黄河流域生态保护和高质量发展 专题

• 论煤炭开采多圈层响应与减损保障

  王双明;孙强;李识博;胡鑫;谷超;耿济世;周书涛;袁士豪;宋世杰;牛超;吴云;陈洋;

  【目的】煤炭是我国的能源兜底保障。煤炭开采活动打破了原地应力平衡，引起包括岩体结构、地下水、地表环境等在内的从地下到地表的岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈、大气圈等多个圈层传导和耦合响应，改变了原有圈层的结构关系、赋存要素和功能服务。当前，研究煤炭开采的多圈层结构演化及保护利用，支撑煤炭的能源兜底保障，成为破解煤炭工业高质量发展与生态文明建设矛盾的重要内容。【方法】围绕煤炭开采“深层扰动-浅层传导-表层显现-时空演化”(深-浅-表-时)的结构动态演化观念，从保障“生产、生活、生态”的角度，厘清煤炭资源开发的地质安全保障、生态保护、资源协调、区域可持续发展等多元价值需求，揭示赋存、开采地质条件和多圈层动态变化关系。立足系统地球科学思想，基于煤炭赋存及开采的多圈层耦合关系与关联响应，系统阐述煤炭资源开采地质保障与地质条件演化、多圈层物质循环、多维信息响应及生态环境保护一体化研究理念。【结果】从科学内涵、科学问题、实施路径等方面，提出煤炭开采多圈层响应与减损保障理论与技术，主要包括：(1)从“深-浅-表”三维地质结构和生态环境关系角度，理解煤炭资源赋存条件、安全开采地质条件、生态环境约束条件的关联性和多圈层关系的耦合性、多变性和复杂性，揭示多圈层结构体系下煤系资源与生态环境-水文地质的时空耦合关系；(2)获得煤炭开采应力-裂隙-渗流-化学等多场耦合关系和多圈层结构的时空响应及演化特征，阐明煤炭开采条件下多圈层结构和时空演化规律，研究采动损害能量和信息从深部岩层到地表土层的传导规律和圈层边界响应机理(如岩-水边界、水-土边界、土-生边界、水-生边界)，揭示地质赋存条件-煤炭开采扰动-生态环境约束的互馈机制；(3)建立基于“空-天-地-钻(井)-巷”的煤炭开采活动影响的“深-浅-表-时”多圈层结构全时空多源信息融合的智能感知及解译理论与方法，提取煤炭开采扰动下地质结构、水文循环和生态要素等多维度动态信息，构建服务煤炭安全绿色开采的多圈层结构-功能耦合演化模型，研发基于数据驱动的煤炭开采影响下多圈层响应的探测-监测-评价-优化-决策平台；(4)研究煤炭开采与地质环境互馈作用的多圈层结构及功能动态演化与调控机理，探索地质环境条件对开采活动的约束与通过开采工艺及模式调控的源头减损方法，建立基于地质适配约束的煤炭安全、绿色、生态理论，构建实现采前+采中地质服务--→采掘空间利用与地质数据资源开发及生态环境保护的“地质-工程-环境-生态”全流程一体化系统科研与工程服务业态，形成“机理+技术”和“平台+服务”的地质保障模式。【结论】煤炭开采多圈层响应及减损保障研究可为破解资源开采与地质环境制约提供理论支撑和科学指导，对服务于国家重大战略需求、煤炭工业转型升级、生态文明建设和经济社会可持续发展有指导意义。

  2025年10期 v.53;No.334 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 8273K]
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• 黄河下游高潜水位采煤沉陷区平原水库建设利用研究现状与展望

  陈绍杰;江宁;张根旺;蒋春林;高群;

  【背景】黄河下游高潜水位矿区采煤沉陷区大面积积水与矿区城市缺水、地下水污染、生态环境恶化、耕地复垦率低等问题矛盾突出，制约煤矿城市绿色低碳转型与黄河流域高质量发展。需探索利用高潜水位采煤沉陷区构建平原水库作为有效实现沉陷区水土资源集约开发利用和促进黄河流域生态保护与高质量发展的重要路径，以更好地统筹其水土资源，解决沉陷积水和缓解矿区城市用水短缺问题。【方法】针对我国高潜水位采煤沉陷区平原水库建设利用理论与实践进行了梳理总结，对比分析了“主动”与“被动”构建平原水库技术优势与不足，从4个方面介绍高潜水位采煤沉陷区主动构建平原水库的理论基础及现状，并在梳理各采煤沉陷区平原水库建设利用实践的基础上，对“主动”式构建平原水库发展进行展望及效益优势评价。【进展】(1)“主动”建设平原水库更有利于“蓄水-调水-供水”、增加库容和耕地复垦率，是有效解决高潜水位矿区采煤沉陷区大面积积水和缓解城市用水短缺局面的重要方法；(2)目前利用高潜水位采煤沉陷区构建平原水库多为沉陷积水形成之后，因势利导的“被动”构建，“主动”构建平原水库的实践较少且基础理论研究不足，缺乏科学系统的理论技术体系；(3)沉陷积水-采动动态耦合地层损伤与演化、采掘计划-沉陷预测-库容调控优化、沉陷-积水-坝体的一体化全时序多方位智能监测等关键科学问题缺乏深入研究；(4)通过提前预剥离地表土壤“主动”构建水库，库容量增加30%～45%，耕地复垦率增加60%～70%，能有效保障区域农业和工业用水量，生态系统稳定。【展望】未来应加强基础理论相关研究以保障水库的安全修建和运营，在技术发展方面推广新技术、新材料的研发与应用，全面打造“蓄水-复垦-碳汇”于一体的综合型智能生态水库，在政策和标准方面建立健全全链条技术标准体系，将沉陷区平原水库建设纳入矿区生态修复规划，保障政策的连贯性和资金支持，为进一步促进黄河下游高潜水位采煤沉陷区平原水库科学建设利用提供方向和思路。

