砂岩型铀矿床地浸开采过程电法监测原理与应用

依托于中核集团内蒙古二连盆地某在役砂岩型地浸铀矿山,利用可控源音频大地电磁法(CSAMT)与激发极化法(中间梯度装置)(TDIP)对砂岩铀矿地浸过程进行监测试验研究。获得了一套完整的浸出过程的CSAMT和TDIP监测数据,对这些数据进行处理和反演,获得了试验井场的地下二维反演模型、极化率剖面平面图和极化率平面等值线图,并对溶浸范围的形成和变化机理进行了研究和阐述。初步确定了一组专门针对砂岩型铀矿地浸开采的监测方法。     

砂岩型铀矿地浸开采过程中电法勘查技术的应用

原地浸出采铀是一种利用砂岩型矿层对水的渗透性,采用注、抽液孔向含矿岩层注入“溶浸液”和抽取“浸出溶液”而获得铀的先进采矿技术。研究井场下方 “浸出液”分布范围,不仅能掌握矿体的被覆盖程度和矿床开采率,且对于地下水体污染监控具有重要意义。对内蒙古二连盆地某铀矿地浸开采试验基地进行电法勘查,以对铀矿地浸开采过程进行监测试验。具体采用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)和时间域激发极化法对试验井场进行探测试验。试验区以抽孔为中心布设一个18×18的测网,测网的线距和点距均为10 m。电法探测试验时,对穿过抽、注井的5条纵向和4条横向测线进行了CSAMT观测,并对全区进行中间梯度激发极化测量。经过数据处理和反演得到了中梯装置视极化率平面等值线图及CSAMT二维电阻率模型,并结合研究区域已知资料进行解释,认为电阻率断面上井场区域下方的低阻异常带反映了地浸开采过程“溶浸液”的地下分布状态;视极化率平面等值线图上显示的抽注单元下方的大片低极化率异常,可能是由地下浸出液与岩层组成的离子导电体系“薄膜极化”效应产生的异常带。     

某矿山地浸试验流场SO4^2-的运移模拟

以某矿山地浸试验采区为研究区,建立地下水水动力模型和溶质运移模型,对研究区内地下水中的SO42-的运移经行了数值模拟研究计算。研究结果表明：SO42-在地浸实验结束后10年间,在地下水系统运移以弥散为主,从东南向西北运移,且速度随时间呈逐步较小的变化趋势。     

砂岩质文物内部毛细水运移过程微电极响应特征

盐结晶病害是砂岩质文物中最为常见的病害之一,可溶盐溶液在砂岩内部的毛细运移直接影响着文物保存的完整性。为了进一步了解不同因素影响下砂岩质文物内部中毛细水运移特征,以大足石刻砂岩材料为研究对象,自主设计了毛细吸水试验及微电极电阻率测试装置,定量分析孔隙结构、孔隙溶液、干湿循环及相对湿度对毛细运移和电阻率分布特征的影响。结果表明,松散的孔隙结构及较低的相对湿度对毛细运移有促进作用。毛细运移受可溶盐溶液表面张力影响明显,吸水量和运移速率随表面张力增加呈递增趋势。干湿循环作用导致内部孔隙扩张使毛细迁移速率加快,同时呈现出试样饱和度和砂岩电阻率的负相关性。可溶盐的存在极大降低了砂岩的电阻率,通过电阻率的时空分布特征,识别湿润锋的视电阻率范围与试样表层盐结晶劣化区域大致重合,整体趋势沿深度方向呈凹曲面变化。研究结果揭示了砂岩质文物内部毛细水运移规律,可为合理追踪盐害范围提供理论支撑。     

砂岩型铀矿地浸过程中的溶质迁移机理

讨论了“溶质迁移、溶质迁移面和特征性溶质迁移面”的概念，以及研究溶质迁移的方法和实例。在对381砂岩型铀矿床进行地浸模拟试验的基础上，应用以上概念和方法，对地浸过程中的溶质迁移过程进行了讨论，探讨了地浸过程的机理和发生的水文地球化学作用，总结了溶浸试验过程中的溶质迁移分带。在以上溶质迁移机理研究的基础上．论证了地浸地质工艺参数。地浸过程中分带的研究清楚地显示了浸铀的发展过程及其在各个时期各个地段铀浸出作用的进展程度。     

