘察操作流程的規范性
在地質勘察之初,對于施工人員和各種儀器設備都應進行合理的安排,勘察計劃的編寫應當明晰,保證勘察工程的任務被具體下達。水文地質的勘察應嚴格按照規范流程進行,現場的數據記錄在案。遇到地質條件復雜的狀況,應當多方進行分析研究,綜合運用多種方法,保證結果的準確,指導地質勘察施工的順利開展。
3.3不斷提升工程勘察人員的綜合素質和專業技能
煤田工程勘察技術人員的素質高低和技能專業程度在很大程度上對勘察結果的準確性產生著影響,所以加強勘察隊伍建設意義重大。必須建立一支高素質的勘察隊伍,人員不僅能夠勝任工作,還能滿足每一項的操作規范及要求,盡可能降低違章事故的發生??辈靻挝辉谶@方面起著引導作用,所以應當建立完善的人員培訓管理制度,定期或者不定期對技術人員進行技能培訓與考核,將考核結果與其績效相掛鉤,促進員工學習先進的積極主動性,在履行好自身職責的前提下,保障水文地質勘察工作的有序開展。還應當數量掌握計算機的操作,提高工作效率,用計算機對各種數據進行處理,對于勘測精度也是有效的提升。
(2)地下水位下降帶來的危害。我國屬于多地形多氣候環境,很多地區都缺水嚴重,地表水不足,地下水位明顯下降,從而導致整個地質結構發生變化,這些是由于氣候干旱帶來的水位下降,從而影響了巖土層,影響施工操作;同時,還有一些水位下降是由于地表一些工廠施工,抽取了大量了地下水,造成地下水位明顯下降,也會直接危害到后續的建筑施工,從而使得水源越來越少,環境受到嚴重威脅,建筑工程受到阻礙。
(3)地下水位影響巖土結構帶來的危害。水文地質變化是影響巖土結構的主要因素,而且這種變化是沒有規律的、隨機的,地下水位如果忽高或者忽低,就容易造成巖土結構發生變形,導致地表開裂,對建筑物帶來損害,水位上升時,巖土結構變得松軟,強度低,使得低沉易于壓縮,這就會造成建筑物下沉和變形;而數位下降時,巖土結構就會變得堅硬,強度增高,使得地基隨之而下降,從而造成地表建筑下沉,遭到損壞。
2解決水文地質帶來的危害的具體措施
(1)對地下水位變化危害的解決措施。地下水位的上升和下降都會直接影響巖土結構,影響水源分布,進而影響了建筑物地基的穩定性,所以,在工程地質勘察中,要高度觀察地下水位的變化,結合周圍環境和氣候的變化,密切注意巖土層隨地下水位變化的規律,從而制定出切實可行的預先規劃和施工方案,對發生意外的情感做好預測措施,使得建筑物所承受的危害降到最低。
(2)水源性質危害的解決措施。在實際的水文地質勘察過程中,地下水由于會和巖土結構發生相互作用,從而影響巖土層的含水量,使得巖土結構發生變化,進而對建筑物帶來安全隱患,所以,在勘察時,要注意定期的對地下水進行取樣和監測,使得巖土含水量變化可以更好的被監測,對地下水進行綜合的分析,得出可靠的數據,以便于可以第一時間發現問題,從而做出正確的解決措施,降低安全隱患。
(3)評價機制不足的解決措施。完善的水文地質評價體系可以提高勘察質量和水平,所以,勘察部門要提高工作人員的技術水平和責任意識,不斷完善工程勘察的評價機制,從而提高管理水平,使得水文地質勘察工作更為高效和準確,對地下水位的監控更為嚴格,確保對各類問題可以做出正確的預防和解決措施,從而有助于建筑工程的施工規劃,提高建筑工程的穩定性。