  2025年10期 v.53;No.334 12-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 2135K]
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• 排土场土层重构与接菌对植物水分利用的影响机制

  毕银丽;李中庆;柯增鸣;彭苏萍;

  【目的】西部干旱半干旱露天煤矿区水资源匮乏，严重限制了该地区生态修复进程。随着排土场土层重构与微生物复垦技术在矿区取得了初步的生态效应，亟待探究两者对典型植物水分利用特征及生长的影响，为加速矿区生态恢复提供科学依据。【方法】在内蒙古黑岱沟露天煤矿排土场设置了4种土层处理试验方案(3层结构土层+对照(C-CK)、3层结构土层+接菌(C-AM)、混合土层+接菌(D-AM)、混合土层+对照(D-CK))，供试植物为紫穗槐，采用野外原位土壤水分蒸发与入渗试验手段、结合水的氢氧同位素分析方法，探究微生物复垦下重构土层水分分布及其对植物水分利用的影响作用。并通过方差分析、主成分分析等分析方法找出影响植物水分利用效率及株高的主要影响因子。【结果和结论】排土场3层结构土层有效降低土壤水分蒸发量，且下设隔水层阻止水分渗漏，实现了对水分的保蓄作用。接种AMF区及对照区3层结构土层整体储水量较混合土层分别提高了9.1%、8.37%。复垦后接菌处理加速水分入渗，减少蒸发，增加了紫穗槐耗水量；接菌处理通过促进紫穗槐根系发育和光合作用提高了紫穗槐水分利用效率，C-AM处理的水分利用效率分别为C-CK、D-AM、D-CK处理的1.18、1.40、2.30倍。同时紫穗槐生长指标均呈现出C-AM>D-AM>C-CK>DCK的规律。三层结构能够有效蓄涵水分，协同AMF促进紫穗槐根系发育和光合速率，提升了紫穗槐对有限水资源的利用效率。三层结构土层联合接种AMF复垦技术可作为西部露天矿排土场的生态复垦措施，助力绿色矿山可持续发展。

  2025年10期 v.53;No.334 23-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 3780K]
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• 黄河中游黄土采煤沉陷对坡面水土流失经济损失的影响规律

  宋世杰;李源红;王艺;刘露;田雨;谈庆钰;

  【背景】定量评估沉陷坡面水土流失产生的经济损失，不仅是科学制定采煤沉陷区水土流失经济补偿标准的重要依据，也是实现高效治理的重要基础。【方法】以陕北典型黄土采煤沉陷区内不同形态的沉陷坡面为研究对象，通过野外采样、室内测试、环境经济学分析等方法，构建了采煤沉陷坡面尺度的水土流失经济损失定量评价指标体系，揭示了采煤沉陷坡面水土流失经济损失的变化规律。【结果和结论】(1)构建了包含4个子系统(土壤水分损失、土壤养分损失、土地废弃损失、泥沙损失)及8个量化指标(土壤水分、有机质、碱解氮、速效磷、土壤速效钾损失量、土地废弃面积、泥沙滞留量、泥沙淤积量)的采煤沉陷坡面水土流失的经济损失定量评价指标体系。(2)黄土沉陷坡面水土流失导致的水分、有机质、碱解氮、速效钾的经济损失均随坡度的增大而明显减小，而泥沙滞留的经济损失会随坡度的增大而明显增大。(3)黄土沉陷坡面土壤水分、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾产生的经济损失均在“直线坡+≤5°”时达到最大，而土地废弃、泥沙滞留、泥沙淤积产生的经济损失均在“直线坡+>15°”时达到最大。(4)直线形和凸形、复合形、凹形沉陷坡面水土流失的总经济损失随坡度增大依次呈现“先增后降”“持续下降”“先稳后增”的变化规律。(5)泥沙滞留、土壤有机质损失、土地废弃等3项经济损失总和占黄土沉陷坡面水土流失总经济损失的91.69%，应作为沉陷坡面水土流失事后高效治理和经济补偿的重点。研究结果可为黄河中游采煤沉陷区水土流失的精准治理提供科学依据。

  2025年10期 v.53;No.334 33-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 2175K]
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• 黄河流域生态脆弱矿区地表水体时空演变特征与驱动力——以榆神府矿区为例

  陈超;宣昂;胡振琪;王一鸣;张家超;王果;杨福芹;