岩体裂隙网络矿物溶解-沉淀-迁移数值模拟

为了研究岩体裂隙网络中矿物溶解-沉淀的变化规律及其对溶质运移的影响,联合矿物溶解-沉淀动力学模型、渗流模型和溶质运移模型建立了岩体裂隙网络矿物溶解-沉淀-迁移模型,经过水溶液络合物计算和矿物成分分析,对研究区域方解石溶解-沉淀作用及溶质运移进行了数值模拟。得出的结论主要有:(1)受裂隙网络分布的影响,溶质运移分布极不均匀,溶质主要通过连通的裂隙从上游向下游迁移;(2)考虑方解石的溶解-沉淀作用之后,在溶解区域溶质浓度增加,在沉淀区域溶质浓度减少;(3)通过对比分析,可知方解石溶解-沉淀受水溶液中CO23-浓度影响较大。     

地震勘探技术在地浸砂岩型铀矿勘探开发中的应用前景分析

长期以来,受地震勘探技术应用成本高的制约,该技术在地浸砂岩型铀矿勘探工作中一直未能得到大范围的推广应用。通过借鉴石油和煤炭勘探开发过程中地震勘探技术的应用经验,结合地浸砂岩型铀矿勘探开发特点,分析了地震勘探技术在地浸砂岩型铀矿勘探开发中的应用前景,并对其工作部署提出了建议。认为地震勘探技术不仅可以查明地层、岩性、构造、沉积相、泥-砂-泥结构、砂体厚度变化等与铀成矿相关的环境条件,而且可以实现对地浸砂岩型铀矿的直接预测,并为资源储量的估算提供依据。此外,在地浸矿山开发的设计和开采过程中地震勘探技术可以解决局部小构造的发育、地层的起伏变化、矿体的连续性以及地浸液的分布范围等问题,从而为砂岩型铀矿地浸开采中抽注钻孔的设计提供依据,为实现矿山的精准开发提供技术支撑,同时还可以为后续地浸矿山的退役治理提供必要依据。     

高压条件下含导电矿物的人工砂岩复电阻率研究

天然岩样由于孔隙结构复杂、骨架成分非单一,导致复电阻率研究困难。考虑到根据理想模型制作的人工岩样能够更好地进行实验研究,选用黄铜粉、黄铁矿砂、石墨粉、环氧树脂等材料,人工合成了不同矿物含量的柱状标准岩样,在不同高压条件下使用AutoLab-1000设备测量了标样的复电阻率,并基于Debye分解模型反演获得了人工砂岩标样的零频电阻率、极化率、时间常数等参数;详细讨论了各个模型参数与导电矿物含量、连通性、地层压力等因素的关系,研究发现地层压力和矿物成分对极化率有较大的影响。研究结果对认识高压条件下人工砂岩标样的电性特征具有实际意义。      

地下多组分反应溶质运移数值模拟:地质资源和环境研究的新方法

地下多组分反应溶质运移数值模拟(RTM)是解释地球系统中的耦合过程和不同时空尺度对其影响的重要工具。RTM是研究地球科学基础理论、地质资源和环境等复杂地球化学过程的一个新方法,可用于如废物处置安全性评估、地下水污染研究、二氧化碳地质储存、金属矿床的地浸开采等的研究中。笔者首先回顾了反应溶质溶质运移模拟的发展历史,然后总结了反应溶质运移模拟的发展现状,再从耦合过程、空间尺度、裂隙和非均质介质处理角度说明了反应溶质运移模拟所面临的挑战。结合地下水质的演化、生物降解、CO2地质储存等具体实例讨论了反应溶质运移模拟的广泛应用前景,探讨了反应溶质运移模拟的未来发展方向。     

含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响

为探讨含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响,基于非均质含水层砂箱实验,分别用传统等效均质模型、克立金插值和水力层析刻画含水层渗透系数场,并探讨了先验信息对水力层析结果的影响.将不同方法估算的渗透系数场用以预测地下水流和溶质运移过程,以此判断不同方法估算结果的优劣,分析含水层非均质性对地下水流和溶质运移的影响.结果表明:与克立金插值法相比,水力层析法可以更好地刻画含水层非均质性,较准确地预测地下水流和溶质运移过程;钻孔岩心渗透系数样本值作为先验信息可以提高水力层析法估算结果的精度;传统等效均质模型无法准确预测地下水流和溶质运移过程.含水层非均质性的增强将导致溶质污染羽分布形态和运移路径的空间变异性增强,并且优势通道直接决定溶质的分布及运移路径.      

