典型草原露天煤矿区地下水-湖泊系统演化

由于气候干旱、大量疏排地下水导致草原露天煤矿区普遍存在着水文循环失调、土壤沙化、草地退化等环境地质问题.本研究以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为研究对象,在对矿区地下水湖泊系统调查分析的基础上,结合水文、气象及遥感影像等数据,应用水均衡原理构建矿区地下水位湖泊面积响应机制的数学模型,并利用此模型预测分析矿区开发对伊敏盆地内湖泊面积的影响.结果表明:煤矿开采35年来,伊敏盆地湖群数量由开采前(1982年)的5个变为如今(2017年)的2个,湖泊总面积由原来的6.94 km 2萎缩到1.12 km 2;矿区地下水湖泊关系由自然状态下的地下水补给湖泊型向湖泊补给地下水型演化;本文建立的地下水湖泊耦合数学模型可较好地对湖泊面积进行预测,在气候因素波动不大、矿山开发稳定的状况下,该矿闭矿时(2045年)研究区湖泊面积将萎缩至0.56 km^2.     

典型草原露天煤矿区地下水环境演化机理研究

伊敏露天煤矿位于中国东北部呼伦贝尔草原上,多年来的矿业活动对区域地下水环境造成严重影响,同时也给原本脆弱的草原生态环境带来威胁。文章以伊敏煤矿区地下水为研究对象,对比煤矿开采前（1973年）后（2016年）地下水系统的变化特征,运用流场对比、数理统计、Piper三线图、库尔洛夫式等对矿区地下水流场和水化学场的时空演化规律进行研究,以揭示强烈人工干预下草原矿区地下水与环境的相互作用机制。结果表明:露天煤矿开采活动使矿区地下水原生的还原环境变为氧化环境,煤层中的黄铁矿(FeS 2)被氧化、产酸并引发后续一系列反应,其结果导致矿区地下水pH值降低,总硬度(TH)、SO 2- 4、Fe 2+、Fe 3+、Ca 2+、Mg 2+离子浓度升高;水化学类型由以HCO 3—Na ·Ca ·Mg型为主演化为以HCO 3 ·SO 4—Na ·Ca ·Mg型为主;煤矿开采强烈疏排地下水加速了区域地下水循环速度,使地下水向着淡化方向发展,TDS、COD、Na ++K +等均呈降低趋势。     

半干旱区域高速公路绿化带建设对地下水循环的影响: 以京藏高速公路呼包段为例

高速公路绿化带能美化环境,吸尘减噪,保持水土,但在降水量少的干旱地区,高速公路绿化带主要依赖地下水补给,会对区域地下水资源分布产生一定影响。以土默川平原北部呼包高速绿化带为研究对象,利用3S技术将研究区的绿化带进行分类,同时,结合ET_0等相关公式计算绿化带的蒸腾耗水量。在收集区域水文地质资料的基础上,掌握研究区的地下水补径排特征,计算研究区侧向补给量,进而得出绿化带蒸腾耗水量与地下水补给量之间的关系,定量分析高速公路绿化带建设对区域地下水循环的影响。结果表明:研究区地下水补给主要来源于大青山山前侧向补给,主要排泄为地下水径流排泄及绿化带的蒸腾耗水; 2016-07—2017-06期间,研究区非植被区、植被覆盖区分别占总面积的17%和83%,绿化带年蒸散发量为1006.10 mm,蒸腾耗水量为2434.86×10~4m^3/a;山前侧向补给量为24372.16×10~4m^3/a;绿化带蒸腾耗水量约占山前侧向补给量的10%。由此可见,高速公路绿化带的建设对地下水资源分布有着重要的影响。     