(4)地下水性質變化的解決措施。在勘察過程中,對地下水自身的性質分析也是非常重要的,地下水的PH值、硬度等相關因素的變化,也會對巖土結構和建筑工程帶來一定的危害,為此,必須要對地下水的性質做出準確的分析,找出性質變化與巖土結構變化的規律,及時發現問題,確保將風險降到最低,全方位的保證建筑施工可以有序開展。
促進地質檔案資料開發利用的有效途徑。2007年,省地質資料館自主研發了“江蘇省地質檔案資料電子閱覽室系統軟件”,建成電子閱覽室并對外開放。該系統投入應用,一是提高了用戶資料查閱利用效率與地質檔案資料的利用率;二是系統能自動識別屏蔽保密與受保護的地質檔案資料,強化了借閱審核,杜絕人為疏忽,提高了地質檔案資料合規借閱保障程度;三是通過借閱憑證查閱權限的設置,實現了按檔、按件、按頁定密提供查閱利用運行模式的自動切換,方便快捷地擴大了公開利用的信息量;四是在用戶打印收集的地質檔案資料上加蓋具有追蹤意義的水印,提高了檔案資料合規、合法利用的監督力度;五是多目標、多時段自動統計分析功能,極大地提高了檔案資料利用情況統計分析水平;六是檔案資料查閱利用與管理過程實時監控記錄功能,提高了地質檔案資料安全利用保障程度??傊?,該系統投入應用實現了江蘇地質檔案資料查閱利用方式現代化變革,為實現地質檔案資料利用管理模式由傳統的按檔定密提供利用,向按頁定密提供利用的轉變提供了支撐。該項成果榮獲江蘇省國土資源科技創新二等獎。2.率先建成開通了提供全文在線閱覽服務的省級地質資料館網站為了拓展服務時空,2005年初,江蘇省地質資料館以主動服務、便民服務和大力宣傳館藏內容為指導,開展了省地質資料館網站建設工作,并于同年12月23日上線運行,實現了地質檔案資料在線服務由目錄查詢向內容查閱的飛躍與突破。2008年初,又以資料查閱的新窗口、業務信息的新渠道、業務交流的新橋梁、業務學習的新課堂、政府決策的新支撐、企業投資的新顧問、公眾信息服務的新平臺、檔案資料政策宣傳的新陣地等“八新”為目標,開展了網站改版升級工作。新版網站于同年10月20日正式上線運行。其中,“目錄查詢、新檔介紹、全文閱覽、網上展廳”等核心欄目,較好地展現了檔案資料館藏機構“藏、展、閱”三大基本功能,并被網民評價為有著“秀才不出門便知館中事”之功效。在全國地質資料網絡化服務體系建設評比中獲第一名。
建立了以主動服務為核心思想的檔案資料
1.2滑坡形成機制泥巖構成了礦區山體的軟弱結構面,而造成軟弱結構面應力集中以致破壞的基本條件是:(1)軟弱結構面有一定的坡度(5°~12°,平均9°),并傾向臨空面,且臨空面的坡度(老滑坡滑動之前的天然斜坡坡度應在20°以上,目前滑坡體地面平均坡度為16.7°)大于軟弱結構面的坡度。(2)泥巖、特別是厚層泥巖具有良好的隔水性能,地下水遇到厚層泥巖被隔擋,在泥巖面滯留,使軟弱結構面被軟化,抗剪強度降低。2005年礦山企業在該滑坡體上挖方削坡修建了辦公樓和廠房,并堆存了大量的煤矸石,擾動了老滑坡,破壞了滑坡的天然平衡,使滑坡穩定性降低,進入雨季之后,在長時間降雨條件下,滑坡開始復活。
2滑坡治理的主要工程措施
