带有表征介质非均匀性参数的水层模型

分析了石油工程中裂缝性多孔介质模型，发现由于裂缝存在而使储液层介质出现的非均匀性会表现在非稳定渗流过程中转化过程的时间滞后上，它可用滞后时间τ表示，文中给出了它与相应均匀介质对比的例子．本文分别从裂缝性多孔介质模型及求解一维扩散方程的特征时间出发，导出了滞后特征时间τ的表达式．公式表明，τ值与Ｌ２成正比，Ｌ表示被裂缝网络所切割的水层岩块的平均尺度．Ｌ越大，表示裂缝长度越大，而裂缝密度越小．文中还给出了与外力作用特征时间有关的、水层显示非均匀性的判据．笔者建议开展对水层新参数──τ值的场地测试工作．

地下水流区域上的异质含水层模型的分段Adomian近似解

基于Adomian分解法和Taylor公式,给出三角形地下水流区域上的异质含水层模型的分段Adomian近似解。为三角形区域对应的二阶偏微分方程的边值问题提供一个新的Adomain算法。

河南东部平原第四系含水层结构研究

河南东部平原作为我国重要的农业区,区内的第四系含水层结构复杂多变,含水层结构尚未明确,查明研究区地下水的空间分布和含水层属性结构的特征尤为重要。本文基于Groundwater Modeling System 5.0软件,利用钻孔159眼,平均密度2.4眼/1 000km^(2)。对钻孔数据进行时代统一划分,确定地层合并原则及分层编号,建立第四系含水层结构模型,对河南东部平原区第四系地质结构和含水层属性特征进行研究。结果表明:(1)河南东部平原区第四系含水层中细砂、细砂、粉砂、粉细砂较多,但分布不均匀。(2)研究区内浅层地下水渗透系数在岗状平原小于1 m/d,低缓平原1~30 m/d,郑州北部、郏县西南、叶县西部大于30 m/d;中深层含水砂层厚度为20~50 m,在开封县、漯河东部、新蔡县、太康县等地60~80 m。(3)研究区导水系数介于50~200 m^(2)/d上下限值之间,个别地级县(诸如开封县、新蔡县)、市(诸如商丘市、漯河市)地区导水系数超过了在300 m^(2)/d,更有甚者超过了500 m^(2)/d。研究结果对掌握河南东部平原地下水赋存规律、地下水资源的持续开发和合理利用有着重要的意义,从而达到综合开发和实行科学、优化管理水资源目的。

应用GMS软件构建三维含水层结构模型

简单介绍了GMS软件的相关功能及构建三维含水层结构模型的方法。以新疆淖毛湖盆地为例,根据地层分布资料、钻孔数据和地面高程数据,通过GMS软件中的2DScatter Point、TINS和Solid模块对地层赋值,建立含水层结构模型。最后提出3个建模中需要注意的问题。

地下咸水层水-热-盐耦合模型及其储能利用研究

基于地下水水热运移的基本原理,针对地下咸水层储能系统中地下水密度及粘滞性系数变化显著的特点,建立地下咸水层水-热-盐耦合储能模型。应用校正后的数学模型,对天津滨海某地下咸水层储能系统未来5 a的地下水动力场和温度场的变化进行了预测。结果表明:在地下咸水层水文地质条件不变的情况下,渗透系数随地下咸水层温度和浓度的增减而增减;在夏季储热期,地下水渗透流速随地下温度的上升呈逐渐上升趋势;在冬季储冷期,地下水渗透流速随地下水温度的下降呈逐渐下降趋势,从而影响地下咸水层温度场的变化,在第5年供冷期末,3#抽水井水温上升0.5℃,发生热突破现象。