不同成分盐水驱CO2的残余气饱和度

CO₂在地下深部咸水含水层地质封存的多种封存机理中,束缚气封存的潜力很大,可占封存总量的30%左右。残余气饱和度是评价束缚气封存量的一个十分重要的参数。通过测定不同成分盐水驱CO₂的残余CO₂饱和度,对不同咸水含水层的束缚气封存潜力进行定性的评价,进一步为深部咸水含水层的CO₂封存量的评估提供了参数依据。同时也对深部咸水含水层CO₂地质封存的工程选址和目标含水层的选择具有一定的指导和借鉴意义。实验使用饱和CO₂的蒸馏水、NaCl溶液、CaCl₂溶液以及NaCl和CaCl₂的混合溶液(质量比1∶1),溶液质量浓度都为10%,驱替饱和CO₂的岩心,最后计算残余CO₂饱和度。饱和CO₂的溶液驱替CO₂的过程可以分为两个阶段：活塞式驱替和携带式驱替。实验结果显示,4种液体驱替实验的残余CO₂饱和度由小到大依次为：蒸馏水、混合溶液、NaCl溶液、CaCl₂溶液。结果表明：在界面张力和流体粘性共同作用下,界面张力对岩心中CO₂驱替效果的影响起主导作用;这3种类型盐水中,Cl-Ca型水束缚气封存潜力最大,其次是Cl-Na型水,Cl-Na·Ca型水最差。     

CO2纯度对咸水层碳封存过程中残余水的影响

CO₂在地下深部咸水含水层的封存过程中,岩石孔隙内形成的残余水对CO₂可注入性、封存量及安全性都有负面影响,因此深入探究各因素影响下残余水的形成演化具有重要意义。文章利用取自鄂尔多斯盆地深部储层的天然岩心,在40℃和8 MPa的实验条件下利用3种纯度的CO₂(99.999%CO₂、75%CO₂+25%N₂以及50%CO₂+25%N₂)进行饱水岩心驱替实验,以探究CO₂纯度对残余水的影响。实验表明,在3种CO₂纯度下的岩心驱替实验中,达到突破点和排水终点所需时间排序均为：99.999%CO₂<75%CO₂+25%N₂<50%CO₂+50%N₂;不可再降残余水饱和度大小排序为：99.999%CO₂<75%CO₂     

CO2地质封存室内实验中盐水种类对残余水形成的影响

在咸水含水层中进行CO2地质封存是通过向含水层中注入CO2驱走咸水实现的。在大部分地下水被驱走之后,仍会有部分地下水残留在原来的岩石孔隙中形成残余水。残余水的形成过程及残余水饱和度的大小对CO2地质封存潜力及地质封存安全性等都具有重要影响。本研究通过超临界CO2排驱饱水岩心实验,研究了盐水种类对残余水的形成过程及残余水饱和度大小的控制作用。实验结果表明,在盐水浓度相同（35 g/L）的情况下,超临界CO2排驱盐水的最终稳定不可再降的残余水饱和度是去离子水＜NaCl盐水＜CaCl2盐水。从实验结果看,超临界CO2排驱咸水的过程可划分为3个阶段,本文分别称他们为活塞式排驱阶段、携带式排驱阶段和溶解式排驱阶段。论文提出了一个毛细管模型,利用这一模型对这3个阶段中CO2排驱水的机理进行了分析。     

温压条件对非饱和低渗透砂岩中CH4突破压力影响的实验研究

突破压力在气藏开采和盖层封闭性评价中起着重要的作用。为模拟地层温度压力变化对低渗透性砂岩中CH₄突破压力的影响,采用逐步法对取自鄂尔多斯盆地早二叠世非饱和低渗透砂岩,进行了不同温压组合条件下的CH₄突破压力实验。结果表明:随着温度或压力的升高,CH₄突破压力和突破时间均呈下降趋势,且压力变化对CH₄突破过程的影响更加显著。分析发现,温度压力对CH₄突破压力的影响,是由于温压变化改变了界面张力和接触角的大小,进而控制突破压力的大小;另外,突破压力随着两相黏度比的增大而减小,且温度压力越高,黏度比对突破压力的影响越小。因此,实验温压范围内,对于非饱和低渗透砂岩储层,温度和压力越高越有利于气藏开采;对于非饱和低渗透砂岩盖层,温度和压力越低,盖层封闭性越好且越安全。