2.1抗滑樁工程在辦公建筑、副井井筒南側布置一排抗滑樁(共25根)。采用鋼筋混凝土矩形樁,樁頂標高846.0m,斷面尺寸為3m×2m,樁中心距4.5m,樁長25m,樁身混凝土為C30。抗滑樁樁頂一般低于現地面1.5~3.0m左右。受荷段10~13m,錨固段約12~15m,符合《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T0219-2006)要求。
2.2錨索根據初步設計及離柳焦煤集團決定,考慮到地質不確定性因素的特點,為增強抗滑樁的穩定性,在抗滑樁中間增加錨索,共設計錨索24根。
3滑坡變形監測本滑坡
目前處于蠕動變形階段,需在抗滑樁施工過程中監測滑坡位移情況,查清滑坡的穩定性,確保施工過程中滑坡的安全,以檢驗抗滑治理效果,監測抗滑樁質量及使用期間的安全性。變形監測主要通過2種方式進行,一是對副井井筒錯縫間距進行監測,二是在滑坡體上選擇具有代表意義的監測點進行監測,在滑坡體外地質穩定地段選擇一個基準點、一個后視點,在滑坡體上選擇9個變形監測點采用高精度全站儀進行觀測。根據副井井筒位移記錄,實施抗滑樁工程前2013年4月22日井筒初始位移為0.63m,到2013年7月10日,井筒位移為0.64m,增加10mm。從2013年7月10日到2013年9月5日,井筒無變形。從2013年4月22日準備實施抗滑樁工程至2013年9月5日抗滑樁主體工程基本結束,運用高精度全站儀對滑坡體上監測點進行了持續觀測,觀測頻率每周一次。在抗滑樁施工前監測點初始位移量最大,分別為1054mm、963mm,監測點初始位移量為810mm,數值也很大。在實施抗滑樁工程后,監測點滑動速率顯著下降,特別是監測點,抗滑樁施工前后位移變化量分別為7mm、10mm,在個監測點中位移變化量最小,而且比其余監測點位移變化量小很多,說明抗滑樁工程的實施有效地降低了滑坡的蠕動速度,保證了抗滑樁南側滑坡體的穩定以及其南側滑坡體上辦公樓和工業建筑的安全。另外也說明,抗滑樁北側滑坡體還有剩余的下滑力。監測點由于緊鄰東側抗滑樁,滑動速率相對較小,位移變化量為29mm;監測點處于滑坡主滑方向上,其初始位移量最小,在滑坡東部實施抗滑樁工程后,由于受力驟然增大,滑動速率顯著增加,位移變化量為53mm;監測點位于滑坡西部邊緣一帶,與東部抗滑樁工程處于一條直線上,抗滑樁施工前后,其位移變化量為58mm,位移變化量最大;監測點處于滑坡前緣,位移變化量介于30~50mm之間。
2.儲集層儲集層在地殼中分布廣泛且集中,成為儲集層包括兩個條件,一是必須具大量的孔隙,能夠效地容納流體;二是必須能夠使流體在儲集層中流動,同時具備過濾流體和滲透流體的能力。儲集層主要包括碎屑巖類、碳酸鹽巖類、火山巖、變質巖、泥巖等。
(1)碎屑巖儲集層碎屑巖儲集層由砂巖和礫巖構成。目前地質界發現的最重要的儲集層是碎屑巖儲集層,目前發現的新生代陸相盆地、中生代陸相盆地大多屬于碎屑巖油氣儲集層。
(2)碳酸鹽巖儲集層碳酸鹽巖的主要成分為:石灰巖、白云巖、生物碎屑灰巖等。碳酸鹽儲集層主要分為孔隙、溶洞和裂縫。孔隙近乎等軸狀,主要是指顆粒間形狀細小的空隙;溶洞是孔隙經過溶解后擴大后的結果。孔隙和溶洞又可統稱為孔洞??锥匆环矫婵梢云鸬接蜌鈨男Ч?,另一方面也作為流體的通道存在。裂縫就是伸長的儲集孔隙,能夠儲集一定數量的油氣,起到流體通道的作用。