多孔介质粒径变异系数对污染物运移的影响

多孔介质污染物运移对于明晰地下水污染很重要,但在多孔介质中粒径变异系数(coefficientofvariation,COV)对内部微观孔隙结构中污染物运移过程影响的研究还存在不足.为此,基于随机算法,提出了一种不同COV且孔隙度一致的多孔介质几何模型构建方法,通过对Navier-Stokes(N-S)方程和对流-扩散方程(advection-diffusion equation,简称ADE)进行耦合求解得到多孔介质地下水流场及污染物浓度场,引入克里斯琴森均匀系数,定量评价流场流速分布的均匀性,基于MIM(mobile and immobile)模型和ADE模型分析耦合求解得到的穿透曲线特征.结果表明：随着粒径COV的增大,流场流速分布的不均性增强,MIM模型中的溶质流动区域占比β、无量纲传质率α^*均增大;MIM模型拟合优度高于ADE模型,且随COV增大,ADE模型的拟合全局误差Ei逐步增大.总体上,粒径COV控制了溶质流动区域和非流动区域的大小及其之间的溶质交换强度,造成了多孔介质内部溶质运移的“非费克”行为,使得ADE模型的误差逐步增大,对于较大COV的多孔介...     

基于GMS软件对某矿区松散层孔隙水污染的数值模拟研究

以云南某矿区为研究对象,在详细调查区域水文地质条件和已有资料的基础上,结合调查区监测井,利用GMS软件建立研究区域地下水水流场模型和溶质运移模型。模型计算了在合理误差范围内的水流场模型并预测了硫酸盐在持续泄漏730d、180d后切断泄漏源,硫酸盐的迁移过程。研究结果表明:随着持续泄漏时间的增加,调查区域北部边界附近受到污染的浓度越高、污染范围越广,超标的污染物在北部边界区域进入岩溶含水层,遇到岩溶带会加速污染物向下游运移,破坏下游水质、危及下游村庄饮用水安全。     

PHREEQC在地下水溶质反应-运移模拟中的应用

由于地下水污染的加剧,对地下水中污染物运移规律的研究日益受到重视。地下水中的溶质在运移过程中伴随着溶质组分间的化学反应,因此需要建立地下水溶质运移与化学反应的耦合模型。PHREEQC是近年来发展起来的描述局部平衡反应、动态生物化学反应的水文地球化学模拟软件。本文利用该模拟软件对一维地下水流动过程中溶质离子交换反应和动态氧化还原反应进行了模拟。结果表明,PHREEQC能够成功地进行溶质运移情况下复杂水化学反应模拟,但对于复杂地下水流和溶质运动的情况,有必要耦合其它的地下水流动和溶质运移软件来共同完成。     

相山铀矿田杏树下地区科学深钻岩心物性特征分析

相山铀矿田为我国主要铀矿资源基地之一,随着多种地球物理工作在该地区的开展,对岩矿石物性的研究,特别是对接近自然赋存状态下的岩石物性的研究就显得极其重要。文章以相山铀矿田杏树下地区科学深钻为研究对象,通过对其岩心密度、磁化率、电阻率、极化率等物性参数进行统计分析,得到了该区主要岩性的上述物性参数值,结果表明,杏树下科学深钻中碎斑流纹岩表现出低密度、高磁化率、高电阻率、中极化率的特点;流纹英安岩表现出中密度、中高磁化率、中低电阻率值、高极化率的特点;凝灰岩则表现出密度范围大、低磁、低电阻率、低极化率的特点;泥岩、粉砂岩是高密度、低磁化率、低阻、低极化率的特点;板岩是高密度、低磁化率、高电阻率、中极化率的特征。上述物性参数结果为后续在该地区开展电磁、磁法及重力勘探提供了物性基础。     