  【背景】针对黄河流域生态保护和高质量发展战略需求，研究高强度采煤扰动下地表水体的时空演变特征与驱动力，是缓解黄河流域生态脆弱矿区煤-水矛盾的基础和前提。【方法】采用1980-2023年间10期遥感影像数据，基于ArcGIS平台实现榆神府矿区地表水体信息提取，揭示地表水体时空演变特征。结合累积量斜率变化分析法(slope change ratio of cumulative quantity,SCRCQ)与灰色关联度分析法(grey relational analysis,GRA)，定量解析气候因子与人类活动对地表水体面积变化驱动力的贡献度。【结果和结论】(1)榆神府矿区地表水体面积呈现显著“W”形复合演变轨迹，1980-2023年间面积净增约9 km~2，具体表现为萎缩(1980-1990年，-3.91 km~2)、恢复(1990-1995年，5.44 km~2)、持续萎缩(1995-2018年，-15.77 km~2)和迅速增长(2018-2023年，23.25 km~2) 4个阶段特征。(2) SCRCQ模型量化分析表明人类活动对地表水体面积变化的贡献度为81.3%(气象因素贡献度为18.7%)，其中年均气温(+17.43%)是主要气候驱动因素，降雨量对水体面积变化呈现负向作用(-3.84%)。(3) GRA模型分析显示，人类活动对矿区地表水体面积的影响强度依次为耕地面积变化(0.88)>人口数量变化(0.82)>煤炭开采量变化(0.51)，其中耕地面积变化对矿区地表水体面积变化的影响程度最高。研究进一步证实，高强度人类活动是驱动矿区地表水体演变的主导因素，研究成果为黄河流域生态脆弱矿区生态保护与水资源可持续利用提供科学依据。

  2025年10期 v.53;No.334 45-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 2743K]
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• 煤炭开采有效隔水土层固结释水机理及矿井涌水量预测

  李涛;高颖;范立民;杨军伟;

  【背景】榆神矿区煤炭开采逐渐向厚土层分布区转移，导水裂隙带以上饱和土持续释放水，导致矿井排水负担加重。为此，以陕北榆树湾煤矿为例，开展采动作用下有效隔水土层释水机理及矿井涌水预测研究。【方法】采用常规水化学、同位素水化学和微生物高通量测序方法，定性和定量识别了矿井主要充水水源。通过压水试验研究了煤炭开采中有效隔水土层所在整体下沉带的附加应力场特征，并利用土层有效应力线图形分析法研究了基岩含水层疏放后有效隔水土层附加有效应力特征。在此基础上，构建了双重驱动力下有效隔水土层固结释水量计算模型，阐释了其释水过程。并提出了直接-间接矿井涌水量预测方法，与4种涌水量预测统计模型对比，验证了该方法可靠性。【结果和结论】(1)常规水化学、同位素水化学和微生物高通量测序对矿井充水含水层识别结果分别为：离石组+保德组黄土层占比50.71%、61.08%和57.00%，直罗组基岩含水层占比49.29%、38.92%和43.00%，其中同位素水化学和微生物识别结果更加可靠。(2)有效隔水土层固结释水的驱动力包括整体下沉带采动附加应力和下伏含水层疏放后附加有效应力2种类型，其中研究区采动附加应力为0.2 MPa，下伏含水层疏放后附加有效应力受有效隔水层厚度和疏放水头高度影响。(3)基于一维固结理论，揭示了土层固结释水过程可分为3个阶段：缓慢增长阶段、稳定增长阶段和增长衰减阶段，研究区离石组黄土完成95%以上的固结需要329 d，保德组红土完成95%以上固结需要17 833 d。(4)联合大井法涌水量计算公式和土层固结释水方程，提出了矿井直接-间接充水含水层综合涌水量预测公式，预测3 a后矿井涌水量将达到1 215.59 m~3/h，与统计预测方法结果 1 229.40 m~3/h相近。研究成果可为砂土基型保水采煤分区涌水量预测和水害防治提供借鉴。

  2025年10期 v.53;No.334 56-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1839K]
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• 半干旱区煤炭采动下植被生态与土地利用变化响应特征

  杜臻;张茂省;员少奇;孙萍萍;冯立;

  【目的】半干旱区煤炭集中开采容易引发植被退化与土地格局重构。为识别采动对生态系统的影响特征并支撑差异化修复，需定量对比采煤区与非采煤区的植被、土壤含水量与土地利用变化。【方法】以陕西省榆林市为研究区，构建“采煤影响区-非采煤影响区”并行基线，并在风沙滩与黄土丘陵沟壑两类地貌内进行对照。基于Landsat年最大归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)采用Theil–Sen与Mann–Kendall分析像元级趋势Z与显著性P；使用1 km时空连续地表土壤含水量数据(2000-2020年)计算分区均值；结合多期土地利用数据构建转移矩阵，量化主要转化通道。【结果】(1) 2000-2020年榆林市NDVI整体升高，均值由0.273 5增至0.497 4，年均增幅0.011 2；显著改善区面积达到17 224.17 km~2，轻微改善区为23 686.34 km~2，退化区合计493.23 km~2，占比约0.91%。(2)采动差异显著：采煤区NDVI总量增幅92.17%，高于非采煤区的81.31%，采煤区年均增速4.85%，远高于非采煤区的年均增速4.33%。采煤区Z值普遍偏高且P<0.05，呈稳定上升，而南部非采煤区P值大多数>0.08，变化不显著。风沙滩地貌采煤区NDVI增长率较非采煤区高13.64%；黄土丘陵采煤区增长率较非采煤区高2.11%，增强了结论的可比性。(3)土壤含水量同步改善但水平偏低，全区土壤含水量由0.202 5 m~3/m~3增至0.253 5 m~3/m~3，增幅25.1%；采煤区由0.180 0 m~3/m~3增至0.228 6 m~3/m~3，增幅为27.0%；非采煤区由0.212 0 m~3/m~3增至0.263 5 m~3/m~3，增幅24.3%。非采煤区的含水量始终高于采煤区，且增幅较为稳定。(4)土地利用结构重塑与采动同位：采煤区草地和林地保留率分别为88.67%和88.76%，低于非采煤区的91.4%和91.96%；采煤区建设用地由42.9 km~2增至525.1 km~2，增至12.2倍，而非采煤区建设用地由119.6 km~2增至381.0 km~2，增至3.19倍。【结论】榆林市2000-2020年植被覆盖度整体显著改善，但区域差异同步扩大。尽管采煤影响区的植被基线水平低于非影响区，但在土壤水分提升条件下表现出更强的波动性。采煤影响区草地和林地的保留率低于非采煤影响区，但建设用地扩张程度远大于非采煤区，且与局部植被退化空间高度一致。研究成果定量揭示了采动扰动与生态恢复的叠加效应，讨论了土壤含水量在植被响应机制中的主控作用，提出了基于煤炭资源开发规划与生态敏感性区划的分区管控思路，为半干旱区的差异化修复与政策制定提供了新的科学支撑。