3.蓋層蓋層指的是防止油氣上溢并封隔儲集層的巖層,能夠及時阻礙油氣溢散。儲集層周圍的蓋層的好壞也可以影響儲集層的保持時間和聚集效率,蓋層的分布范圍和發育層位直接影響到油氣田的位置和區域。所以,對蓋層的勘察也是石油勘探的重要依據。蓋層巖石主要包括鹽巖、泥頁巖、致密灰巖以及膏巖等,其主要特征就是孔隙度極低,對于流體的滲透明顯的抑制作用。
二、區域特征分析
(1)大陸邊緣區域大陸的邊緣因為地殼的運動,形成了成藏的絕佳條件。地殼的運動導致了膏鹽層的發育,形成了儲蓋層的組合。些大陸的裂解之后,逐漸發育成為富油氣區。在對深水中的沙礫碎屑結構的研究發現,砂質碎屑流比濁流沉積形成的砂體范圍更大、分布更廣。
(2)克拉通正向構造區域克拉通大型正向構造是長期發育的古代隆起,其圈閉和構造發育較早,持續接受烴類供給,使得后期成為烴類聚集的指向區域,從而構成了生烴排聚和圈閉組合。此外,由于大型的古隆起具特殊地形地貌,同時還能夠為地層尖滅帶和淺水高能沉積相帶的發育提供利條件。通過后期暴露遭受剝蝕和淋濾等沉積和成巖作用的控制進而形成了優質儲集層的發育和分布。
(1)制定安全防護,進入實驗間必須穿工作服
制樣時,操作人員須戴好口罩及防護眼鏡,操作酸堿時,必須戴橡皮手套,防護眼鏡,穿好耐酸服。從事有毒、有害物質操作人員須定期進行專項體檢,按月發放保健費。從事X衍射、陰極發光、熒光分析、測試、鑒定和實驗等人員均應遵守GB4792的有關規定。嚴格執行試驗室安全操作規程,嚴禁違章操作??扇嘉镔|及有機溶劑不可放在電爐、酒精燈及其他火源附近。嚴禁氧化劑與可燃物一起研磨。水銀漏失,應盡快回收,然后在殘跡處用硫磺粉處理。產生有害氣體或刺激性物質的化學反應,必須在通風櫥內進行。吸取酸、堿和有害的溶液,必須使用吸耳球。腐蝕性物品及易燃物品不能在烘箱內烘烤。有毒溶劑和廢液,酸、堿等腐蝕性溶液,不能倒入水槽和其他室外場地,應遵守GB4281的有關規定。化學試劑必須有標簽,化學試劑要按危險性和非危險性加以分類,專人保管。劇毒藥品及貴重物品必須有保管使用制度,設專柜加兩把鎖存放。由兩人保管,使用時嚴格登記準確稱量?;瘜W試劑要存放于陰涼、通風場所,注意防火、防潮及防日曬。潮解、風化性試劑用畢后,除個別試劑可置于干燥器內,應立即用蠟或火漆等封口。腐蝕性溶液不可放在儀器間,必須有專門存放地點。濃氨水不可與酸類混在一起存放。藥品、試劑庫房必須符合防火、防爆、防潮、防震、通風等要求,庫內嚴禁吸煙。放射性藥品和標準源應在鉛室存放。經常檢查易燃易爆壓力容器是否泄漏,發現問題及時處理。搬運時嚴禁摩擦,碰撞。易燃易爆壓力容器要按有關規定定期試壓,不能使用不合格或過期未檢的容器。壓力容器上安裝的各種計量儀表必須每年校驗一次,不合格的絕不能使用。必須了解壓力容器的標志,專用氣體的壓力容器不能裝另一種氣體,壓力容器的儀表不能混用,儀表上不能沾有油漬。壓力容器存放必須符合有關技術規程要求,并要遠離火源和熱源,遠離實驗場所,存放在陰涼、通風、干燥地方。