基于水力层析法的某煤矿承压含水层叠加放水试验分析

水文地质参数是衡量含水层富水性的重要指标,其空间分布特征的准确推算,对于矿井突水灾害预报与防治具有积极意义。传统放水试验分析方法得到的是等效水文地质参数,不能准确刻画含水层的空间异质性。基于随时间变化的水头数据与水文地质参数的互相关分析,将水力层析法应用在陕西榆林柠条塔煤矿井下承压含水层叠加放水试验数据分析中,获得了研究区水文地质参数的空间分布特征。结果表明,工作面南北富水性差异大,涌水区位于强导水带上;从涌水区往北,导水系数和储水系数整体上逐渐减小;南部导水系数和储水系数均较大,属于富水异常区。研究表明,水力层析法是一种有效的非均质含水层参数识别的新技术,将井下放水视为针对含水层的刺激源,结合水头与水文地质参数的互相关分析,联合多个观测孔的水头响应数据,反演刻画研究区域的主要地质结构特征。在矿井水文地质条件分析中,预先采用水力层析法识别富水异常区域,可以有效降低突水事故风险。     

综合物探技术在大秦龙山地热勘查中的应用研究

大秦龙山旅游开发区位于甘肃省天水市甘泉镇,区内热储层岩性为秦岭岩群变质岩及下部花岗岩体等,在岩体裂隙较发育的地段,形成地热储集的空间,地下水经热储集区加热后,沿导水导热构造带循环运移至阻水断层处聚集形成地热异常区。文章结合水文地质条件,利用微重力、可控源音频大地电磁法(CSAMT)对该研究区地层岩性、地质构造及热储埋深进行勘查,基本查明了区内控热构造的空间展布特征。研究结果认为:结合勘查物探成果可合理布置探采结合钻孔,并通过抽水试验,最终获得井口水温为38.3°,出水量为326 m~3/d的地下热水,达到了既定勘查效果,证明综合物探技术在地热勘查中的实际应用效果明显,可为钻孔布设提供科学依据。     

浅层含水层导水系数空间变异分析——以河套平原呼和浩特市为例

水文地质参数空间变异性是影响地下水水流及溶质运移不确定性的主要因素。呼和浩特市浅层地下水导水系数空间变异研究对导水系数等值线的绘制与校正有实际意义。剔除异常值后,利用地质统计方法研究区域、N-S向、E-W向剖面的空间分布,利用GS+对其空间变异结构进行分析,得出以下结论:导水系数在区域上属于强变异程度,N-S向剖面属于强变异程度,E-W向剖面上属于中等变异程度;导水系数在区域上、N-S向剖面、E-W向剖面均近似服从对数正态分布;区域上变程为2910m,E-W向剖面变程为3729.92m,N-S向剖面变程为2478.74m。     

成都东部新区空港新城咸淡水分布规律研究

利用成都高新东区(空港新城)城市地下空间资源地质调查项目实施的188个深度160～220 m钻孔开展分层取样、井液电阻率测试、岩芯分层TDS测试等综合方法查明成都东部新区空港新城咸淡水界面的平面分布特征、垂向分布特征及水化学特征。结果显示:(1)研究区咸淡水界面平面分布呈东西分带特点。(2)从垂向分布特征看,埋深0～15 m范围内,全区基本无微咸水分布;埋深15～20 m范围内,微咸水点零星出现,至埋深20 m后会大量增加;15～70 m埋深内,微咸水普遍分布在地层膏盐分布区,而在非膏盐分布区基本不存在微咸水;在埋深70m以下,丘陵区全区均有微咸水分布的现象。(3)研究区咸水化学成分一般主要以硫酸盐(钠、钙)为主。但在埋深70 m以下非膏盐分布区咸水水化学特征主要以氯酸盐为主,其次为硫酸盐。随着埋深增加,咸水矿化度总体呈上升的趋势,埋深50 m和80 m以下分别出现咸水和卤水现象,但矿化度随深度递增的线性规律并不明显。研究结果为成都东部新区空港新城地下空间利用规划提供基础资料,为广大红层丘陵区查明咸淡水分布规律提供了借鉴。     

电法勘探在煤矿防治水中的应用

根据小窑采空区、构造及陷落柱等不同地质条件，介绍了采用瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法的探测效果。通过对比实验，认为探测目的层埋深在500m以浅。首选采用瞬变电磁法，埋深超过500m，则采用可控音频大地电磁法。     

