2022年, 第41卷, 第06期　
刊出日期：2022-12-15

  

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  变质矿物内部结构研究——彩色阴极发光研究的地质意义

  SCHERTL Hans-Peter, 李旭平

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 1-14. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.001

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  阴极发光(CL)方法主要应用于原位离子探针和激光剥蚀技术进行年龄测定之前的锆石研究，以及碳酸盐、长石和石英等矿物结构的分析。本研究介绍了采用热阴极发光方法分析变质矿物内部结构的优势，并结合不同岩类各变质相的常见代表性变质矿物，介绍了利用彩色阴极发光研究矿物结构的实例。一般来说，CL的产生是由激发元素如Mn、稀土元素(REE)和晶格缺陷引起的。像Fe这样的CL抑制元素的存在可以减少发光甚至完全不发光。变质矿物内部的CL彩色环带生长特征，在偏光显微镜的薄片研究中无法看到，但用彩色阴极发光方法在几秒钟内就可以识别出来。稀土元素的含量往往低于电子探针的检测限，对此，配之以分光计，阴极发光显微镜甚至可以提供化学成分的数据信息。本研究精选典型的具有彩色阴极发光结构的变质矿物，如大理岩中的橄榄石、镁铝榴石、钙铝榴石、镁铝榴石和钙铝榴石固溶体、锆石、矽线石、红柱石、蓝晶石、灰硅钙石、粒硅钙石、硬柱石、黝帘石/斜黝帘石、透辉石、硬玉/绿辉石、硅灰石、透闪石、葡萄石、绿泥石、钾长石、斜长石、石英、柯石英、玉髓等，展示了其CL显微镜下的结构特征。上述变质矿物来自不同地质环境的岩石中，如Margarita岛的高压(HP)变质岩，Dora-Maira地块(意大利)、苏鲁(中国)、Kokchetav地块(哈萨克斯坦)、西部片麻岩地区(挪威)和Pohorje(斯洛文尼亚)的超高压(UHP)变质岩，罗马尼亚的矽卡岩矿床和接触变质岩，美国内华达州的Twin Lakes和Bushveld杂岩，多米尼加共和国里约热内卢圣胡安杂岩，中国日喀则的交代岩，南非的Namaqualand、中国内蒙古的高温(HT)-超高温(UHT)变质岩，意大利Monzoni、坦桑尼亚Merelani的亚绿片岩和宝石级的黝帘石样品以及来自瑞士Campolungo的钙硅酸盐样品。矿物的内部特征主要指具有不同颜色分布的均匀无带状结构、同心环状分带结构(反映从核到边缘的元素逐渐增加或减少)、振荡环带结构、不均匀生长结构和生长过程中晶体形态变化的结构。进一步研究表明，变质结构还包括矿物的出溶结构、放射性损伤结构、变形结构、不同晶粒域出现的流体通道闭合结构以及细粒矿物的分布结构。CL方法用于薄片研究的优点之一是可以在较低放大倍数下较全面地观察各种矿物之间及其内部的结构。此外，CL记录的是清晰的彩色图像，而不像常规使用的U/Pb年龄测定前的电子探针CL系统，只能记录锆石的黑白图像。尽管上述讨论的CL信息主要是描述性的，但在使用电子探针、离子探针、激光剥蚀以及其他光谱学或矿物流体包裹体等研究之前，可作为重要的辅助研究方法。
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  日照市松柏地热井水化学特征及地热成因分析

  郭本力, 杨鹏, 袁杰

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 15-23+31. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.002

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  松柏地热井是目前胶南隆起区水温最高、水量最大的地热单井。本研究基于松柏地热井地热地质条件，分析了该井地热水的水化学特征及微量元素特征，采用地热水元素比例系数法对地热水的主要组分来源进行了分析，并评价了该地热水的结垢趋势和腐蚀性。利用Na-K-Mg三角图解法确定地热水为部分平衡水，并在此基础上运用地球化学温标法、多矿物平衡图解法确定热储温度为124℃。通过地热流体δD和δ¹⁸O同位素与大气降水线的关系，确定地热水补给来源为大气降水，并利用δD同位素的高程效应，计算地热水补给高程为407～467 m,补给区范围为南部五莲山、九仙山一带，并得出热储循环深度为2 349 m。该区地热水属于断裂控制的低温地热资源。
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  白云凹陷东部深水区混源油定量解析

  王宁, 明承栋, 杨晨艺, 郑志乐, 唐英博

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 24-31. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.003

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  白云凹陷东部为珠江口盆地深水油气勘探的热点地区，该区存在多源多洼的供烃格局，原油、凝析油及天然气共存，且油气空间分布极其不均一，为揭示该区油气来源并确定文昌组、恩平组两套主力烃源岩成藏贡献，对该区原油(凝析油)的正构烷烃单体碳同位素特征与气相色谱指纹特征进行精细分析。结果表明，研究区原油(凝析油)为文昌组与恩平组烃源岩共同贡献的混源油，不同构造带原油(凝析油)中文昌组与恩平组烃源岩的贡献率均存在差异，其中凝析油及H34油藏原油主体由恩平组烃源岩贡献，贡献率为66%～78%,文昌组贡献率较低，仅为21%～32%;H16及H29油藏原油由文昌组及恩平组烃源岩贡献，恩平组烃源岩贡献率为53%～58%,文昌组烃源岩的贡献率为42%～47%,两者贡献率相当。
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  仰斜钻孔倾角对顶板含水层疏放水影响的数值模拟研究