  2025年10期 v.53;No.334 68-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 6727K]
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• 植被配置对露天煤矿粉尘迁移影响的数值模拟研究

  韩力;李人杰;毕银丽;

  【背景】粉尘污染是露天煤矿开采的主要环境问题之一。生态修复作为重要的治理手段已在矿区广泛应用，但其中植被配置对粉尘迁移的作用机理仍缺乏系统研究。【方法】基于计算流体力学数值模拟方法，构建涵盖风场重建、粉尘迁移和植被滞尘的综合模拟框架，设置不同粒径和风速工况，系统分析粉尘迁移规律，并进一步引入植被配置变量，研究其对风场分布与粉尘迁移的影响。【结果和结论】(1)矿坑风场分布呈现显著空间异质性。中心区域风速较为均匀，而边缘涡流区为粉尘积聚的核心区域。(2)粉尘迁移受粒径与风速共同作用。小粒径粉尘扩散能力更强，在下风向数百米处仍保持明显浓度，是区域污染的主要因素；大粒径粉尘受重力作用，主要沉降于坑底和近地层，对远距离影响有限。高风速条件下，部分颗粒会因强风作用发生再悬浮并增强远距离迁移风险。(3)植被配置在滞尘中具有重要作用。植被种类方面，乔灌结合的混合配置表现最佳，高大乔木可削弱近地风速，低矮灌木可滞留底部粉尘，两者互补使可吸入颗粒物峰值浓度降低约50%；植被布局方面，错列式较行列式更有利于打破气流通道，在植被区形成低风速区和小尺度涡流，延长颗粒物滞留时间并促进沉降，使平均浓度降低约25%，局部高浓度区范围显著缩小。研究结果可为露天煤矿生态修复中的植被配置优化及粉尘污染防控提供理论参考。

  2025年10期 v.53;No.334 82-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 2920K]
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• 典型中深埋煤层覆岩结构特征与风化基岩富水性研究

  王路;华照来;黄浩;李增林;任帅峰;王嗣桐;

  【背景】风化基岩含水层是陕北侏罗纪煤田煤炭开采的主要充水含水层，风化基岩含水层富水性评价是顶板水害防治的关键。【方法】以陕西曹家滩煤矿12盘区为研究区，分析2~(-2)煤层上覆地层结构与覆岩岩性结构类型，确定风化基岩层为煤层上覆主要充水含水层。选取砂地比、砂岩厚度、风化影响指数、风化基岩埋深、单位涌水量、渗透系数、RQD及视电阻率作为评价风化基岩含水层富水性指标，将层次分析法(AHP)、变异系数法(CV)、灰色关联分析法(GRA)进行耦合，构建含水层富水性综合评价模型(AHP-CV-GRA)，计算各个富水性指标的权重，对各个指标进行叠加分析，得到风化基岩含水层富水性分区预测结果。【结果和结论】2~(-2)煤层富水性分为相对强、中等和相对弱3类富水区，并结合瞬变电磁富水异常区探测结果进行验证，富水性分区结果中相对强富水性区域大部分对应风化基岩底界低阻异常区域；为了更加准确地验证AHP-CV-GRA组合方法评价的富水性结果，根据122104工作面井下疏放水量结果对该富水性分区结果进行验证，井下疏放水量大的区域富水性相对较强，发现该富水性分区评价结果与实际情况吻合较好，AHP-CV-GRA方法能够相对科学地评价含水层的富水性。

  2025年10期 v.53;No.334 91-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 2225K]
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煤炭地质 矿井地质

• 煤矿连采连充欠接顶区覆岩稳定性数值模拟研究

  刘浪;罗屹骁;朱梦博;何军;屈慧升;段怀军;蔚保宁;刘智振;

  【目的和方法】煤炭作为我国主体能源，其开采引发的地面塌陷、固废堆积等生态问题日益突出，连采连充技术通过煤基固废充填实现资源高效回收与生态保护，但充填体欠接顶问题严重威胁巷道回采的覆岩稳定性。针对当前研究中欠接顶区多因素耦合影响机制不清，以榆林某风积沙似膏体充填矿井为工程背景，采用3DEC离散元软件构建三维数值模型，设置8组工况对比分析欠接顶区大小、顶板条件及支护状态对覆岩位移、应力分布及地表变形的影响，并基于弹性地基梁理论建立力学模型，计算欠接顶区影响下的条带回采覆岩位移。【结果和结论】(1)随着欠接顶区范围的扩大(体积占比≥10%时)，覆岩位移和地表下沉量显著增加，特别是双侧大范围欠接顶区对覆岩稳定性的影响尤为突出。(2)顶板裂隙发育会进一步加剧覆岩的不稳定性，导致覆岩位移和应力集中现象更加显著，其中双侧20 m欠接顶裂隙发育区回采结束后，最大覆岩位移和峰值应力相较不存在裂隙发育区的对照组分别高出40.3%和44.5%，严重威胁安全开采。(3)尽管支护失效也会增加覆岩位移和应力集中，但其影响程度相对较小，对于双侧20 m欠接顶区支护失效的工况，回采结束后最大覆岩位移和峰值应力相较支护完好的工况分别高出2.1%和5.6%。实际充填作业可通过优化接顶工艺以减小欠接顶区范围，同时应加强开采过程对裂隙发育区的管控以减小裂隙发育对覆岩稳定性的影响，而良好的支护条件能有效减小欠接顶区覆岩位移和应力集中。

