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【孙小龙等-Journal of Hydrology等】承压井-含水层系统水力参数反演研究进展
来源: 发布时间:2018-06-09


    -含水层系统水力参数通常基于实内岩样分析、野外水力试验和水流模型反演等方法来估算,但由于各方法自身的数学物理特性所限,不同时空尺度条件下获得的水力参数会存在较大的差异,尤其是针对深层承压含水层组,比较成熟的方法相对较少。如何科学、合理、准确地估算目标含水层系统的水力参数,是当前地下水资源评价和地震地下水异常识别所面临的关键技术问题。

含水层系统水力参数主要包括渗透系数、导水系数、贮水率、贮水系数、以及弥散系数等。获取含水层系统水力参数的方法主要有:1)通过实验室分析岩石或土壤样品的特定物理参数,如孔隙度、粒径、压缩系数等,确定其水力参数;2)通过野外抽水试验或微水试验,依据不同的含水层类型,利用试验中的水位变化估算水力参数;3)通过井-含水层系统对外界刺激的响应特征,如固体潮变化、气压响应、同震响应等,基于不同的含水层水流模型反演相关的水文地质参数。以上三类方法中,方法1)由于地壳岩石的各向异性与尺度问题,其结果往往无法代表天然条件下的真实值;方法2)虽然最为普遍且实用,但其花费昂贵。因此,方法3)常常是一个不错的选择,尤其是利用承压井水位潮汐响应反演井-含水层系统的水力参数,近年来在各类研究中应用较为广泛。

工作目前取得以下进展:

1) 昌平井数字化高频采样水位仪记录到了2011311日日本Mw9.0级地震的水震波和同震阶变。研究小组对比分析了该井水位与地表垂向运动的相关性特征,以及二者与井-含水层系统参数的关系。分析结果显示,在P波和S波时段,井水位由于受到P波和S波的作用,表现为高频信息增强;在面波时段,水震波的波动幅度及频率与地表垂向速度具有很好的相关性,二者波动周期基本均在15~35s之间,振荡周期表现为先大后小的特征;昌平井水位对面波引起的压力波动的放大作用较小,但同震时表现出先低后高的特征,与地震波作用过程中含水层透水性逐渐增强相关;水位同震阶变上升与含水层渗透率在地震波作用下的增强有关,利用水位潮汐响应特征反演的结果显示,渗透率在地震波作用后约增强了6.56×10-14m2

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2) 基于新10井水位对远场地震的同震响应,通过频谱法分析了该井水震波与地震波的相关性,提出了一种利用水震波信号(主要是瑞利波引起)反演获取承压含水层水力参数的方法。结果表明新10井水震波与地震波在变化形态、频谱特征上均具有很好的一致性,估算得到的新10-含水层系统的储水系数值约为15×10-6间,渗透系数约为1.0×10-3m/s。本研究提出的承压井-含水层系统水力参数估算法具有很好的实用性,可为地下水管理、地震前兆异常分析等提供一种新的技术方法。


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本研究成果的主要完成人为孙小龙,向阳,史浙明等,系列成果目前发表于:

Sun, X., Wang, G., Yang, X. 2015. Coseismic response of water level in Changping well, China, to the Mw 9.0 Tohoku earthquake . Journal of Hydrology, 531, 1028-1039. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol. 2015.11.005

Sun, X., Xiang, Y., Shi, Z. 2018. Estimating the hydraulic parameters of a confined aquifer based on the response of groundwater levels to seismic Rayleigh waves. Geophysical Journal International. 213(2):919-930. https://doi.org/10.1093/gji/ggy036.





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