水文地球物理層析方法在地下水流的應用

2020-11-28 中國教育裝備採購網

為描述地下小尺度地下水流動和運移過程，德國北部的Belau環境研究實驗場進行了自然梯度示蹤劑試驗，該場地有多個多級孔，便於進行示蹤劑顆粒的追蹤，地層條件已知，為預測模型的建立打下了基礎。

實驗場位置與略圖

地層及多級孔分布

示蹤劑投放與追蹤

研究目的：使用地球物理方法，研究可以預測地下水流和物質運移的模型。

應用方法：P波層析成像

技術路徑：使用地震層析成像方法，獲得研究區域地下P波波速分布，利用地震波速與孔隙度-滲透係數之間的相關關係，結合區域地質條件，建立多個初始的滲透係數場模型，對地下水流和物質運移情況進行模擬，與已知的該區域地下水示蹤劑傳播情況進行印證，進而對預測模型進行評估和調整。

使用儀器：德國Geotomographie脈衝發生器、P波電火花震源和水聽器鏈。

測試

使用Geotomographie公司P波電火花震源和水聽器鏈，震源與接收器1m間距，進行孔間層析成像，獲得區域地震波速二維剖面。

波速剖面

在已知地層信息基礎上，結合地震波速與孔隙度-滲透係數之間的相關關係，建立滲透係數場模型，與已知的示蹤劑傳播情況相對比，驗證該預測模型的可靠性。

速度區間分布

滲透係數場模型

B9孔運移模擬與實際情況的對比

三角形等圖標為M7、M9、M10等三口井中示蹤劑實際傳播情況，折線為根據模型推斷的示蹤劑傳播時序圖，兩者有較高的吻合度。

計算所得示蹤劑顆粒到達時間隨深度的變化，以及與深度相關的採樣濃度的平流到達時間，兩者看上去吻合的很好。

相關儀器

IPG5000脈衝發生器

為井中震源探頭SBS42和BIS-SH提供高電壓。

IPG5000型脈衝發生器為存儲能量的電容箱可通過機械開關放電。IPG5000可受遙控單元（RCU）控制。RCU允許用戶使用單脈衝或連續脈衝進行作業。連續脈衝模式可以手動選擇重複激發頻率。RCU連接至地震儀，可發送精確的時間觸發信號。

• 激發電壓: 5000 V

• 激發能量: 20-30kJ

• 電源供應: 230 V/110 V

• 脈衝釋放: 單次或連續

• 重複率: 8 s(或在3 - 8 s間自由選擇)

• 尺寸: 52 x 32 x 53 cm

• 重量t: 60 kg

• 特性：脈衝計數，觸發測試，緊急關閉按鈕，內/外操作模式

• RCU: 單次或連續脈衝釋放，脈衝計數，觸發測試，觸發輸出，緊急關閉按鈕

SBS42P-波震源探

在充水井孔中激發壓縮波（P波）。

SBS42型孔中震源產生的地震信號的一致性極高。由IPG5000生成的能量流經同軸電纜，最終由尾端的兩個相鄰電火花電極瞬間釋放。產生的高壓等離子使水瞬間蒸發，形成蒸汽氣泡並隨後膨脹破裂，從而生成高頻的地震波。

• 生成的地震波類型: P波

• 信號頻率： 高達5 kHz (視地質情況和孔距而定)

• 可操作深度: 深達400 m

• 探頭長度: 645 mm

• 探頭直徑: 45 mm

• 探頭重量: 3.8 kg

• 電纜重量: 206 g每米

• 電纜可承受拉力 3400 N

• 適用孔徑: 最小 50 mm

• 耦合裝置: 不需要

• 深度標記: 電纜上每2米

• 接頭: 至脈衝發生器 IPG5000

• 存放：絞於絞盤

BHC4水聽器鏈

用於在充水井孔中接收P波信號，是由凱芙拉抗拉線纜和特定間隔的多個模鑄水聽器組成的井下電纜。

每個水聽器的傳感器配有一個前置放大電路。電路板由地面可充電的電池組供電。線纜的終端是連接地震儀用的插頭。

• 傳感器: SQ54 或AQ2000

• 頻率響應: 從1 到 10.000 Hz 的平坦響應

• 前置放大: 4 或 10 倍

• 電源供應: 5號電池 (電池盒放置在地表)

• 可操作深度 深達 500 m

• 水聽器數量: 24 (其它數量可定製)

• 水聽器間隔: 1 m (其它間隔可定製)

• 水聽器直徑: 38 mm

• 電纜重量: 200 g每米

• 可承受拉力: 4700 N

• 深度標記: 電纜上每 2 m

• 插頭: 適用任何地震儀

• 存放: 絞於絞盤

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