高密度电阻率法在三维含水层建模中的应用——以仙桃彭场镇幅为例

在钻孔密度低、分布不均、揭露深度浅的地区,利用高密度电阻率法取得物探资料建立三维含水层模型是一种快捷经济的方法。基于此将物探数据与钻孔数据结合,把200m深与60m深两条高密度物探校准测线的第四系含水岩体视电阻率的变化规律与已有钻孔资料进行比对,显示物探成果能准确反映研究区第四系含水岩体黏土、淤泥质黏土、砂层、含砾砂以及基岩的变化规律,建立了岩层电性特征与含水岩体岩性对比机制。对于整个研究区,布设5条贯穿全区的高密度物探测线,与已有的钻孔资料相结合,利用UGIS三维地质建模软件进行三维数据处理,建立了彭场镇幅三维含水层结构模型,结果表明将物探资料作为钻孔资料的补充来建立三维含水层模型更加符合实际,可为进一步进行地下水的数值模拟研究提供模型基础。

基于抽水试验微分分析的岩溶含水层水文地质参数计算

利用降深-时间曲线计算水文地质参数的基础是地下水向井运动及泰斯(Theis)假设。然而由于抽水试验延续时间较长,水流场不仅受边界条件影响,还受含水层的非均质性影响,从而导致在某些抽水时间区段内,地下水流难于满足向井运动假设。利用微分分析方法,可清晰划分出降深-时间曲线中符合向井运动的时间区段,并根据分析结果选取合理的井流模型,进行有效的参数计算。实际应用表明,基于抽水试验的微分分析,整合了更多的地质信息,确定了边界条件及含水层非均质性对抽水试验的影响,为计算合理的水文地质参数,提供了有利的技术支持。

采煤工作面过封闭不良钻孔涌水量预测研究

封闭不良钻孔是诱发煤矿突/涌水事故的潜在突水通道之一。采掘期间,揭露沟通上、下部含水层的不良钻孔,存在较大突水隐患。当前研究集中于封闭不良钻孔防治水措施,而忽略了钻孔涌水量预测研究。为此,在分析不良钻孔导水性和概化钻孔结构模型的基础上,建立“含水层—井”模型,预测工作面上覆采空区积水通过钻孔的涌水量;基于含水层厚度有限的承压水非完整井理论,预测底板承压含水层通过钻孔的涌水量;最后,基于谢才公式预测钻孔最大涌水量,并成功应用于灵新煤矿061405工作面3个封闭不良钻孔的涌水量预测中。结果表明:404#、506#、1#钻孔的上覆采空区积水正常涌水量分别为15.64m^(3)/h、18.67m^(3)/h、21.68m^(3)/h,最大涌水量均约为145m^(3)/h;不同时段(1998年和2018年)含水层平均厚度和最大厚度条件下,506#、1#钻孔底板承压含水层正常涌水量在15.51~25.06m^(3)/h,最大涌水量约为137 m^(3)/h。

天津塘沽、天船井水位异常机理的初步探讨

天津地区天船、塘沽两口浅层承压井自2013年以来陆续出现突升、突降异常变化。虽经水质检测结果认为井水可能受到工业污染,异常信度较低,但通过多方面的环境调查,至今未查到污染源和抽水等环境干扰。依据天船、塘沽两口井现有数据连续性和稳定性好、异常映震率高等特点,并结合距塘沽井28km的同层位潘庄井数据(参考对比),利用1水平层状含水层一维模型的含水层应力与井水位变化关系式、2邻近测震台站近场地震序列Sg震相剪切波分裂、3区域主要断裂库伦应力估算等三个方面所反映的不同深度应力变化结果,初步分析认为塘沽井和天船井所在局部区域存在由深部至浅部的应力扰动情况,并且所反映的应力变化在时间和空间上具有较好的同步性。

同井不同层位水温观测同震变化机理分析

不同水温观测点由于观测环境、井孔条件、观测部位构造条件、介质条件、地下水动力条件的差异,使得水温动态呈现出不同的形态。而同一观测井内不同层位的水温由于水温传感器安置深度和井孔热源分布状态的不同,会出现不同的同震响应形态。利用小波变换算法,分析了房县三海村井不同深度的水温在3次地震中的同震响应变化,并结合该井的温度梯度、围岩特性以及含水层分布,提出一个简单的井-含水层模型。进而探讨了同井不同层位水温出现不同变化的动力学机制,初步认为其动力学机制源于水的流动产生的热对流引起的变化。

基于水层建模理论的浅水多次波压制方法研究与应用

SRME是海上地震资料多次波衰减的主要手段,在深水资料应用效果较好.但在浅水环境下,受近偏移距数据的缺失以及折射波干扰的影响,该方法对浅水自由表面多次波的消除压制效果不甚理想.针对这个问题,本文对SRME进行一系列的改进,即在SRME褶积建模过程中,引入格林函数预测多次波模型,解决了浅水海底反射和直达波不能区分以及折射波干扰的问题,在模型测试及实际资料应用中取得较好的效果.

