地质构造对含水系统的控制作用及突水水源识别研究——以贾郭煤矿突水事件为例

【目的】为探索井田太原组含水系统为独立的水文地质单元,地质构造控制和影响井田范围太原组岩溶裂隙水流系统的补、径、排条件。【方法】采用水化学特征及D、^(18)O稳定同位素含量测试分析方法,结合野外精细地质调查及井下涌水点观察。【结果】贾郭煤矿矿井突水水源来自王陶河河流补给,预测并通过钻孔验证,证实王陶河松散沉积物覆盖的太原组K2灰岩岩溶裂隙为突水水源的导水通道。受井田太原组岩溶裂隙水流系统的控制,王陶河河水通过河床下方的太原组K2灰岩含水层,顺层向井田凹陷构造的低洼处径流,导致主斜井K_(2)灰岩裂隙处引发突水。为贾郭煤矿矿井水害防治提供了可靠的依据,也为生产矿井井下突水水源识别提供了可鉴借的有效途径。

线状排泄带对地下岩溶发育的控制及富水区形成的作用——以费县岩溶含水系统为例

为了在费县寒武-奥陶纪碳酸盐岩分布区寻找富水区,建设集中供水的水源地,通过河水流量监测、水文地质钻探、动态监测等勘查和试验手段,查明了费县岩溶含水系统的含水层主要为炒米店组至八陡组碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组。含水层具有相对封闭的边界条件和基本统一的水动力场和水化学场。该系统分为补给区、补给径流区和汇集排泄区,岩溶最大发育深度分别为132m、200m、300m,含水介质由溶蚀裂隙、溶孔渐变为溶穴、溶洞。研究认为:线状排泄带的形成与地形南北高沿河低、北部弱透水岩层的阻挡和河床岩溶含水层直接裸露有关。沿浚河、温凉河、祊河岩溶水的线状排泄带对岩溶发育的强度和深度有重要的控制作用。主要线状排泄带附近形成了单井涌水量5000~10000m~3/d和大于10000m~3/d的强富水区,为费县城市生活和工业集中供水的优选地段。

南方岩溶含水系统结构识别方法初探

岩溶含水系统因其含水介质的高度不均匀性和各向异性而难以刻画。文章选取鄂西岩溶槽谷区典型的岩溶含水系统为研究对象,基于野外地面调查、裂隙测量、洞穴探测、多源高精度地下水示踪试验、地下水动态监测等传统手段,结合新技术、新方法来综合查明岩溶含水系统的结构,探讨岩溶含水系统的边界结构、岩溶发育主控方向、介质空间结构的识别方法,最终刻画出岩溶含水系统结构的概念模型。文章的研究成果旨在为岩溶山区1∶5万水文地质调查工作思路与方法应用提供参考,为提高全国新一轮1∶5万水文地质调查成果的精度与质量做贡献。

贵州珠藏向斜煤系含水系统对煤层气赋存的影响

为了揭示贵州省织纳煤田珠藏向斜煤系含水系统对多层叠置含气系统中煤层气赋存及开采的影响,利用地勘探阶段获取的水文地质参数和匹配的含气性测试成果,分析表明珠藏向斜属于开放-半开放且局部伴随自封闭型的煤系含水系统,具有渗入-沉积的水压系统特征,垂向上多层叠置含气系统间的含水层水头高度也同样表现为多层叠置含水系统;依据含水空间特征、水力性质及富水程度认为红梅井田具有2个含水系统,而少普、肥二和肥三井田则可划分出3个含水系统,且各含气系统含气量的区域分布与煤系含水系统的水动力空间展布形态具有较为一致的对应性;利用K-R-q图解对比研究了珠藏向斜原位条件及合层排采时的含水系统特征,结果表明:珠藏向斜煤层气储层所处含水系统对煤层气的储存较为有利,煤系各含水系统含水性弱,导致合层排采的煤层供水能力有限,不能有效扩展降压漏斗,使得气井的供气源受限,在近井地带难以向远端扩延,最终影响后期产气量。在上述研究的基础上,认为单纯的合层排采并不能解决储层渗流通道疏通较差和降压范围较窄的现状,需要考虑其他增产措施。

