利用电导率测井与压水试验联合评价岩体渗透性的方法

进行地下水封洞库的水封条件分析评价必须获得准确可靠的建库岩体渗透性参数,而获取岩体渗透系数常用的传统水文地质试验方法存在明显的不足。为了试验数据的精确性,文章基于广义径向流（GRF）理论,依托烟台某地下水封洞工程,以丙烷洞库交通巷道钻孔为例,开展压水试验并采用非稳定流理论的GRF模型优化解析试验数据,结合电导率测井试验确定导水裂隙位置并求出裂隙范围内的渗透系数。试验结果表明:GRF模型比稳定流模型解析结果大1~2倍。原因在于裂隙岩体进行分段压水时,各段水流维度不一,传统稳定流理论假设水流维度只有二维流,而GRF模型为空间n维裂隙流用压水过程全部数据进行拟合,不同时段在相应维度下进行计算,因此其求算的渗透系数K更接近于试验段真值,具有更好的兼容性和实用性。同时利用电导率测井试验计算长度（导水裂隙范围）远远小于压水试验段计算长度的特点,可将GRF模型解析得出的分段渗透系数做进一步细化平均以提高压水试验解析结果的精度,为水封洞库效果评价、洞库涌水量预测提供更加科学可靠的数据基础。     

利用压力脉冲试验测定某地花岗岩体的渗透系数

利用压力脉冲试验进行渗透系数测量,采用跨接式封隔器系统将试验段与钻孔分隔,通过高压泵向试验段注水,使试验段压力迅速增加,然后关泵,并记录压力随时间的衰减曲线。通过将记录曲线与标准曲线进行拟合的方法确定测段岩体的渗透系数。给出了在一个钻孔中利用该试验方法获得的3个测段的渗透系数测试结果。并与同一钻孔中的常规压水试验结果以及其他地区渗透系数测试数据的统计分析资料进行了对比。作为岩体渗透系数测试的一种试验方法,压力脉冲试验方法具有方便、省时的优点,尤其适用于低渗透系数岩体的测试。     

江汉平原典型含水层水文地质参数反演

含水层参数对于定性分析区域地下水资源评价、数值模拟及预报、开发利用与保护及科学管理具有重要意义,而江汉平原水文地质参数求解的研究却相对较少.2015年江汉平原1:50 000水文地质调查项目完成杨林尾图幅与陆溪口图幅,选择杨林尾图幅和陆溪口图幅中的4个代表性钻孔,分别做了3组抽水试验和一组压水试验.对抽水数据使用Dupuit公式法结合抽水稳定阶段数据求解含水层参数,同时利用Aquifer Test软件中Theis标准曲线法、直线图解法对抽水试验中非稳定条件下抽水数据对含水层参数求解,得到孔隙水含水层渗透系数及弹性给水度;利用压水试验工程规范求解基岩裂隙含水层的渗透系数.探讨了利用非稳定抽水试验条件下求解含水层参数方法的可行性及该方法的优势.计算结果表明:杨林尾镇浅层(20.2~64.55 m)含水层渗透系数为0.075 m/d,弹性给水度为5.8×10-2;深层(138~160 m)含水层渗透系数为9.89 m/d,弹性给水度为2.3×10-5;陆溪口镇浅层(19.4~36.4 m)含水层渗透系数1.26 m/d,弹性给水度为1.1×10-1;基岩渗透系数为0.012 m/d.通过结果对比分析发现对于单孔非稳定抽水试验,对前期水位降深数据筛选分析,同样可以利用非稳定井流理论反演含水层参数,结果比较可靠.      

裂隙岩体渗透系数确定方法研究

裂隙岩体渗透系数以及渗透主方向的确定对研究岩体渗透性大小及各向异性具有重要意义。高放废物地质处置库介质岩体的渗透性能将直接影响其使用安全性。本文运用离散裂隙网络模拟的方法对我国高放废物处置库甘肃北山预选区3#钻孔附近裂隙岩体进行了渗透性质分析。通过对3#钻孔171.5~178.0m段压水试验数据的反演,标定了离散裂隙网络渗流模型中的裂隙渗透参数(导水系数T)。利用标定的离散裂隙网络模型对场区裂隙岩体进行了渗流模拟,确定了该区域裂隙岩体的渗流表征单元体(REV)的尺寸大小以及渗透主值和主渗透方向。运用离散裂隙网络模型计算得出的渗透主值的几何均值与现场压水试验计算结果较接近,证明了计算结果的有效性。     