高频大地电磁法在戴云山隧道围岩分级中的应用

戴云山隧道由于具有埋深大、洞程长、穿越地质单元复杂多样等特点,地震折射波勘探法难以获得隧道围岩物性参数,其围岩分级效果较差。高频大地电磁测深法具有探测深度大,已成为隧道地质勘察中的一种重要方法。通过地表实施高频大地电磁法观测获取隧道洞深围岩电阻率,利用围岩电性参数计算岩体完整性系数(Kr),进一步采用Kr对戴云山隧道进行围岩分级。对比分析了两种方法的围岩分级效果,结果表明,Kr分级结果与实际开挖情况更为吻合。研究结果表明:基于高频大地电磁法计算的岩体完整性系数Kr可以作为评价深埋隧道岩体完整程度量化指标。     

岩溶含水层系统参数空间分布的优化研究—以焦西矿区为例

本文在研究焦西矿区岩溶含水层系统的基础上,提出了一种新的岩溶含水层系统参数识别模型(简称NOPRI模型)该模型利用不规则有限网格差分形式计算各时段各节点均衡子域剩余水量,并以其平方和作为目标函数,在对焦西矿区水文地质条件进行研究的基础上,建立约束方程,利用可变误差多面体法求解参数(导水系数,矿坑涌水量分配系数);并与实际水文地质条件和《焦作地区岩溶水开采资源评价及开发利用研究》所得的参数进行分析对比。NOPRI模型是一种直接求参法。      

地热田温度预测的反演电阻率方法

论述了地下温度和电阻率之间的关系,在较小范围工区内(考虑测井资料的情况下),利用可控源音频大地电磁测深反演电阻率预测地热田深部温度,探讨了该方法的实际应用效果.事实证明,由可控源音频大地电磁测深数据进行反演得到的电阻率分布,不仅能够探测地层埋深和断裂构造的空间分布情况,而且在一定条件下可以推断热储构造的温度.     

大地电磁单分量精准处理技术与深部致灾水体探测

为了实现天然源单分量大地电磁技术对水文地质条件的精细探测,系统分析了大地电磁信号采集和处理中存在的问题,研究了地下富水区在大地电磁波上的响应特征;根据大地电磁测深理论和层次分析法,建立了富水性指数模型;在大量实验数据的基础上,拟合波形和岩性的对应关系,从波形上分维提取岩层的介电常数、弹脆性、密度、空隙率等物性信息,按有利于岩层富水的原则赋值和归一化处理,纳入富水性指数模型进行多维度耦合计算,可得到相应深度的富水性指数值。富水性指数包含了丰富的岩层物性信息,增强了富水区在大地电磁波上的响应幅度,减小了天然场源强度变化对信号采集和识别的影响。根据富水性指数模型,利用现代计算机及通信技术,设计了双层阵列扫频式平行板电容传感器和大地电磁探水仪,并开发出了相应的数据处理程序,探测深度分辨率可达0.1 m,能够从庞杂的电磁信号中自动辨识来自深部的微弱信号,实现从时变性场源中采集信号并计算出相对稳定的富水性指数。经现场试验,仪器可清楚划分含水层和隔水层,识别富水区和微小导水通道。该技术在矿井水害防治、废弃采空区修复治理、注浆堵水、深部水文地质条件探测等工程中具有广阔的应用前景。      

淮北平原降雨入渗补给系数随地下水埋深变化特征

水文地质参数对地下水资源评价起着至关重要的作用。其中,降雨入渗补给系数是影响浅层地下水水量、水质的重要参数。它对研究区域水量转化和水量平衡也十分重要。但是由于受降雨量、土壤类型、植被、地下水埋深等诸多因素的影响,准确判断降雨入渗补给系数存在很大困难。如果没有考虑这些因素的影响,尤其是降雨量和地下水埋深的影响,所推求的降雨入渗补给系数就会存在较大误差。结合安徽省淮北平原区五道沟水文实验站观测的降雨量、地下水补给量、地下水水位资料,利用两种不同的方法推求了不同降雨量等级的次降雨入渗补给系数。根据统计学理论研究了不同降雨量条件下,次降雨入渗补给系数随地下水埋深变化的分布规律,建立了次降雨入渗补给系数与地下水埋深的回归模型,并进行了相应的检验。研究表明,在控制地下水埋深的条件下,次降雨入渗补给系数随地下水埋深的变化符合指数分布;在地下水位自由变动的条件下符合伽玛分布。     