  马亚杰, 刘莉, 李悦, 郭世达, 翟俊杰

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 32-39. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.004

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  钻孔疏放水是防治煤层顶板水害普遍采用的方法，在特定的含水层条件下，钻孔疏水量与疏水降压效率均受结构参数的密切影响，倾角是重要参数之一。针对不同倾角对仰斜钻孔疏放水量与降压效果的影响，建立均质各向同性水平含水层疏水模型，研究倾角为10°、20°、30°、40°及90°的仰斜钻孔边界设置，模拟定流量与定水头情况下的钻孔疏水量特点。研究发现：定流量疏水条件下，疏水钻孔缓倾斜到陡倾斜过程中，水位降落漏斗由底部平坦、影响面积大的椭圆形变为底部尖锐、影响面积小的渐圆形；定水头疏水条件下，钻孔疏水量随倾角增加锐减。含水层水平时倾角缓的钻孔更利于大面积水位降低及长期保持大水量疏放水。
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  基于点-单元接触模式的水平岩层运动连续-非连续方法模拟

  王学滨, 薛承宇, 岑子豪

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 40-49. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.005

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  采场上覆岩层的开裂和破断在力学上可归结为连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化。正确模拟采场上覆岩层运动过程对于岩层稳定性控制和有关灾害预防具有极其重要的意义。介绍了历时10年自主开发的拉格朗日元与离散元耦合方法的基本原理，以及以此为基础最新发展的水平岩层运动计算方法。以接触-摩擦模块为例进行介绍。采用点-单元接触模式取代单元-单元接触模式，以起到精简算法和适于图形处理器(GPU)并行计算的目的。通过3个采场算例，展现了该方法的优势。该方法适于研究采动条件下岩层的变形、开裂、离层、破断和冒落等，具有需要参数少且参数容易获取的特点。
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  煤中可溶性有机质变化对其表面疏水特性的影响研究

  杜建华, 边素素, 林立深, 王有俊, 孙彭通, 胡相明, 王兆喜, 刘金举

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 50-60. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.006

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  为探究煤的疏水特性与煤体结构之间的关系，采用丙酮溶液抽提煤体中可溶性有机分子化合物（可溶性有机质）。借助核磁共振碳谱分析、X射线光电子能谱分析等方法探讨煤体结构中主要元素含量及存在形态的变化。分别建立原煤与抽提残煤大分子模型，采用接触角实验与分子动力学模拟方法，研究了抽提前后煤的疏水特性变化。元素含量分析显示，经过抽提作用，弱化了煤体结构中的芳构化程度。其中煤体结构的芳香结构含量降低，碳氢键（C—H）含量由70.56%减少至53.28%,O 1s中的碳氧双键（C=O）含量由56.60%损失至34.58%。利用近似分析方法构建的原煤和抽提残煤分子模型分别为C₁₅₉H₁₄₅N₃O₂₇和C₁₅₅H₁₄₆N₂O₂₅。分子动力学模拟进一步验证了润湿剂对煤与水之间作用的影响。分析认为，煤中可溶性有机质中的芳香结构及含氧官能团是影响煤表面疏水特性的主要结构。
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  金属卟啉在均相CO₂电催化还原中的研究进展

  郁宗华, 陈宝通, 刘文博, 王康

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 61-73. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.007

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  四苯基卟啉过渡金属配合物及其衍生物具有良好的均相催化CO₂还原性能，本研究总结了近年来金属卟啉配合物作为CO₂还原均相电催化剂的研究进展。取代基的种类及其位置的改变能够显著影响金属卟啉在均相催化CO₂还原的活性；具有不同金属中心的卟啉配合物呈现出不同的催化性能；双金属中心的卟啉配合物能够利用局部推拉机制提高反应中间体的稳定性，进而降低催化反应的过电位；选择合适的电解液能够对催化体系产生显著影响。此外，指出了与卟啉分子结构类似的金属酞菁和萘菁等配合物分子具有作为CO₂还原均相电催化剂的潜力，为高效的CO₂还原电催化剂的开发提供指导。
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  层状页岩巴西劈裂破坏特征颗粒流模拟研究

  黄薇, 闫治涛, 孙峰, 赵兵兵, 薛世峰, 周博

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 74-82. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.008