  2025年10期 v.53;No.334 101-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 2631K]
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• 二叠—三叠纪之交华北板块化学风化增强和镍富集与火山活动的联系

  王野;叶澄卓;张彤;杨敏芳;周凯;张培新;杨玉竹;张春华;鲁静;

  【目的】华北板块是揭示二叠-三叠纪之交(PTB)火山活动与古环境-气候突变机制的关键地区。该时期剧烈的环境扰动被认为与西伯利亚大火成岩省(STLIP)的大规模火山喷发密切相关，其触发的全球变暖、极端化学风化事件及生物大灭绝构成了地球系统演化的重大转折点。【方法】以华北板块沁水盆地的WY-U-01H钻孔的孙家沟组和刘家沟组为研究对象，利用化学风化指数，结合镍(Ni)含量与Ni/Al比值的地球化学示踪，进行二叠-三叠纪之交化学风化和Ni富集异常的对比，探讨其演变与同时期大气CO_2浓度、火山活动和植物灭绝事件之间的联系。【结果和结论】在二叠-三叠纪之交记录了一次大陆风化增强时期，这与华北板块多个剖面关联一致。Ni富集异常在PTB层位附近，标志着STLIP的侵位。认为STLIP通过释放温室气体引起气候变暖，促进全球大陆风化作用的增强，而同时期的野火导致的陆地植物灭绝通过破坏地表生态屏障与生物地球化学循环，促进大陆风化作用的进一步增强。研究成果为揭示华北地区对二叠-三叠系界线事件的古气候响应与生态反馈提供了关键证据，深化了对STLIP火山作用全球环境效应的认识。

  2025年10期 v.53;No.334 116-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 1887K]
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• 储层孔隙结构对CO₂地质封存井周围盐沉淀作用的影响机制

  邓晨光;孙小龙;刘可禹;安森友;远光辉;王宇翔;

  【目的和方法】良好的储层可注入性是优质CO_2地质封存场所的必备条件，注入井周围盐水溶解于CO_2造成的盐沉淀作用是导致CO_2可注入性损害的关键因素之一。为探究不同类型储层盐沉淀发育机制和储层损害程度的差异，选取具有显著孔隙结构差异的砂岩样品，开展基于高温高压流体驱替系统的盐沉淀作用模拟实验，结合铸体薄片、扫描电镜及能谱、微区X射线荧光光谱、高压压汞、核磁共振、相对渗透率等测试分析，旨在揭示储层初始孔隙结构特征对盐沉淀晶体特征和分布规律的影响机制。【结果和结论】孔隙发育的高孔高渗型储层具有盐晶体数量少、尺寸小、分散单晶体为主的盐沉淀特征，盐沉淀含量最高仅约为0.2%。随着孔喉大小、分选性和连通性变差，盐晶体数量、尺寸以及盐集合体含量增加，盐沉淀含量最高可达约4.7%。随着储层孔隙结构由均质大孔喉型向非均质小孔喉型变化，盐沉淀分布规律呈现盐水溶解主导形成的弱盐沉淀均质分布模式-盐水毛细回流主导形成的局部强盐沉淀非均质分布模式-盐水毛细回流和盐溶质扩散共同控制的强盐沉淀均质分布模式的转变过程。盐沉淀作用增强导致对井周围储层孔隙结构和可注入性的损害程度显著增加，孔渗损害率由大孔喉型储层的约1%上升至小孔喉型储层的26%和38%。不同初始孔隙结构储层具有不同的盐沉淀发育模式和可注入性损害风险，为咸水层CO_2地质封存过程中储层损害的缓解提供理论依据，助力CO_2地质封存的高效部署。

  2025年10期 v.53;No.334 128-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 3567K]
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• 不同CO₂相态咸水层碳封存盖层突破压力实验研究

  淡文栋;李铱;王福刚;胡智凯;刁玉杰;马鑫;刘廷;

  【目的】CO_2突破压力作为表征咸水层盖层封闭性能的核心参数，对于保障CO_2地质封存工程的安全性与封存潜力评估具有重要的科学意义与应用价值。然而，目前针对不同相态(超临界态、液态、气态)CO_2赋存条件下突破压力的变化规律与作用机制仍缺乏系统研究，尚未形成具有普适性的可靠结论。【方法】选取天然低渗透非饱和砂岩岩心为实验对象，采用逐步法，开展不同CO_2相态条件下13组突破压力实验，深入探究不同相态条件下CO_2突破压力的变化规律。【结果和结论】结果表明，CO_2相态与突破压力之间没有直接的大小关系。在本次实验条件下，任一相态过渡点的CO_2突破压力均大于单一相态条件下的CO_2突破压力。在单一CO_2相态条件下，CO_2突破压力随着压力的增大而减小，且两者呈现出指数函数关系。压力对超临界态CO_2的突破压力影响程度最大，对气态CO_2的突破压力影响程度最小。压力对CO_2突破压力的影响是由CO_2-水系统界面张力、CO_2-水-岩石系统润湿性(接触角)、密度差、两相黏度比协同作用引起的。敏感性分析结果表明，黏度比是CO_2突破压力的显著影响因素，贡献比例达39.9%。通过对lg C_a-lg M驱替稳定性相图进行分析，进一步确定了黏滞力是影响本研究实验结果的主导因素。结合具体盆地地层压力数据及工程场地应用实际，认为本研究实验条件与工程实际相符。研究结果对准确评估咸水层CO_2地质封存量和指导目标选址等方面有重要参考价值。

