水文地球物理层析方法在地下水流和运移建模中的应用

2023-02-16 10:55:57 广州欧美大地仪器科技有限公司



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为描述地下小尺度地下水流动和运移过程,德国北部的Belau环境研究实验场进行了自然梯度示踪剂试验,该场地有多个多级孔,便于进行示踪剂颗粒的追踪,地层条件已知,为预测模型的建立打下了基础。

实验场位置与略图

地层及多级孔分布

示踪剂投放与追踪


01

研究目的

采用地球物理方法,研究可以预测地下水流和物质运移的模型。


02

应用方法

P波层析成像


03

技术路径

采用地震层析成像方法,获得研究区域地下P波波速分布,利用地震波速与孔隙度-渗透系数之间的相关关系,结合区域地质条件,建立多个初始的渗透系数场模型,对地下水流和物质运移情况进行模拟,与已知的该区域地下水示踪剂传播情况进行印证,进而对预测模型进行评估和调整。


04

使用仪器

德国Geotomographie脉冲发生器、P波电火花震源和水听器链。

使用仪器


05

测试

使用德国Geotomographie公司P波电火花震源和水听器链,震源与接收器1m间距,进行孔间层析成像,获得区域地震波速二维剖面。

波速剖面


在已知地层信息基础上,结合地震波速与孔隙度-渗透系数之间的相关关系,建立渗透系数场模型,与已知的示踪剂传播情况相对比,验证该预测模型的可靠性。

速度区间分布

渗透系数场模型

B9孔运移模拟与实际情况的对比

三角形等图标为M7、M9、M10等三口井中示踪剂实际传播情况,折线为根据模型推断的示踪剂传播时序图,两者有较高的吻合度。

计算所得示踪剂颗粒到达时间随深度的变化,以及与深度相关的采样浓度的平流到达时间,两者看上去吻合程度很好。


相关仪器

IPG5000

脉冲发生器

为井中震源探头SBS42和BIS-SH提供高电压。

IPG5000型脉冲发生器为存储能量的电容箱可通过机械开关放电。IPG5000可受遥控单元(RCU)控制。RCU允许用户使用单脉冲或连续脉冲进行作业。连续脉冲模式可以手动选择重复激发频率。RCU连接至地震仪,可发送精确的时间触发信号。

 激发电压: 5000 V

 激发能量: 20-30kJ

 电源供应: 230 V/110 V

 脉冲释放: 单次或连续

 重复率: 8 s(或在3 - 8 s间自由选择)

 尺寸: 52 x 32 x 53 cm

 重量t: 60 kg

 特性:脉冲计数,触发测试,紧急关闭按钮,内/外操作模式

 RCU: 单次或连续脉冲释放,脉冲计数,触发测试,触发输出,紧急关闭按钮

SBS42

P-波震源探

在充水井孔中激发压缩波(P波)。

SBS42型孔中震源产生的地震信号的一致性极高。由IPG5000生成的能量流经同轴电缆,最终由尾端的两个相邻电火花电极瞬间释放。产生的高压等离子使水瞬间蒸发,形成蒸汽气泡并随后膨胀破裂,从而生成高频的地震波。

 生成的地震波类型: P波

 信号频率: 高达5 kHz (视地质情况和孔距而定)

 可操作深度: 深达400 m

 探头长度: 645 mm

 探头直径: 45 mm

 探头重量: 3.8 kg

 电缆重量: 206 g每米

 电缆可承受拉力 3400 N

 适用孔径: 最小 50 mm

◆ 耦合装置: 不需要

◆ 深度标记: 电缆上每2米

◆ 接头: 至脉冲发生器 IPG5000

◆ 存放:绞于绞盘

BHC4

水听器链

用于在充水井孔中接收P波信号,是由凯芙拉抗拉线缆和特定间隔的多个模铸水听器组成的井下电缆。

每个水听器的传感器配有一个前置放大电路。电路板由地面可充电的电池组供电。线缆的终端是连接地震仪用的插头。

◆ 传感器: SQ54 或AQ2000

◆ 频率响应: 从1 到 10.000 Hz 的平坦响应

◆ 前置放大: 4 或 10 倍

◆ 电源供应: 5号电池 (电池盒放置在地表)

◆ 可操作深度 深达 500 m

◆ 水听器数量: 24 (其它数量可定制)

◆ 水听器间隔: 1 m (其它间隔可定制)

◆ 水听器直径: 38 mm

◆ 电缆重量: 200 g每米

◆ 可承受拉力: 4700 N

◆ 深度标记: 电缆上每 2 m

◆ 插头: 适用任何地震仪

◆ 存放: 绞于绞盘


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