物探技术在多年冻土探测方面的应用

在青藏高原东部温泉地区对多年冻土厚度探测进行了试验研究,总结出一套可行的用于探测0～100 m范围内多年冻土分布及厚度的探测方法:选用探地雷达及瞬变电磁测深法分别对冻土上限及冻土下限进行探测,探地雷达分辨率高,能够有效解决地下0～5 m范围内多年冻土是否存在及上限埋深情况,而瞬变电磁测深法能有效解决地下5～100 m范围内的多年冻土下限埋深情况。     

大地电磁测深法在冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价中的应用

地热资源作为一种清洁能源,在“双碳”背景下,其开发和利用越来越受到重视。为了探查渤海湾盆地的冀中坳陷深部碳酸盐岩的热储条件,笔者等利用3条大地电磁测深剖面,进行了数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型和电阻率等深度平面图。分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,同时根据基底隆起形成的高阻异常对深部碳酸盐岩分布和埋深进行了推断,并对冀中坳陷深部碳酸盐岩热储进行评价,以圈定地热异常远景区。分析认为：① 研究区电性结构可以被划分为5层,其中第5电性层为高阻标志层,对应深部碳酸盐岩基底;② 据此圈定了3类深部地热远景区：基岩埋深小于4000 m,如高阳低凸起地热远景区、黑龙口低凸起地热远景区（徐水凹陷）和河间潜山地热远景区（饶阳凹陷）,基岩埋深4000~5000 m,如雁翎潜山地热远景区（霸县凹陷）,基岩埋深5000~5500 m,如肃宁潜山地热远景区和留路潜山地热远景区;③ 大地电磁测深方法适用于冀中坳陷深部碳酸盐岩热储远景区的探查。深部热储远景区的圈定,可为后期的地热资源评价和开发利用建立基础。     

基于遍历搜索算法的水文地质参数优化求解

为了解决传统的Theis配线法在求参过程中无法利用全部抽水试验数据、手动配线效率较低、求参过程受人为主观因素影响较大等问题，利用抽水试验数据，以Theis公式和叠加原理为理论基础，以理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值达到最大为目标函数，基于Matlab软件编程，再利用遍历搜索算法对导水系数（T）、贮水系数（S）在其对应范围内进行遍历，实现了水文地质参数的自动精确求解。将遍历搜索算法应用于2个抽水试验实例的水文地质参数求解，并与传统求参方法的计算结果进行比较分析。结果表明：利用遍历搜索算法求参的计算结果与传统求参方法的计算结果相近，表明利用遍历搜索算法求解水文地质参数有效可靠；2个抽水实例利用遍历搜索算法得到的参数对应的理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值分别为0.996 5、0.970 8，且相比传统的求参方法而言更接近1.000 0，说明其拟合程度更好。     

地下水数值模拟中入渗补给滞后的处理方法

地面水入渗补给地下水具有滞后性。文章介绍了地下水数值模拟中入渗滞后补给的权系数方法,该方法仅有一个参数需要确定。基于均质介质和底面为自由液面的一维土柱的理想模型数值试验,利用不同滞后因子的饱和地下水流模型同饱和-非饱和地下水模型求解的入渗补给量进行对比分析,认为待定参数与地下水位埋深成反比,与介质的饱和渗透系数成正比,通过40组设定的模型试验得到地下水埋深和饱和渗透系数对应的待定系数取值的统计关系式。这些成果为饱和地下水流模型中入渗滞后性的描述提供了参考,将提高地下水流模拟的仿真性。     

青藏高原西缘壳幔电性结构与断裂构造: 札达-泉水湖剖面大地电磁探测提供的依据

青藏高原西缘札达至泉水湖剖面大地电磁探测结果表明, 研究区被雅江缝合带、班公-怒江缝合带划分为3个构造区域, 由南至北分别为喜玛拉雅地体、冈底斯地体和羌塘地体.研究区内普遍存在中下地壳高导层, 高导层的顶面埋深起伏较大, 冈底斯内的高导层埋深大, 羌塘和喜玛拉雅地体内的高导层埋深较浅.在班公-怒江缝合带南侧高导层埋深最大, 班公-怒江缝合带南北两侧高导层埋深存在一个约20km的错动.冈底斯地体内的地壳高导层呈北倾形态, 南羌塘的地壳具有双高导层.沿剖面的上地壳存在多组规模不等、产状不同的电性梯度带或畸变带, 反映了沿剖面地区的缝合带与断裂带分布情况.根据电性结构特征, 推断了雅江缝合带、班公-怒江缝合带以及龙木措、噶尔藏布等主要断裂的构造特征与空间分布.      