  2025年10期 v.53;No.334 141-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 2118K]
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• 侧限条件下破碎岩体压缩变形及能量耗散特性

  田雨;林海飞;李树刚;双海清;徐培耘;刘思博;季鹏飞;崔名威;

  【目的】为研究采空区垮落带破碎岩体压缩过程中的变形特征与能量耗散特性，揭示其对上覆岩层移动破坏及地表沉陷的影响机制。【方法】利用自主研发的破碎岩体侧限压缩试验系统，开展不同Talbot指数及轴向应力下破碎岩体侧限压缩试验，分析受压过程中破碎岩体轴向位移、空隙率、相对破碎指数、分形维数及应变能密度变化规律，量化应变能密度随轴向应变及相对破碎指数的变化关系，揭示轴向应力与Talbot指数对破碎岩体压缩过程的影响机制。【结果和结论】破碎岩体轴向位移、相对破碎指数随Talbot指数及轴向应力的增大而增大，空隙率随轴向应力及Talbot指数的增大而减小；根据破碎岩体非线性承载特征将压缩过程划分为3个阶段：空隙压密阶段(σ<4 MPa)、破碎填充阶段(4 MPa≤σ<6 MPa)及稳定压固阶段(σ≥6 MPa)。随着轴向应力增加，不同Talbot指数试样分形维数均呈增大趋势，但增长幅度逐渐减小，相同轴向应力下，随着Talbot指数的增大，试样分形维数单调减小，试样分形维数变化幅度与其压缩过程具有明显对应性。破碎岩体应变能密度随轴向应变及相对破碎指数的增大而增大，相同轴向应变或相对破碎指数下，Talbot指数越大，应变能密度越小；加载初期，相同轴向应变下破碎岩体应变能密度差异性较小，随着加载过程的不断进行，应变能密度差异性逐渐增大。研究结果可为煤矿采空区安全治理、地表沉降预测提供一定理论依据。

  2025年10期 v.53;No.334 151-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 2416K]
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水文地质 工程地质 环境地质

• 煤层采动底板隐伏断裂扩展突水机制及突水判据

  张文泉;邵建立;史俊伟;李梁宁;

  【背景】煤层底板隐伏断裂具有分布随机性、隐蔽性等特点，突水致灾能力强且防范难度大。【目的和方法】为研究煤层采动影响下底板隐伏断裂突水灾变机制，采用理论分析方法，建立渗透水压力条件下隐伏断裂的起裂力学模型与翼裂纹扩展模型，分析底板隐伏断裂最大扩展高度及扩展后隔水层的安全厚度，提出突水判据并与数值模拟、现场资料验证。【结果和结论】结果表明：(1)分析张开型与闭合型隐伏断裂的起裂条件，获得其起裂角θ_0、起裂应力σ_(ci)和临界水压力p_(Ⅰc)，并构建考虑渗透水压力条件下的隐伏断裂翼裂纹扩展模型。(2)将开采条件带入得到底板隐伏断裂最大扩展高度l_(max)，根据隐伏断裂扩展后顶端与底板破坏带之间的距离及有效隔水层的安全厚度，提出煤层采动底板隐伏断裂扩展突水判据。(3)现场案例分析底板隐伏断裂的扩展显著降低了隔水层厚度，梧桐庄矿182602工作面应用判据计算隐伏断裂最大扩展高度12.4 m，与数值模拟损伤高度11.5 m基本一致，剩余有效隔水层不足所需的安全厚度，存在突水危险，经现场治理后实现安全回采。判据经新安煤矿13151工作面底板突水事故进一步验证。研究成果可为煤层底板隐伏断裂扩展突水灾害机理和预防提供理论依据和应用价值。

  2025年10期 v.53;No.334 161-171页 [查看摘要][在线阅读][下载 2131K]
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• 浅埋薄基岩煤层过沟开采溃水危险性预测

  牛超;罗钰韬;刘宁;肖乐乐;孙强;张伟伟;薛喜成;曾大宝;白杨;