高压压水试验在深钻孔中的应用

常规压水试验一般按三级压力、五个阶段进行。三级压力一般分别为0.3,0.6,1 MPa。但对于水库大坝、深埋地下工程等水头很高的工程而言,常规压水试验结果不能反映实际水头压力作用下岩体的渗透特性。试验在某花岗岩地区500 m深孔中进行,因此选定压力阶段为2,4,6 MPa。试验段长度取为6.5 m,钻孔中共取21个典型区段进行高压压水试验,试验结果表明,高压压水试验能很好地反映岩体透水性的变化规律。该地区属低渗透岩体,因此在该地下工程灌浆处理裂隙岩体时最小灌浆压力值应不小于5 MPa。     

高放废物地质处置新场岩体三维地质模型构建与应用

我国高放废物地质处置经过30多年研究,已初步确定新场为地下实验室推荐场址。开展新场岩体三维地质建模研究,一方面能够充分利用已有资料准确地表达各种地质现象,直观再现地质单元的空间展布及其相互关系;另一方面可以挖掘隐含的地质信息,方便地质分析和工程决策,这在地下实验室研究阶段非常重要。在对新场已有资料综合分析和解译的基础上,建立了岩体的三维地质模型,直观地再现了新场岩体地质环境特征;并基于地质建模结果,开展了钻孔设计等工程应用,取得了较好的效果。本研究可为我国高放废物地质处置后续工作中地质分析与工程设计提供有益参考和技术支持。     

高放废物地质处置岩体工程质量评价系统开发与应用

从岩体工程质量评价理论和技术方法出发,结合我国高放废物地质处置工程特点,建立了高放废物地质处置岩体工程质量评价系统,初步实现了信息存储与调用、数据录入与校正,以及岩体工程质量评价等功能,并对北山预选区BS15号钻孔数据进行了初步分析与评价。研究结果表明,该系统具有良好的工程应用前景。     

破碎、较破碎岩体渗透系数与埋深关系的研究——以某石灰石矿山为例

岩体的渗透性与其埋深关系紧密,一般表现为岩体的渗透性随埋深增加而逐渐减小的规律,本文开展破碎、较破碎岩体随单一埋深关系的渗透系数研究,采用负指数相关性模型和幂次函数模型对丽江古城某石灰石矿山在地表浅部55 m深度范围进行的5次压水水样数据进行拟合相关模型计算参数,发现幂次函数模型的相关性(R=0.916 5)比负指数模型相关性(R=0.884 2)优越。并根据拟合参数与CHEN Y F(2018)通过我国西南地区12个大坝上万组注水试验数据得出的拟合参数进行对比,得出基于常数头注水试验在地表以下较浅深度段的渗透系数可以代替地表渗透系数,采用多段不同埋深渗透系数拟合K₀时宜采用负指数相关模型,确定地表渗透系数后或已知地表渗透系数的情况下宜采用幂次函数模型预测不同深度渗透系数。     

高水压力作用下裂隙岩体渗透性的变化研究

渗透系数是表征裂隙岩体透水性能的一个重要参数,当水压力较小时,岩体的渗透系数变化不明显,但在高水压力条件下,岩体的渗透系数会发生明显变化,这给我们在进行渗流分析时带来了一定的困难,因为多数情况下是将渗透系数当作定值来计算的。在高压水条件下,基于非达西流方程,推导了裂隙岩体的渗透系数与水压力之间的表达式,并给出了常规压水或低水压力、高压压水时水力劈裂前后渗透系数的计算公式。现场压水试验结果表明,当岩体发生水力劈裂后,渗透系数增加明显,此时可以通过压水量和水压力的变化量来计算裂隙岩体的渗透系数。通过几个抽水蓄能电站的高压压水试验结果验证了裂隙岩体水力劈裂前后渗透系数的变化规律,并与实际裂隙岩体的渗透系数进行了比较,其误差在10%左右,表明本文给出的渗透系数表达式的合理性和准确性,为水利水电工程的渗流分析及渗漏量的计算提供了渗透系数选择的依据。     

高放废物地质处置地下实验室新场候选场址三维地质建模

在新场研究区现有资料分析和解译的基础上,对岩体单元和断裂分别进行建模,然后将两个模型合并进行插值计算,建立了高放废物地质处置地下实验室新场候选场址的三维地质模型。基于模型开展了一系列三维剖切、任意开挖、钻孔设计等可视化分析应用研究,全面真实地揭示了候选场址周围深部地质环境特征,并筛选出半径约1km的区域用作地下实验室的候选场址,为我国高放废物地质处置项目的后续工作中地质分析与工程设计提供有益参考和技术支持。     