石英晶体微天平的新进展

石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)是一种对界面变化敏感的仪器,它已经在物理、化学、生物学、药物学、临床医学、环境科学等学科的界面问题研究中得到了一定的应用.然而,QCM在液相下的应用和推广一直受限于QCM数据定量解释的困难.为此,科研工作者发展了多种高级的QCM,比如带阻抗分析功能的QCM(impedance QCM,i-QCM)或带能量耗散监测功能的QCM(QCM with dissipation,QCM-D),同时还发展了许多相应的理论模型.但是,对于多数生物、化学工作者来说,这些理论过于复杂.这极大地限制了QCM的推广和潜力发挥.本文以我们小组在QCM方面的研究工作为线索,对已报道的分析方法、模型和方程按5类应用条件进行了整理,给出了明确的界定标准:它们是:1,固-气界面;2,牛顿流体;3,固-液界面的薄膜;4,固-液界面厚膜;5,固-液界面超厚膜.对于每一类情况,我们将用通俗易懂的语言描述如何对QCM数据进行简化却又保证研究精度需要的定量分析.对于液态环境下的QCM数据的分析,我们着重介绍了"固化水层"模型,该模型允许QCM在一定的条件下成为一把"分子尺",工作范围从几个纳米到数百纳米.该分子尺在多个创新界面问题研究中得到很好的应用.最后,我们从理论上分析了QCM作为生物传感器的先天缺陷--因基于面均质量检测的原理,QCM技术对溶液中蛋白的检测下限仅在1μg mL-1数量级.进一步,我们探索了QCM的发展方向和潜在应用领域,希望籍此能进一步推广QCM在各个学科界面问题中的研究应用.

石英晶体微天平传感器的膜厚敏感性

近几年,石英晶体微天平(QCM)作为一种简易、灵敏的实时监测手段,广泛地应用于研究生物活性分子之间的相互作用,其中包括蛋白质吸附动力学、抗原/抗体相互作用、DNA杂交、适配体-蛋白相互作用等领域.但是QCM作为商业化的生物传感器一直发展不顺利.主要因为QCM在液态环境中的非理想行为导致了对QCM数据分析困难.我们利用阻抗分析法对QCM的数据进行分析,分离出质量和粘弹性两种因素引起的频率改变,解决粘弹性的困扰问题.同时,我们提出了"固化水层"模型,合理地处理了溶剂的影响.在该模型的基础上发展了一种基于QCM的分子尺技术,该技术能够简便、有效地测量出固定在固-液界面的生物大分子的纳米尺寸.我们的主要工作是将"固化水层"模型拓展到三维结构的高分子基质中.我们联合QCM和表面等离子共振(SPR)技术研究基于高分子基质的蛋白质的固定,抗原/抗体识别的过程,进一步采用"固化水层"模型解释高分子的溶胀行为、羧基活化、抗体固定、抗原、抗体识别等过程.理论分析表明,结合生物分子势必排出相同体积的溶剂,由于溶剂的密度接近于蛋白质溶液的密度.从而导致"固化水层"质量增加不明显.实验上也证实了石英晶体微天平的响应主要取决于"固化水层"的厚度变化(T2-T1),而并非固定的生物分子的质量.我们利用QCM实时监测在高分子基质中IgG的固定以及IgG与anti-IgG识别的过程,并将石英晶体微天平监测的频率变化与相应的厚度变化直接关联.这一方法的建立在一定的应用范围内简化了QCM的定量分析模型,有望实现QCM作为传感器在界面物理与化学等相关领域研究中的应用.