主要研究内容、方法及技术路线 研究方法、技术路线和研究内容

研究目标、研究内容、技术路线及工作流程~

1.4.1 研究目标
通过对宝鼎盆地晚三叠世含煤岩系岩石学、沉积学、层序地层学及聚煤作用的研究，分析内陆断陷盆地含煤岩系煤炭资源形成条件; 建立深部煤系高分辨率层序地层格架以及精细聚煤作用模式; 提出煤炭资源赋存规律，揭示不同沉积体系和层序格架内主要可采煤层的分布规律以及煤岩、煤质变化特征; 为深部煤炭资源预测提供科学理论依据。
1.4.2 研究内容
针对上述研究目标，选择扬子准地台西缘宝鼎盆地晚三叠世含煤岩系有代表性的露头、钻孔剖面，进行精细沉积相、测井相分析，建立高分辨率层序地层格架，并分析该格架下的岩相分布模式。在此基础上，分析盆地基底沉降、沉积环境和可容空间变化与聚煤作用的关系，探讨高分辨率层序地层格架下主要可采煤层分布规律、煤岩煤质的变化特征等，为深部煤炭资源预测提供科学依据。
具体包括以下几个方面:
1) 陆相盆地成煤理论———分析含煤岩系精细沉积模式及煤炭资源聚集模式;
2) 矿区深部及外围隐伏区煤炭资源预测方法———建立有预测功能的深部等时层序地层格架及该格架下的岩相分布模式;
3) 煤层煤岩煤质的形成条件———研究高分辨率层序地层格架下深部主要可采煤层分布规律，主要可采煤层煤岩、煤质的变化特征。
1.4.3 技术路线及工作流程
针对煤炭资源的特性，采取岩石学、煤岩学、沉积学、层序地层学、构造地质学、盆地分析等多学科相结合的研究思路，遵循 “广泛收集利用现有资料-野外地质调查-采集代表性样品-有选择性地测试分析-多源信息复合-建立地质模型-有利勘探区预测”的工作流程 (图1.2) 。从典型露头剖面、钻孔剖面精细研究入手，通过层序格架下沉积环境的精细对比分析，全面揭示煤炭资源形成的地质条件和控制因素。具体包括以下内容:

图1.2 研究技术路线Fig.1.2 Diagram of the working flow

(1) 资料收集与分析
广泛收集煤炭、地矿、石油、院校等系统对攀枝花地区的研究成果，以及区域构造、沉积、地球物理和地球化学资料。从煤炭资源特性的角度进行整理分析，以便充分利用已有研究成果。
(2) 野外地质工作
在认真分析现有资料的基础上，有针对性地开展野外地质调查工作。选择大箐向斜两翼典型的露头剖面及向斜深部钻孔岩心剖面进行详细的沉积特征描述及沉积相分析，包括岩矿、结构、构造、古生物及痕迹化石、砂体和古水流、煤岩煤质等沉积特征的描述，重点描述煤层、下切谷砂体的测井曲线表现特征。在野外进行必要的沉积体系的沉积相分析，鉴别层序地层关键界面 (层序界面、湖侵面、最大湖泛面) 以及沉积序列和沉积旋回等，建立单柱状层序地层格架，划分不同级别的层序，并对准层序和体系域作初步划分。
(3) 室内资料整理、编图
室内工作包括室内测试及图件编制。室内测试包括砂岩薄片鉴定、煤岩鉴定及反射率测定、煤工业分析 (灰分、硫分及灰成分测定) 等; 并用镜惰比、GI (凝胶化指数) 、TPI (结构保存指数) 、灰分、硫分等指标建立煤相序列，分析煤质变化及原因。对钻孔测井曲线进行测井相和沉积相分析，结合野外露头和钻孔岩心描述，建立工作区沉积体系、沉积相及沉积模式。
室内编图工作包括绘制单剖面沉积相和层序地层柱状图、剖面沉积相及层序地层断面图，建立区内晚三叠世高分辨率层序地层格架，以层序为单位绘制单因素等值线图及岩相古地理图以及煤层厚度及煤质指标变化图; 同时提出基于断陷盆地背景及高分辨率层序地层格架的聚煤模式，分析煤层的分布规律及其与盆地基底沉降、沉积环境、可容空间变化的关系，对比分析不同古地理背景、不同层序、不同体系域中的主要可采煤层聚集特征，及煤岩、煤质的变化规律。
(4) 综合分析研究，对研究区煤炭资源分布规律进行预测
以实测资料和收集的资料以及编制的各种图件为依据，系统分析沉积体系、层序格架内主要可采煤层、煤岩、煤质的发育特征; 建立断陷盆地聚煤与盆地演化关系的模式; 结合聚煤期岩相古地理演化，最终对研究区煤炭资源有利勘探靶区进行预测。