管道流对非均质岩溶含水系统水动力过程影响的模拟

为深入研究管道流对岩溶含水系统水动力过程的影响,运用排水沟模块和管道流程序分别模拟实验室条件下的管道设置方式,并对模型结构以及模型参数的不确定性进行分析。岩溶地区的高度非均质性和观测资料的匮乏严重影响模型的精度,根据实际实验设置情况,建立3个不同的岩溶含水介质水文地质概念模型,并对渗透系数、给水度进行全局灵敏度分析。研究结果表明:出流总量对给水度的灵敏度高于对渗透系数的灵敏度,而出流过程对渗透系数和给水度的灵敏度大小随着时间变化;通过增加上覆孔隙含水层来改进模型结构的等效连续介质模型(排水沟模块)和准确刻画管道流紊流特征的双重孔隙模型(管道流模块)精度相差不大,模型结果的决定性系数分别为0.89和0.91。

基于管道流模型的岩溶含水系统降雨泉流量响应规律——以贵州后寨典型小流域为例

为深入研究高度非均质岩溶含水系统的补给、运动机理,以贵州后寨岩溶典型小流域为例,运用管道流程序(conduit flow process),基于后寨岩溶典型小流域实际的降雨流量资料,建立降雨泉流量响应理想模型,对不同落水洞补给位置、不同渗透系数和给水度组合情况下的降雨泉流量互相关系数曲线陡缓程度和峰值特征进行研究。研究结果表明:含水介质参数的改变远没有补给位置不同对互相关系数曲线的改变程度高;在不同渗透系数和给水度组合情况下,短距离排水互相关系数峰值可接近1,而远距离排水互相关系数峰值最高仅为0.4。野外实际研究区分析也表明,短径流路径下降雨流量互相关系数峰值高达0.7,而长径流路径下降雨流量互相关系数最大为0.4。辅以必要的水文地质调查,降雨泉流量互相关曲线可用来分析管道径流路径等岩溶含水系统水动力特征。

川西含油气拗陷上三叠统含水系统和水文地质期的划分和定位

本文通过沉积环境、岩性组合、水化学、碳同位素等的论证,将川西拗陷上三叠统划分为须家河组须二段、四段、六段3个主要含水系统,须一段、三段、五段3个相对隔水系统;通过地壳运动、水动力条件、地球物理场等论证了各含水系统经历的水文地质期的次数和型式。"统序"和"期序"的建立,从宏观上构建了深层水形成演化的模式,为深层水及其与聚气成藏之间规律性联系指示了研究的思路、途径和方向。

裂隙岩溶含水系统溢流泉演化过程的数值模拟

本文利用非连续裂隙网络介质模型,耦合水动力条件和碳酸盐溶蚀动力条件,建立岩溶含水系统演化的数学模型,并用数值法进行模拟分析。在已建数值模型基础上,构造了两组实例模型(降水入渗补给的裂隙岩溶含水系统和河流补给的裂隙岩溶含水系统)来研究裂隙岩溶系统中溢流泉早期演化过程。模拟发现,裂隙岩溶含水系统演化过程中,裂隙不断被溶蚀拓宽,致使系统中潜水位不断下降,许多小泉被疏干;同时不同裂隙之间存在溶蚀差异,在潜水位及优势通道附近的裂隙溶蚀速度快,而其它位置则相对慢得多,差异溶蚀促使系统形成优势溶管,优势溶管逐渐袭夺水流,形成大泉。另外对比两模型发现,降水入渗为主要补给源的裂隙岩溶含水系统,泉管道从汇向源发育;而河流入渗为主要补给源的裂隙岩溶含水系统,泉管道则由源向汇发育。

黄河下游浅层地下水资源潜力与含水系统调蓄能力分析

该文对黄河下游地区地下水环境问题进行系统调查,采用对比分析方法,以环境约束为条件,评价黄河下游浅层地下水资源及其潜力,探讨浅层地下水资源变化的原因,并针对浅层地下水无潜力区进行了含水系统调蓄能力分析,提出合理开发利用地下水的模式和建议。近二十年来,由于黄河断流及气候的影响,黄河下游地区地下水补给条件发生了变化,与20世纪80年代相比,浅层地下水可开采资源减少19 19亿m3/a,地下水资源潜力减少29 62亿m3/a,在地下水无潜力区进行含水系统调蓄尤为重要。

论含油气盆地含水系统和水文地质期的划分──以东海西湖凹陷为例

以东海西湖凹陷为例，从理论上分析了怎样划分含水系统和水文地质期，提出了含水系统的内涵，划分了５种基本形式的水文地质初，建立了西湖凹陷新生代沉积体系的层序和期序，并从宏观上概化了地下水成生演化的模式。