三维交叉裂隙渗流传质特性数值模拟

对交叉裂隙渗流传质特性的定量描述是研究整个裂隙网络渗透传质特性的基础。为真实模拟水流及溶质在三维交叉裂隙中的运移过程,首先通过三维轮廓仪获取天然岩石裂隙表面的形貌数据,再应用三维重构技术生成相应的三维交叉裂隙模型,随后求解Navier-Stokes方程,假定溶质运移满足Fick定律,模拟水流和溶质在三维交叉裂隙中的运移过程。通过对比粗糙裂隙模型与平行平板模型的模拟结果发现：粗糙度对流体的分布及流动状态存在显著的影响;不同进、出口工况下的流体流动及溶质运移状态亦表明：裂隙交叉的几何形貌会显著地影响溶质混合行为。这些结果表明,目前被广泛采用的平行平板模型在评估岩体内特别是交叉口的物质运移特性时将导致较大的偏差,在将来的研究中有必要针对裂隙交叉口的几何特征建立修正的模型以提高评估的准确性。     

野外非饱和土壤中溶质运移的试验研究

通过在野外3×6m2面积上均匀入渗条件下非饱和土壤溶质运移试验,同时对8个点定时取样,得到170cm深度内土壤溶液浓度和含水量剖面分布.据此研究了小区域范围内土壤水分和溶质的运移特征,讨论了土壤水分和盐分分布的空间变异性和统计特征.研究结果表明,在本试验条件下,土壤溶液浓度剖面的空间变异性远大于土壤水分剖面.单一测点的取样结果不能代表区域的溶质运移特征.区域上溶质浓度的平均结果能反映溶质运移的基本规律.由于土壤结构等因素的影响,不动水体含量占土壤含水量的24%～39%.     

大区域地下水流数值模拟研究现状及存在问题

在分析大区域地下水流数值模型构建缘起的前提下,系统论述了近年来地下水流数值模拟在大区域地下水资源评价、水文地质参数确定、地面沉降、溶质运移、海水入侵、盐渍化、风险评估、地下水管理及地表水与地下水的联合开发利用等方面的国内外研究应用现状;归纳、总结了目前大区域地下水流数值模型在灵敏度分析、裂隙和岩溶介质中模型建立、基于地下水流数值模拟的溶质运移模型建立、地下水流数值模型构建所需工作量等理论和方法研究及实际建模过程中存在的一些问题;展望了今后大区域地下水流数值拟在研究范围、模拟技术与方法以及与其它模型耦合等方面的发展趋势。      

中国北西部地区地浸砂岩型铀矿床的成矿条件与分布规律

中亚地区发现大量可地浸砂岩型铀矿床引起了我国的重视 ,目前正在积极开展此类型铀矿的找矿工作。我国北西部是寻找类似中亚地区层间氧化带后生地浸砂岩型铀矿床最理想的地区 ,本文在论述了区域大地构造特征、地壳演化与区域铀成矿带形成的基础上 ,着重阐明了区域中新生代盆地地浸砂岩型铀矿床形成的铀源条件、盆地类型与结构及富铀性对形成地浸砂岩型铀矿的影响 ;并以区内已有层间氧化带地浸砂岩型铀矿床为例 (伊犁盆地、二连盆地与测老庙盆地砂岩型铀矿床 ) ,论述了盆地砂岩型铀矿床形成的岩相古地理条件、水文地质与层间氧化带发育条件及对铀成矿的影响 ;并阐述了本区层间氧化带地浸砂岩型铀矿床的分布规律     

岩溶区地下水数值模拟研究进展

岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。      

基于图像法的多孔介质双分子反应溶质运移模拟

采用图像分析法确定溶质浓度,以硫酸铜和EDTA二钠作为双分子反应物,在多孔介质模型中开展了不同粒径(1.52.0,2.53.0,3.54.0 mm)和流量(1.0,1.5,2.0 mL/s)下反应性溶质运移实验,探讨了应用不完全混合的对流弥散模型(IM-ADRE)对双分子反应溶质运移的模拟和预测,并进行了参数敏感性分析。结果表明:图像分析法可准确获取多孔介质中显色反应性溶质的浓度,灰度值与浓度的决定系数R²大于0.96;用IM-ADRE模型能够准确预测双分子反应性溶质硫酸铜和EDTA二钠在3种不同多孔介质中的运移过程,误差低于3.71%;实验条件的改变对IM-ADRE模型参数D、m和β₀的影响显著,说明模型参数依赖于环境条件,其变化规律需要根据实际环境条件进一步率定,便于IM-ADRE模型的进一步推广应用。