高放废物地质处置北山预选区旧井和新场花岗岩填隙方解石同位素地球化学

为了探讨高放废物地质处置甘肃北山预选区旧井和新场预选地段的古地下流体来源、成因、化学演化历史以及水-岩相互作用,文章系统研究了该地段花岗岩填隙方解石的产出特征及其碳、氧、锶同位素的组成特征。测试结果表明,旧井和新场方解石的δ13 C组成均较稳定且为负值(分别为-11.6‰~-5.7‰和-9.9‰~-5.1‰);δ18 O分别为-0.7‰~19.7‰和10.9‰~21.9‰,旧井方解石具有更宽的δ18 O取值范围。87 Sr/86 Sr也略有差异,旧井为0.708584~0.718749,新场为0.708838~0.732967,二者随深度增加而呈明显的降低趋势。研究表明,北山预选区地下流体来源及成因较复杂,浅部地下水受大气降水的影响较大,深部流体则主要源于地下咸水,为低温流体蚀变成因。花岗岩裂隙中的水-岩反应强度总体较弱,地下水环境相对稳定。相比较而言,新场岩体深部的地球化学环境更稳定,更有利于高放废物的长期处置。     

电磁流量测井原理及应用

全面地介绍了电磁流量测井的基本原理、测量方法、数据采集方式、资料整理及解释方法等,有助于详细了解电磁流量测井仪器及其实际应用。水文地质勘探混合抽(注)水试验时,进行电磁流量测井,可获得分层抽(注)水所能得到的资料。电磁流量测井实质是测量流速的感应数据,分为自然静态静止水位和抽(注)水动态静止水位测量,测量方式有连续测量和点测。定性、定深、定厚解释原则为:在仪器基底值的基础上,幅值增加为涌水层,减小为吸水层,不变为隔水层;曲线变化之拐点是界面反映,由其确定深度、厚度。进行水量计算时,先在孔中测定仪器灵敏度,通过含水层顶板的反映值得到速度值,再由井径计算钻孔过水截面积,由此计算水量。     

瞬变电磁法探测地下洞体的有效性

瞬变电磁法对于施工区地表有较强的适应能力,工作效率较高。选用适当的装置可将瞬变电磁法应用于地下洞体的探测,其数据处理解释是采用全期定义将实测瞬变衰减曲线转换为视电阻率-深度曲线,根据地下洞体的瞬变电磁响应特征分析等视电阻率曲线的形态来确定洞体的存在。此方法已通过多次实际应用取得了良好的地质效果。在1993、1997年两次北京门头沟区老窑勘查工程中由瞬变电磁法圈定出的老窑经钻孔验证成功率达80%,证明了该方法探测地下洞体的有效性。      

基于瞬变冲激时刻的地?井TEM快速定量解释方法

地?井瞬变电磁法响应规律复杂,现有解释方法以定性分析和半定量解释应用最为广泛,不能直接获取大地电阻率参数。针对这一问题,提出一种基于瞬变冲激时刻的快速定量解释方法。首先给出均匀半空间地?井瞬变电磁响应的表达式,分析地?井瞬变电磁响应的冲激时刻特征。结果表明,接收点深度越大、大地电导率越高,则瞬变冲激时刻越晚。结合已有的研究成果,推导冲激时刻与大地电导率和深度的函数关系,依据反函数理论进行大地视电阻率定义。以获取真实大地电阻率为目标,研究基于地下电磁场扩散速度的改进大地电阻率恢复算法。采用所提出的算法,根据实际常用工作方式,分别设计均匀半空间、二层模型和三层模型进行模拟计算。模型算例和实测数据试算结果表明:基于冲激时刻的视电阻率定义方法能够较好地反映大地电阻率的变化趋势,但具有较强的体积效应;基于电磁场扩散速度的改进算法能够有效地削弱体积效应的影响,更加准确地恢复大地电阻率值和反映电性界面。该算法无需进行复杂模型的迭代正演计算,具有较高的计算效率,能够定量恢复大地电阻率值,适用于地?井瞬变电磁法的快速初步定量解释。但在实际资料解释应用中,还需考虑视电阻率的“overshoot”和“undershoot”现象,避免造成错误解释。      