通过地质、地球物理、地球化学等综合分析及地质观测和数值模拟相互印证，以盆地演化、流体输导格架和圈闭发育史等成藏背景研究为基础，从深部油气成藏要素和成藏条件等方面研究准噶尔盆地中部侏罗系深层的油气成藏机理及其有利成藏环境。具体的研究内容主要包括以下几个方面：
(1)深层砂岩成岩演化的特征及其影响因素
1)成岩作用分析：在沉积微相的基础上，通过薄片观察、X-衍射、流体包裹体测温等实验手段，研究成岩作用的序列和时间。
2)深部优质储层的发育机理：通过研究砂岩的成岩作用阶段、盆地流体的活动、深部储层的发育机理，综合研究深部优质储层的发育机理及分布规律。
(2)超压的特征及发育机理
1)超压的特征：通过地震、测井等技术方法，研究准噶尔盆地中部侏罗系的超压特征及类型。
2)超压的形成机理：在详细研究区域地质特征和超压发育机理的基础上，通过精细的盆地数值模拟和物理模拟研究准噶尔盆地中部超压的发育机理。
(3)油气成藏机理分析
1)油源分析：详细分析原油的有机地球化学特征，研究其来源，为油气成藏机理的研究奠定基础。
2)油气成藏的有效能量配置：综合利用实测压力、测井和地震压力分析技术，刻画盆地深部的地层压力结构，研究油气聚集区与烃源灶的能量配置关系、深层油气储层与盖层的关系。
3)油气成藏历史分析：①通过地层水和成岩矿物的稳定同位素示踪：通过测定地层水、不同期次成岩矿物的氢、氧同位素，研究不同期次流体的来源；②流体包裹体分析：测定流体包裹体的均一温度，确定不同期次充注的地质时期。

1. 3. 1 研究内容

根据课题研究的需要，本书的研究重点是斜坡演变的内外动力作用机制及成灾危险性评价，选择的示范研究区为金沙江虎跳峡河段。具体的研究目标是结合金沙江虎跳峡水电开发中的斜坡变形破坏问题，对斜坡演变的动力地质作用机制及作用过程进行研究，建立斜坡演变的内外动力耦合作用模式，为以后的斜坡灾害深入研究提供科学依据。通过对该地区典型斜坡灾害的变形破坏与内外动力地质作用的相关性剖析，获得表征内外动力耦合作用空间强度差异性分布的地质动力区划指标体系，并将其应用到斜坡灾害危险性定量评价中，用以指导工程决策和环境管理。具体研究内容可概括为:

1) 虎跳峡工程区及其影响带的地质背景与河谷斜坡变形破坏体赋存环境的调查与研究，是整个课题的地质基础。因此，在前人研究成果的基础上，进一步分析研究区特殊的地质构造、地形地貌、新构造运动、水文气象等内、外动力条件，以加深对河谷斜坡演变的环境系统的认识。

2) 对金沙江虎跳峡河段 ( 其宗-大具) 斜坡变形破坏类型、规模、数量、空间分布规律及其活动性进行系统的分析和总结，研究基本环境条件 ( 或环境场) 对斜坡变形破坏的综合效应，为斜坡灾害的形成机理和危险性评价提供参考依据。

3) 通过斜坡变形破坏与地质动力因子的相关性分析，研究内、外动力地质作用下斜坡变形破坏体的形成演化、发育频率和空间分布特征，并在定量意义上揭示了各动力因子对斜坡变形破坏的主次关系，为斜坡演变机制分析及成灾危险性评价提供科学依据。

4) 对虎跳峡河段典型斜坡演变机制进行重点剖析，查明区域斜坡演变的地质背景与内、外动力地质作用机制及作用过程。分析了斜坡演变的内、外动力作用的耦合要素及其演变效应，综合确定虎跳峡地区河谷斜坡演变的内外动力耦合作用模式。