  【目的】浅埋薄基岩条件下煤层的过沟开采活动易导致覆岩导水裂隙带与地表水体连通，显著增加矿井突水、溃水等水害风险。陕西山东煤矿部分工作面分布于沙界沟流域下方，地表暴雨径流极易通过采动裂隙通道溃入井下，威胁矿井安全运行，急需开展溃水危险性识别与评价研究。【方法】以山东煤矿3煤层及其过沟开采工作面为研究对象，综合实测采高与钻孔揭示资料，绘制3煤层导水裂隙带发育高度等值线图；并将导水裂隙带高度与煤层埋深的差值作为判据，划分高危险区、一般危险区与安全区。在此基础上，结合地表采动裂隙结构特征与沟道暴雨径流过程，构建地表采动裂隙溃水量预测模型，模拟评估3108、3109工作面在5、10及20 a一遇暴雨条件下的地表采动裂隙溃水量，并叠加垮裂安全性等级，构建双因子6级溃水危险性分级体系。为提升其工程适用性，提出简化的3级溃水危险性划分方案，开展工作面危险性再识别。【结果】研究确定-20 m为3煤层埋深与导水裂隙带高度差的最优临界值，能够有效识别沙界沟下方及周边区域的高溃水危险区。模型预测结果显示，在不同重现期条件下，3109工作面的溃水量始终高于3108工作面，最大值达0.335 m3/s(1 205.169 m3/h)。依据6级溃水危险性分级体系，3109工作面分别划分为极高(20、10 a一遇)和高(5 a一遇)危险区，3108工作面则为高、中、中危险区；而在简化的3级溃水危险性划分标准下，两工作面在各暴雨重现期条件下均为高危险区。【结论】基于地表采动裂隙结构与沟道暴雨径流过程，建立了适用于浅埋薄基岩煤层过沟开采条件下的地表采动裂隙溃水量预测模型，并构建融合溃水量等级与垮裂安全性分区的溃水危险性综合评价体系。研究结果可为类似地质条件下工作面溃水风险识别与治理设计提供理论支撑和工程依据，具有重要的工程实用价值。

  2025年10期 v.53;No.334 172-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 4886K]
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• 含界面人工坝体试样水浸损伤机理及纳米改性增强

  李宜家;郝宪杰;陈昱光;庞天;杨怀翔;李航;季金一;李欣宇;

  【目的】为加快推进黄河流域生态保护和高质量发展，“导储用”理念提出通过改造采空区构建地下水库，并利用防隔水混凝土坝体实现对矿井水的存储与保护。但在长期水浸及采动作用下，混凝土坝体复合结构的接合界面处可能出现强度劣化，形成隐患。【方法】通过掺入0.5%和1.0%的纳米SiO_2、Al_2O_3及TiO_2，经2次浇筑制成双半圆柱结合的含竖直界面试样，采用非金属超声波速检测和单轴压缩试验，研究纳米改性混凝土界面试样在水浸后的界面稳定性及强度变化。【结果和结论】(1)界面试件破坏存在界面破裂和完全破坏2个阶段，揭示界面试件在受压时的分阶段失效机制。(2)水浸14 d后，普通界面试件相比未进行水浸时平均降低了19.15%和15.11%，表明水浸环境对界面试件的完全破坏强度和界面破裂强度都产生了劣化效应。(3)通过试件破坏特征分析，发现仅有未水浸的0.5%纳米TiO_2试件呈现出贯穿界面的剪切破坏，其余试件均呈现平行于界面的劈裂破坏特征，表明0.5%纳米TiO_2可增强界面抗剪能力，但水浸会弱化该效应。(4)相比普通界面试件，掺入0.5%纳米TiO_2试件后界面破裂强度提高了35.23%，对界面的改善效果较优；掺入0.5%纳米SiO_2试件的完全破坏强度提高了37.14%，呈现较好的基体强化效果。(5)掺入0.5%纳米SiO_2时对含竖直界面混凝土试件的弹性模量和变形模量改善效果最好，分别提高了30.34%和39.25%。研究成果对地下水库及相关工程设施的长期安全稳定运行具有重要的科学价值与工程指导意义。

  2025年10期 v.53;No.334 182-190页 [查看摘要][在线阅读][下载 2143K]
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• 纳米材料对超细硫铝酸盐水泥性能的影响规律

  李笑霖;王朋飞;高英慧;张明璇;董恩远;曲越;赵越;

  【目的和方法】为降低硫铝酸盐水泥基注浆材料的经济成本并实现优良的注浆加固效果，在超细粉煤灰(UFA)–超细硫铝酸盐水泥(USC)体系中掺入不同掺量的硅灰(SF)与纳米二氧化硅(NS)，研究该复合体系抗压强度、凝结时间及流动度的变化规律，探讨其水化反应机制；并通过XRD、FTIR、TG-DTA、SEM等测试技术，分析水化产物的物相组成及微观结构。【结果和结论】(1)在超细粉煤灰–超细硫铝酸盐水泥体系中掺入硅灰，会降低体系各龄期的抗压强度，同时缩短体系的凝结时间；(2)掺入纳米二氧化硅后，超细粉煤灰–超细硫铝酸盐水泥体系各龄期的抗压强度呈先升高后降低的变化趋势，其最佳掺量为2%;(3)向超细硫铝酸盐水泥中单独掺入纳米二氧化硅时，体系各龄期抗压强度同样先升高后降低，最佳掺量为3%，且凝结时间呈先缩短后延长的趋势；(4)从微观角度看，硅灰及纳米二氧化硅的掺入均未改变水化产物种类且均会促进水泥的早期水化，纳米二氧化硅的掺入会使水化产物的微观结构更为致密从而提升强度。山西某矿底板注浆堵水工程的现场试验验证了材料的工程价值。研究成果为纳米材料在注浆工程中的应用提供了理论依据，同时对于完善深部巷道围岩注浆加固技术体系具有重要的工程实践价值。

  2025年10期 v.53;No.334 191-203页 [查看摘要][在线阅读][下载 3319K]
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煤田物探 矿井物探

• 全球钾盐经典成矿模式及其地球物理勘探方法的研究现状与展望

  曲平;岳航羽;黄晓兵;宋炯;