昆明市地热田越流含水系统中地下热水的数值模拟

深层基岩地下(热)水水化学污染问题日趋严重,急需定量而仿真地模拟和预报天然状态和各种人为工程经济活动下地下(热)水流动及溶质(或污染物)的运移。在充分认识地质、水文地质条件的基础上,建立了考虑温压变化和越流条件的昆明市地热田深层基岩地下热水系统中水流和溶质运移的准三维非稳定流数学模型。模型用于开采条件下地热田地下热水水位及F-、Cl-浓度的模拟,模拟结果具有较高的仿真性,拟合误差一般小于2%～5%,表明模型合理、可靠。应用所建模型预测了开采条件下昆明市地热田II块段地下热水流场和溶质浓度动态的变化趋势,并提出了控制地下热水环境进一步恶化的措施。

利用泉水电导率频率分布辨别岩溶含水系统的水源组分

岩溶含水系统中水源组分的识别能帮助认识系统的结构,解决岩溶水文及水化学研究的基础问题。以灵水岩溶大泉为例,分解了4个水文年的电导率频率分布隐藏的峰,并对其所代表的水源组分进行分析。发现灵水泉口的水源组分主要有4种:(1)含水系统中岩溶裂隙或管道中释放的重力水,占53%~77%;(2)源于泉口附近携带污染物质的水源,占3%~7%;(3)强降雨期间通过覆盖层分散入渗的水源,或先前存贮在管道或裂隙中流动性差的水被带出含水层,占13%~42%;(4)地面径流以及直接降落到湖面的雨水,占2%~3%。将灵水的电导率频率分布与峰丛洼地的两个典型岩溶水系统对比,分析了电导率的频率分布所蕴藏的含义。研究结果为西南3 620个岩溶水系统的进一步归类提供了参考。

岩溶含水系统水动力特征研究进展

由于岩溶含水系统的高度非均质和各向异性,很难用地下水动力学方法描述岩溶含水系统的水动力特征。为此从理论、试验和数值模拟三个方面总结了岩溶含水系统水动力学的研究成果,指出目前研究岩溶含水系统流态转化的水动力特征参数(临界水利坡度、临界雷诺数)等尚不深入,并提出今后的主要研究方向是通过物理模型和数值模拟等手段来探求裂隙—管道地下水动力学及岩溶含水系统流态转化的水动力特征参数问题,为深入分析岩溶含水系统水动力特征提供了参考依据。

主成分分析法识别岩溶多重介质含水系统水化学和水动力特性——以贵州后寨岩溶典型小流域为例

基于主成分分析,以贵州后寨典型岩溶含水系统为例,对该区1995年8月到1996年8月的10个代表性站点的20个变量进行分析,结果表明,前两个主成分综合携带了全部信息的89.3%。从变量的主成分判别平面图上得出第一主成分F1主要由Ca2+、SIc(方解石饱和指数)、SId(白云石饱和指数)、HCO3-、总硬度、Mg2+决定,第二主成分F2主要由K++Na+、Cl-、SO24-、HCO3-/SO24-、TOD、水温等决定;水流流经地层的岩性是后寨流域内岩溶含水系统水化学类型和各种水化学参数在空间和时间上变化的主要控制因素,次要因素是地下水的水动力条件特别是地下水的径流深度。水文地球化学信息对地下水系统的水动力特征分析具有指示意义,而主成分分析法耦合水动力和水化学方面的信息,为深入了解岩溶含水系统水动力化学特征提供了一种途径。

忻州盆地第四系含水系统三维水文地质结构建模

盆地水文地质结构三维可视模型可以从不同角度直观地、真实地展现盆地孔隙介质的地层、岩性变化特征,成为孔隙性含水系统结构分析的有效手段。本次研究建立了一套可行的、具有一定示范性的综合方法来实现忻州盆地孔隙介质结构的三维可视化。在充分收集整理忻州盆地基础资料的基础上,利用大量的地形、钻孔资料等数字信息建立系统数据库。通过第四系以来地质演变和沉积规律,即岩相、韵律与旋回等研究,辅助利用盆地地质剖面图及第四系地质沉积史来采集厚度控制点(或称虚拟钻孔),按照一定精度采集盆地已有的钻孔和厚度控制点。以GMS软件为平台构建盆地孔隙介质结构可视化模型,实现从不同角度直观地、真实地展示三维孔隙介质的分布规律。盆地含水系统的三维地层结构和岩性结构模型,宏观上反映了地下水含水介质与相对隔水介质的分布情况,有助于对水文地质问题的深入研究,为盆地地下水数值模拟计算奠定了结构基础。