5) 模拟河谷大规模反倾岩体在漫长的地质历史时期中的重力时效性弯曲变形和累进性剪切破坏模式，进而研究其在库水位骤降与地震作用下反倾斜坡的动力稳定性; 探索岩质斜坡最危险滑裂面全局优化算法。

6) 以下咱日堆积体为重点，通过对其成因模式、岩土体介质的物理力学性质的试验研究，揭示堆积体斜坡稳定性的影响因素，利用强度折减有限元方法对该堆积体在不同工况下的三维稳定性、塌岸及失稳模式等问题进行分析，为水电建设提供了重要的科学依据。

7) 根据内外动力耦合作用强度的空间差异性特征，将统一的地质动力区划模型纳入到斜坡灾害危险性评价研究中，建立地质动力区划指标体系及强度等级，对虎跳峡河段斜坡灾害危险性进行定量评价。

1. 3. 2 研究方法与技术路线

1) 通过广泛的资料 ( 包括国内外文献、区域地质调查报告、现场勘察资料等) 收集和野外实地调查，在总结前人研究成果的基础上，采用原始资料统计、地质历史对比和地质类比等方法，进一步分析虎跳峡河段的区域地质背景，包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文气象条件和新构造运动特征等。

2) 根据实地调查、遥感图像和航片解译成果，收集整理有关虎跳峡库区其宗—大具段斜坡变形破坏体 ( 包括斜坡变形体、滑坡体和崩塌体) 的基本信息，建立斜坡变形破坏体数据库，进而分析斜坡变形破坏体的发育状况 ( 如类型、规模和数量等) 、空间分布规律及与基本环境条件 ( 或静态环境因子) 的关系。

3) 采用单因相关分析方法剖析斜坡变形破坏与各种地质动力作用因子之间的关系，研究内、外动力作用下斜坡变形破坏体的发育频率、规模和空间分布特征; 采用定性与定量相结合的效果测度分析模型 ( EMA) ，对斜坡变形破坏与主要动力地质作用进行关联度综合量化分析，并确定了影响河谷岸坡稳定的关键性动力因子，从定量的角度探讨研究区各种动力地质作用对斜坡变形破坏的主次关系。

4) 以两家人大型松散堆积体、龙蟠右岸斜坡变形体和滑石板堆积体滑坡为典型实例，采用工程地质力学分析方法重点剖析虎跳峡工程区斜坡演变的成因机制，并建立了虎跳峡河谷地区斜坡演变的内外动力耦合作用的基本模式 ( 或概念模型) ，并对堆积体滑坡的滑动周期进行了初步的分析预测。

5) 基于反倾岩体变形破坏的时效性，引入强度折减法来分析并以安全系数来评价反倾岩体边坡的稳定性，并从边坡变形演化过程中剪切屈服区的扩展方式中，提出了 “软基效应”和 “互层效应”共同作用下大规模反倾岩体的 “累进剪切破坏模式”。运用离散元进行变形岩体的全时程动力分析，指出地震惯性力作用引起的剪应力积聚效应和超静孔隙水压力累积效应是导致斜坡失稳的内在机理。将遗传算法和 Sarma 法相结合，并引入保持最优的灾变策略，提出适用于岩质边坡最危险滑裂面分析的 GA-Sarma 算法。

6) 对下咱日堆积体的研究，我们首先从堆积体的地质结构调查入手，通过野外地质特征和钻孔特征的综合分析，研究堆积体的成因类型和形成演化历史; 通过现场大型直剪试验、推剪试验、粒度分析和大尺度单环渗透试验，对五类堆积体的物理力学性质取得全面的认识; 通过典型采样的室内力学试验和细观结构分析，研究堆积体变形破坏规律及其结构控制机理; 通过综合分析建立的地质模型和强度折减少有限元数值模拟技术，研究堆积体在不同工况条件下的二维和三维稳定性。

7) 在典型斜坡演变机制分析的基础上，基于内外动力耦合作用强度的空间差异性特征，应用模糊综合评判 ( FCJ) 与地理信息系统 ( GIS) 相结合的方法，建立了地质动力区划指标体系及强度等级，并结合静态环境条件 ( 包括岩土体类型、岸坡结构及坡型等) ，预测工作区不同区段未来可能发生斜坡灾害的程度。地质动力区划方法为斜坡灾害危险性评价方法的研究提供了新的思路。

本书的研究技术路线如图 1. 3. 1 所示。

图 1. 3. 1 研究技术路线图