  【背景】钾盐是保障粮食安全和农业可持续发展的重要战略性矿产资源，全球约90%的钾盐用于生产钾肥。我国等发展中国家长期面临对外依存度高、资源接续不足的挑战，这种供需格局要求我国必须加速探索成矿规律与勘探技术创新，以突破资源瓶颈。【目的】系统总结了全球钾盐成矿模式，探索深部及构造复杂区钾盐资源勘查思路，为提高钾盐勘查效率提供理论支撑。【方法】围绕海相与陆相环境下的成钾地质背景与成钾条件，从构造活动、蒸发环境、卤水来源等关键因素出发，分析富钾机制。同时，梳理了当前钾盐地球物理勘探方法的研究现状与应用进展，具体展示了重力、电磁法、地震、测井等地球物理技术在钾盐资源勘探中的应用效果。【结果和结论】(1)钾盐成矿模式揭示了气候-构造-物源等多因素的耦合作用。(2)重力勘探利用密度差异识别盐丘构造；电磁法对高矿化度卤水敏感；地震勘探借助叠前深度偏移技术，可以实现盐层空间形态的精细刻画。(3)深部隐伏矿体受构造变形屏蔽，地震信号衰减严重；电磁法在低阻覆盖区垂向分辨率不足；浅层重力勘探易受地形干扰等问题仍制约着勘探精度与深度。通过多学科融合、智能化勘探技术的应用以及钾盐成矿模式的深入研究，钾盐资源的勘查与开发将更加精准和高效，为全球复杂盆地的资源评价突破提供理论依据，为深部钾盐勘探提供创新解决方案。

  2025年10期 v.53;No.334 204-224页 [查看摘要][在线阅读][下载 5771K]
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• 胶州湾填海区三维电阻率模型构建与地质解译

  于鹏;赵明月;杨海燕;李文宇;田健;闫后振;张超;

  【背景】随着我国智慧城市化建设的深入推进，城市地下空间开发利用已成为热点，地球物理方法作为地下空间地质构造探测的重要技术手段，在应对城市复杂勘探环境时面临新挑战。【目的和方法】针对青岛市滨海区域地下空间探测问题，选取胶州湾东岸围填海区作为研究区，采用圆锥型瞬变电磁与高密度电阻率联合探测技术，通过多源数据融合建立了三维电阻率模型，揭示了研究区地层结构和断裂破碎带范围，验证了圆锥型瞬变电磁法在复杂城市环境下的技术优势。【结果和结论】研究区具有人工填土层-第四系沉积层-基岩三层电性结构特征，其中人工填土层底界面形态清晰；通过资料处理与地质解译，成功识别富水异常区及构造破碎带等不良地质体，分别表现为横向连续的电阻率变化带和等值线错断、下凹特征；由于基岩风化程度不同，断层和破碎带发育程度受到影响，在沧口断裂附近影响较大；建立的综合地球物理探测体系可以有效查明地层空间展布与构造发育特征，并为城市地下空间透明化提供了新的技术路径。研究成果可为地铁隧道选址、地下管网规划等工程应用提供重要地质依据。

  2025年10期 v.53;No.334 225-232页 [查看摘要][在线阅读][下载 2610K]
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• 融合测井与微动数据的浅埋煤层风氧化带圈定方法与应用

  马智;何维胜;胡秋萍;郭政学;周进举;陈同俊;杨乐;袁志超;

  【目的】我国中西部浅埋煤炭资源丰富，但煤层受风氧化作用影响，其精准勘探与安全高效开采面临挑战。为实现浅埋煤层风氧化带的经济、精准圈定，基于风氧化带地层与正常地层间的物性与地球物理响应差异，提出了一种结合测井与密集台阵微动技术的联合探测新方法。【方法】首先分析物性与测井响应随埋深的变化规律，确定风氧化带下限的测井曲线判识标准；其次，对比风氧化带下限与井旁子台阵的频散谱特征，验证两者间的关联性；最后，采用遗传算法反演面波频散曲线，建立三维横波速度体模型，并依据风氧化带下限所对应的特征横波速度，圈定研究区内风氧化带下限的空间立体分布，并进行对比验证。【结果和结论】基于密度极大值统计值的拟合趋势线可准确标定风氧化带的下限位置(趋势线拐点)，M1103和M1105井处的风氧化带下限埋深分别为100 m和105 m；因煤层顶板砂岩透镜体的发育与风氧化带下限埋深的变化，子台阵频散谱的能量团随频率变化的特征显著差异；研究区风氧化带下限对应的横波特征速度约为1 380 m/s，以此为标准圈定的风氧化带下限分布与瞬变电磁法探测的低阻异常区基本一致；研究区内风氧化带下限受煤层顶板砂岩透镜体及背斜构造控制。测井与微动联合探测方法能够实现风氧化带下限的经济高效圈定，支撑浅埋煤层的安全高效开采和资源准确评估。

  2025年10期 v.53;No.334 233-242页 [查看摘要][在线阅读][下载 3658K]
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• 《煤田地质与勘探》征稿简则

  <正>《煤田地质与勘探》于1973年创刊,月刊(2022年1月起变更),中煤科工西安研究院(集团)有限公司主办,是煤炭地质行业学术与实用技术并重的综合性期刊。主要刊载煤炭地质,矿井地质,煤系气,煤伴生矿产,水文地质,工程地质,环境地质,煤田物探,矿井物探,钻掘工程等方面,具有较高学术、技术水平和实用价值的基础理论、先进技术与方法、先进经验等科研或工程实践成果。本刊发表的文章在国内外具有较广泛的影响,欢迎煤炭地质及相关领域的广大科技工作者踊跃投稿。

  2025年10期 v.53;No.334 243页 [查看摘要][在线阅读][下载 383K]
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