黑河干流中游地区地下水多层含水系统动态仿真

建立了符合水文地质条件的地下水多层含水层模型,基于多边形有限差分方法,利用观测孔水位和泉流量进行了模型参数率定、识别与验证,结果说明了模型的合理性。现状水资源利用模式下地下水位及水资源量的预报分析说明水资源的持续超采最终会加快地下水位的下降及泉水衰减速度,从而恶化生态环境地质和影响到向下游的输水量,而本仿真模型可作为强有力的辅助工具为水资源管理提供科学的技术支持。

多层介质含水系统中石油类污染预测评价——以大庆市纳污湖泡区为例

本文选取大庆市贴不贴泡区的多层介质含水系统为研究对象。在分析水文地质条件和研究各层介质渗透规律的基础上，运用地质统计学方法和数值模拟技术建立起此类含水系统中石油类污染质运移数值模拟模型。应用所建模型对地下水污染趋势进行了预测，并提出污染控制措施。

江苏省南通市深层含水系统地下水水质咸化特征及成因分析

深层含水系统地下水水质咸化是南通市主要环境地质问题之一 ,文章从第四纪含水系统自身特有的水文地球化学环境以及地下水开采两方面 ,对南通市深层含水系统地下水水质咸化特征及形成原因进行分析研究。区内除长江沿岸局部地带出露泥盆系外 ,大部地区为第四系松散层覆盖 ,厚度一般 2 0 0～ 36 0m ,垂向上多层含水砂层相互叠置 ,赋存有丰富的地下水。自上而下可划分为浅层、中层以及深层含水系统 ,其中浅层、中层含水系统埋藏于180m以浅 ,多为咸水 ,开发利用程度较低 ;深层含水系统埋藏于 180m以深 ,地下水具有水质优、水量丰富的特点 ,因而被广泛开发利用。深层地下水的大量开发利用 ,改变了地下水的天然动态 ,水位连年持续下降 ,并形成了规模较大的区域水位降落漏斗。 1997年 ,南通市最低水位埋深 45 0m ,下降速率高达 1 5m a,水位埋深大于 2 0 0m的范围达 5 10 0km2 。此后 ,区域水位降落漏斗仍在继续扩大、加深 ,2 0 0 0年水位埋深已降至 5 6m。随着区域水位降落漏斗的形成和发展 ,该市深层地下水水质发生了相应的变化 ,水质动态总体呈咸化趋势 ,咸化速率由小于 4mg l·a到大于 2 0mg l·a不等。在水位漏斗中心区、上部隔水层发育较差地段以及东部沿海地带咸化最为严重 ,并呈现自西向东咸化程度加?

岩溶含水系统抗污染性能评价方法研究

为评价岩溶含水系统抗污染性能,依据影响济南裂隙岩溶水系统抗污染性能众多因子的对比计算,提出在潜水区以地下水位埋深、富水性、土壤类型、地形、包气带介质、补给量为因子建立评价潜水区含水系统抗污染能力的DWSTIR指标体系,对于承压区以承压含水层埋深、隔水顶板岩性、隔水层厚度和水力传导系数为因子建立评价承压含水层系统抗污染能力的DCAT指标体系.依据各因子评分及权重值,根据计算所得抗污染能力评分值大小,分别将潜水区、承压水区相应划分为抗污染能力很好、抗污染能力好、抗污染能力中等、抗污染能力差和抗污染能力很差5个分级.济南应用实例的评价结果与济南岩溶地下水质量现状、水文地质条件基本相吻合.

不同补给条件下裂隙岩溶含水系统演化规律

研究岩溶含水系统演化规律,对合理利用岩溶水资源及岩溶工程建设有重要意义。以Fracture To Karst程序为基础,耦合地下水渗流模型和溶蚀动力学模型,构建裂隙岩溶含水系统二维剖面演化模型,模拟不同补给条件下裂隙岩溶含水系统的演化规律。模拟结果表明,在演化过程中,两种系统的水位逐渐下降,泉排泄点减少,最终在侵蚀基准面处形成大泉;系统的差异溶蚀形成优势裂隙,袭夺河流补给水流和降雨补给水流,最终形成岩溶管道,降雨补给系统的溶蚀集中在潜水面附近,河流补给系统的溶蚀则向深层裂隙拓展。不同补给条件形成了不同的泉发育模式,降雨补给系统,泉由汇向源发育,而河流补给系统,泉由源向汇发育。研究成果为预测岩溶发育程度、分析岩溶发育规律和构建合理的演化模型提供了依据。