啟封盛裝易燃易爆液的容器時,操作人員要穿戴好防靜電防護服、手套等,嚴禁使用能產生火花或靜電的工具。各種氣瓶必須分類保管,氫、氧、乙炔瓶嚴禁存放在一起。高壓氣瓶要遠離火源和熱源,避免曝曬和強烈震動。氧氣瓶及可燃氣的氣瓶與明火的距離不小于10m,存放地點距樓房3m以遠。嚴禁混用高壓氣瓶的減壓閥。高壓氣瓶和減壓閥試壓檢驗應遵守GB3864的有關規定。各種氣瓶使用時,瓶內余壓不能低于0.1MPa,嚴禁用盡。在搬運與存放高壓氣瓶時,必須擰緊氣瓶上的安全帽。隨試驗工序變化及時關閉試驗用水。經常檢查用水膠管是否老化。遇停水及時關閉水源。燃氣器具點燃后,操作人員不準離開崗位,離崗時必須關閉所有燃氣器具。使用人員必須熟悉各種氣體的氣瓶顏色及字樣顏色,發現異常嚴禁使用。實驗間應符合配電、用電要求,不準超負荷用電。符合安全技術規范要求,嚴防室內漏電,接地線符合儀器要求。對單相負荷500W以上,三相負荷1000W以上的設備要固定使用電源插座,不宜隨意改動。儀器必須斷電方能檢修,檢修過程中應在配電盤和有關電源插座處裝有明顯標志。照明和生產用電線路,要嚴格分開,配電間須有自動跳閘安全裝置。每個實驗間應配備2~3只滅火器和10kg滅火砂。實驗室內嚴禁吸煙和非試驗用火。使用可燃氣體的實驗間,應采用防爆型電源開關及照明燈具。
(2)制定了“實驗室HSE工作職責”、“主任工作職責”、“書記工作職責”、“副主任工作職責”、“油氣相態研究崗工作職責”
“巖石物性崗工作職責”、“巖礦鑒定崗工作職責”、“掃描電鏡崗工作職責”,“粒度崗工作職責”,“巖石制片崗工作職責”、“孔隙結構崗工作職責”、“滲流特征崗工作職責”、“巖心管理崗工作職責”。合理安排每一項實驗工作計劃。編制實驗項目設計方案,強化標準化實驗工作與安全風險管理體系有效結合,組織措施、技術措施、風險預控措施、安全措施落實到位,實驗工作服從安全質量標準化要求。現場實驗工具定置擺放整齊,實驗試區域劃分清晰、標志標識齊全、臨時接線不亂拉、雜物不亂丟、現場保持清潔整齊。各崗位嚴格執行工作職責,嚴把質量及安全關,使現場實驗人員清晰掌握危險點和安全措施,確保設備和人身安全。強化現場實驗工作標準化和規范化,實現從“結果控制”到“過程控制”,實驗現場秩序更加規范,保障事故預防機制,實現本質安全。
二標準化安全質量在實驗中心的發展
從發展的觀點看,安全質量標準化具有繼承性、規范性、科學性、系統性和創新性的特點。與以往傳統意義上的實驗室管理相比實驗室管理標準化具有以下優點:
(1)突出了“以人為本、預防為主、安全第一、”的方針。
(2)強調實驗室安全實驗工作的規范化在與國家實行的實驗室“計量認證”融合后充分體現了管理的、科學化、標準化、制度化。
(3)把安全與質量、健康與環境作為一項完整的體系進行管理。充分了體現安全、質量與健康、環境之間的統一性。
三實驗室“標準化管理”的提升與實施
(1)完善實驗室的“標準化管理”管理體系,是打好實驗室標準化管理的基礎。建立系統的符合實驗室特點的標準化的體系文件是實驗室安全質量標準化管理的基礎性工作,是開展安全質量標準化和搞好安全實驗工作的前提。包括體系管理文件、各項規章制度、標準規程、員工培訓教育制度等。