轴向各向异性巷?孔瞬变电磁三分量响应特征研究

巷?孔瞬变电磁法在存在明显电导率各向异性的勘探区会产生较大的解释误差。基于时域有限差分算法,通过引入电导率各向异性张量构建控制方程、将矩形回线源电流密度加入Maxwell方程安培环路定理实现任意电流源的加载,以差分代替微分对控制方程进行离散,实现巷?孔瞬变电磁三维模型正演计算。在与解析解对比验证算法计算精度的基础上,构建全空间模型、层状模型和三维块状模型进行正演并分析电导率各向异性对巷?孔瞬变电磁三分量响应的影响程度与方式。结果表明:垂直轴电导率对巷?孔瞬变电磁三分量响应基本没有影响,水平轴电导率对巷?孔瞬变电磁三分量响应影响较大,其中,?B_x/?t响应主要受y轴电导率影响,?B_y/?t响应主要受x轴电导率影响;通过三分量响应的形态和幅值的相互关系可以辨别各向异性介质所在方位及主轴电导率方向;当异常体所处全空间介质为电导率各向异性时,异常体产生的异常响应会被全空间介质电导率各向异性产生的异常响应所淹没。电导率轴向各向异性特征在巷?孔瞬变电磁法解释过程中不可忽略,研究成果为巷?孔瞬变电磁法各向异性解释提供指导,也为各向异性反演提供参考。      

Rock Mass Characteristics in Beishan, A Preselected Area for China’s High-Level Radioactive Waste Disposal

Geological and hydrological characteristics, joint geometric features, rock physical and mechanical properties and rock mass quality are studied in the Beishan area, preselected for China’s high-level radioactive waste (HLW) disposal engineering. A comprehensive survey method is developed to study joint geometric features in the outcrop and samples from borehole BS06 into the Xinchang rock mass were tested. The optimal joint sets are determined by rose diagrams and equal-area lower hemisphere plots of joint poles. Results show that: 1) the distribution of joint occurrence obeys a normal distribution, while the distribution of joint spacing obeys a negative exponential distribution; 2) concentric circular and tangent circular sampling windows are applied to study the trace length and the trace midpoint density. Results indicate that tangent circular sampling window is more stable and reasonable; 3) Beishan granite shows high density, low porosity and high strength based on many laboratory tests and the physical properties and mechanical properties are closely related; and 4) a synthesis index, Joint Structure Rating (JSR), is applied to evaluate the quality of rock mass. Through the research results of rock mass characteristics, the Xinchang rock mass in the Beishan preselected area has the favorable conditions for China’s HLW disposal repository site.     

X射线荧光光谱法测定锰矿石中主次成分

采用玻璃熔片法制样,建立测定锰矿石中TMn、TFe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2、P2O5等主次成分的X射线荧光光谱分析方法。确定了仪器最佳参数,采用系列标样建立了校准曲线。对稀释比、熔样时间等进行了探讨,结果表明,试样和熔剂的质量比以1﹕30、熔样时间以10min为好,所得试样在熔剂中的分散度(浓度)适当,可同时适合试样中高、低含量组分的测定。采用熔融法分解试样的方法有效地消除了试样的粒度效应,精确度几准确度试验表明,荧光玻璃熔片法能满足锰矿石中各元素的分析要求。     

高放废物地质处置北山预选区芨芨槽岩块地质特征

芨芨槽岩块是高放废物地质处置北山预选区新场地段中有利候选岩块之一。以高精度卫片解译、野外踏勘、地表工程揭露和节理测量为主要手段,对此岩块的岩石、断裂、节理带和节理等地质特征进行了详细调查和研究。芨芨槽岩块的主岩岩石类型单一,为黑云母二长花岗岩;后期有煌斑岩脉和石英脉贯人。断裂以NE向为主,共7条;多数断裂分布于岩块东西两侧边界,而岩块内部只有2条断裂。节理带以NW向为主,长度大于1km的有8条。据统计,岩块中节理有4个优势组,各优势组的产状和间距分别服从正态和负指数分布,节理平均间距为1．2-1．6m。断裂对节理的影响范围小于100m。此项调查和研究为处置库选址、性能评价和设计提供了必要的基础资料。     

金湖凹陷铜城断裂带断层活动特征

通过地震和地质资料解析, 分析了铜城断裂带的构造特征, 讨论了构造演化阶段及特征。研究表明, 铜城断裂带多发育北东走向的断裂构造, 阜宁期和三垛期是断层集中发育的阶段, 阜宁期掀斜旋转明显, 断块、断鼻构造发育。铜城断裂带新生代断层活动性表现出强弱交替的特征, 断层活动性复杂。阜宁期断层活动性加强, 戴南期相对较弱, 三垛期断裂活动又增强, 此后, 断层活动基本停止。铜城断层两侧地层差异沉降明显。铜城断裂带构造演化经历断块发育期(E₁f)、差异沉降期(E₂d-E₂s)、逆冲褶断期(E₂s末期)、构造稳定期(Ny-Qd)等4个时期。在吴堡运动、三垛运动的叠加与早期基底断层的共同作用下, 铜城断裂带形成断鼻构造、复杂断块构造及弧形断层圈闭, 为油气聚集提供良好的场所。