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  页岩储层是非常规油气资源开发研究的热点之一，层理面性质对页岩的力学行为有重要影响。针对层状页岩巴西劈裂载荷下的破裂特征，采用颗粒流软件研究层理面倾角、黏结强度比值及天然裂缝等因素对层状页岩巴西劈裂试验抗拉强度及破裂模式的影响，结合颗粒细观力链及裂纹动态变化过程分析页岩细-宏观破裂演化机制。结果表明：层状页岩巴西劈裂试样呈现3种破坏模式：页岩基质劈裂拉伸破坏、沿层理的劈裂拉伸破坏和沿层理和页岩基质的拉伸、剪切复合型破坏；微裂纹萌生于圆盘顶部与底部加载处，峰值荷载后，微裂纹扩展贯通并出现较为密集的力链直至岩石形成宏观破坏；层理面黏结强度比值的大小影响着试样的破坏形态与峰值强度；随着层理角度的增加，抗拉强度逐渐减小；考虑天然裂缝的影响后页岩的抗拉强度更低，裂纹扩展模式更为复杂。
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  输电塔塔型对气象监测塔影干扰效应影响分析

  李丹煜, 刘彬, 吴昊恺, 徐万海, 王恩浩, 李明鎏

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 83-94. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.009

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  为了揭示输电塔的塔型对气象监测的塔影干扰效应，分别建立了双回路直线/耐张两用塔、单回路猫头塔与圆管塔3种不同塔型输电塔的计算流体动力学模型。运用切割体网格技术对计算域进行了网格划分，采用Realizable k-ε模型，结合雷诺平均Navier-Stokes方程模拟输电塔周围的流场，探究各截面风速变化较小的区域，对比得出塔影干扰效应最小的截面。结果表明：对于所研究的3种塔型的输电塔，塔影干扰效应较弱的位置一般出现在塔腿或塔身横隔面的迎风侧杆件附近，为获取准确的风速数据，可将风速监测装置安装在相应的位置。
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  基于YOLOv3-tiny的火焰目标检测算法

  徐岩, 李永泉, 郭晓燕, 韩立苏, 刘巧玲

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 95-103. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.010

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  基于YOLOv3-tiny网络提出一种满足实时性需求的火焰目标检测算法，解决现有一般算法在自制火焰数据集上检测效果不佳的问题。通过构建CSP-MobileNetV2结构并引入到骨干网络池化层替换原始卷积层，提升网络的特征提取能力；引入选核注意力网络(SKNet),使卷积核对不同尺寸的火焰目标实现自适应调整，增强了对火焰特征的提取能力；引入金字塔池化模块(PPM),将具有不同感受野的特征图进行融合，实现多级特征信息融合互补，提高特征表达能力。实验结果表明，改进算法在自制火焰数据集上的平均检测精度均值达到84.3%,比原网络提高4.1%。
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  Riesz空间分数阶Klein-Gordon-Zakharov方程的保能量格式

  刘莹, 孙建强, 孔嘉萌

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 104-109. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.011

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  首先利用傅里叶拟谱方法对Riesz空间分数阶导数离散近似，然后利用二阶平均向量场方法构造出Riesz空间分数阶非线性Klein-Gordon-Zakharov方程新的保能量格式，最后利用新的平均向量场格式数值模拟方程孤立波的演化行为。数值模拟结果表明，Riesz空间分数阶非线性Klein-Gordon-Zakharov方程的新格式可以精确地保持方程的能量守恒特性。
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  改进VMD去噪与多特征融合的声发射信号识别方法

  程铁栋, 王运来, 张志钊, 易其文, 尹宝勇, 袁海平

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 110-119. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.012

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  针对岩石破裂过程中声发射信号难以识别的问题，提出一种改进变分模态分解(VMD)去噪与多特征融合的声发射信号识别方法。首先，根据奇异值理论确定VMD分解模态数K,实现信号的自适应分解。然后，利用排列熵筛选出最优本征模态分量(IMF)并重构，进而提取重构信号的多个特征向量并融合。最后，将融合特征向量输入到多元宇宙算法优化的支持向量机(MVO-SVM)模型实现声发射信号的识别。实验结果表明，相比同种特征提取方法，基于改进VMD去噪的识别效果优于EEMD去噪和小波阈值去噪；相比单一特征向量，声发射信号的融合特征向量可以取得更高的识别准确率。
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  基于视听感知替代的虚拟环绕声导盲系统设计

  陆翔, 吴冕, 杨新宇, 张国宁, 王新钰

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2022, 41(06): 120-128. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2022.06.013

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  随着信息技术的快速发展和视障人士数量的逐年增加，视障人士急需更准确和稳定的导盲设备辅助出行。障碍物检测与人机交互在导盲系统研究领域有广泛应用。本研究基于视觉-听觉感知替代原理，利用双目视觉系统感知障碍物，使用头相关传输函数实现虚拟环绕声，将障碍物信息映射为声源方位信息，实现导盲功能。该设计将视听融合技术融入导盲系统，通过标定双目摄像头获取准确、稳定的图像信息；然后对图像进行畸变校正与立体匹配，提取图像中的障碍物信息并映射为声音参数；最后生成提示音，通过耳机将障碍物的方位信息传输给用户。试验结果表明，使用者判断的水平角度偏差在15°之内的测试成功数占总测试数的82.85%,垂直角度偏差在15°之内的测试成功数占总测试数的67.5%,能够实现基本的辅助导盲。该设计满足导盲所需的准确度高、实时性强的要求，并解决了导盲领域对障碍物垂直方位的检测需求。