陡立单裂隙基质系统溶质运移研究

在前人模型实验结果分析的基础上,建立陡立单裂隙模型,将传统单裂隙模型溶质运移机理同泥沙运动原理结合起来,提出新的溶质扩散机理和扩散方程,并进行了实例分析,指出:比重较大的非中性悬浮物质在陡立裂隙中运移时受重力和紊动扩散的作用,容重较小的中性悬浮物质可近似认为不受重力影响;水流流态、流速的改变会影响溶质的运移。

基于自然电位的裂隙-基质系统溶质运移试验研究

为了精细刻画岩石裂隙溶质运移过程及特征,构建了长×宽×高为0.20 m×0.03 m×0.50 m的砂箱模型,模型中间为裂隙,模型两侧为基质,两者共同构成了裂隙-基质系统。通过自然电位这一无损、快捷监测手段,针对不同粒径基质,在不同渗流速度下开展溶质运移试验,研究裂隙-基质系统溶质运移特征。结果表明:①在试验流速为0.0097~3.1959 mm/s时,裂隙-基质系统内裂隙渗透系数为5.5×10^(-2)m/s,与基质渗透系数2.4×10^(-3)、3.5×10^(-4)m/s相差不大,水流符合达西定律;随着基质粒径的不断减小,当裂隙渗透系数5.5×10^(-2)m/s与基质渗透系数3.6×10^(-5)m/s相差约3个数量级时,水流由达西流向非达西流转变。②在3种不同粒径的基质条件下,沿溶质运移方向,随着基质渗透系数的不断减小,裂隙域和基质域电极测点自然电位峰值不断减小,到达峰值的时间逐个增大。③随着流速的不断增大,裂隙域和基质域电极测点自然电位峰值出现时间提前,且同一系统流速下的裂隙域电极测点自然电位峰值的出现与基质域的相比历时较短。④通过自然电位峰值出现时间与溶质运移距离可以量化流速。计算所得流速值略小于系统测量流速值,其相关性拟合优度基本上均大于0.99,其中利用裂隙域电极测点自然电位计算所得的流速误差大多在10%以内,相对于基质域,计算精度更高,这与试验现象高度吻合,为探究裂隙-基质系统中的溶质运移过程提供了参考。

基于电阻率法的充填裂隙-基质中盐热运移试验研究

为探究盐、热示踪剂在裂隙-基质中示踪的有效性,设计了充填裂隙-基质试验模型,开展了不同示踪剂下的试验,结合不同测点的实时动态电阻率监测数据,研究充填裂隙-基质中示踪剂运移过程,并讨论基于电阻率法的盐、热示踪的有效性结果表明:(1)电阻率法可以揭示3种不同示踪剂注入充填裂隙-基质系统的过程以及裂隙-基质系统中裂隙的存在;(2)盐热示踪剂下裂隙与基质内的体积电导率变化率差异最为显著;(3)质量浓度与体积电导率拟合效果要优于温度与体积电导率拟合效果。这说明了基于电阻率法的示踪剂对刻画裂隙-基质中裂隙与基质位置的有效性,且盐热联合示踪剂效果最好。数据成果对野外电法勘探裂隙位置及其他非均质地层构造研究具有一定的参考价值。