50年来华北平原降水入渗补给量时空分布特征研究

针对华北平原水文地质条件复杂,地下水开发利用程度高,地下水位埋深和包气带岩性在时间和空间上差异大的特点,基于大量钻孔和地下水位监测资料,将华北平原划分为4个水文地质单元,以埋深7 m作为降水入渗稳定点,根据各分区的水文地质条件对钻孔岩层赋予入渗系数值,应用加权平均法求得华北平原20世纪60年代、80年代和21世纪初的降水入渗系数分布图.利用华北平原1956-2008年水资源四级区逐月降水量数据,求得华北平原20世纪60年代、80年代和21世纪初各分区单元的降水入渗量.结果表明,50多年来华北平原降水量呈减少的趋势,降水入渗系数呈增加的趋势,降水入渗量呈增加的趋势.3个年代的降水入渗量分别是118.86×108,147.91× 108和174.33×108 m3.     

潜水含水层导水系数空间分布特征的初步分析

以新疆三工河流域浅层含水层为研究对象,采用地质统计学中的原理与方法,初步分析了该含水层导水系数的空间分布特征.结果表明,1)该含水层导水系数在空间上的变化服从正态概率分布;2)含水层的导水性能在空间上属于中等变异性;3)导水系数在空间位置的一定范围内具有相关性,东西方向的相关尺度a=5.0km,南北方向的相关尺度a=7.8km;4)该含水层的导水性能为各向异性的.文中的研究方法与步骤可以用来分析其它冲洪积浅层含水层导水系数的空间分布特征.     

CSAMT在我国淮北某煤矿防治水工程中的应用

淮北某煤矿,受矿区构造控制,被划分为三个采区,其中南部采区为一独立的水文地质单元,其松散层"新生界四含"水直接威胁到矿井的安全生产。为此需查明"新生界四含"的赋水情况。在该矿区,相对瞬变电磁法,可控源音频大地电磁法可有效克服能量衰减迅速、分辨率较低的问题。经过试验,确定了该区收发距参数及52个工作频点。通过测区2个钻孔点与140测线视电阻率剖面图的对比,验证了本次勘探数据采集、处理、解释的方法选取准确。结合勘探区内已知水文地质情况,利用统计学原理确定了含水异常划分阈值。据此推测"新生界四含"富水区分布范围及其间水力联系。     

基于微水试验倾斜承压含水层水文地质参数的推估

为了准确的推估出倾斜承压含水层的水文地质参数,有必要考虑倾角对于参数推估的影响.通过建立倾斜承压含水层微水试验的数学模型,利用理论和现场试验数据分析方法,得出倾角对导水系数等水文地质参数推估的影响.结果表明:低渗透条件下,倾角越大非振荡水位恢复速度越快;高渗透条件下,倾角越大振荡水位振幅越大.储水系数越大倾角上限越小,倾角影响越明显,而倾角上限对于导水系数的变化不敏感.根据该结论建立了无因次储水系数和倾角界限之间的经验方程,用于预测倾角是否会影响水文地质参数的推估.当实测倾角大于倾角上限时,倾角影响不可以被忽略,忽略倾角会导致导水系数估值偏高,储水系数估值偏低.      

变埋深条件下饱和土爆炸能量耦合系数的试验研究

通过在? 2.5 m×5 m模拟爆炸装置中进行了饱和土爆炸试验。利用自由场试验研究了饱和土在不同埋设深度条件下的爆炸问题,得到了相应的爆炸破坏效应的宏观特征和压力实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了饱和土中爆炸波传播规律,并通过试验得到耦合系数的试验数据,绘制了耦合系数曲线。实验结果表明,对于封闭爆炸最小比例埋深为2.62 m/kg1/3,当比例埋深大于2.62 m/kg1/3时,峰值压力与动量受比例埋深的影响不大,此时爆炸能量基本被封闭在饱和土中。