论“单位涌水量就是导水系数”成立的特殊条件

针对截取侧向径流的抽水井,兰太权提出一个解释单位涌水量的公式,认为“单位涌水量就是导水系数”(q=T),并以砂箱试验的结果作为证据。然而,这个等式的推导过程缺少严谨的水动力学基础。砂箱试验的边界条件等价于含有1个或2个定水头边界的矩形承压含水层,单井抽水的稳定流场可以用镜像井点叠加法求解,从理论上表明单位涌水量与导水系数成正比,而比例系数取决于含水层的形状和抽水井的半径。在特定条件下,含水层和抽水井的尺寸可以造成单位涌水量与导水系数相等的情况,兰太权发表于文献中的2组砂箱试验恰好符合这种条件,但并不能证明q=T具有普适性。新的砂箱试验避免了几何尺寸的这种特殊组合,得到了显著偏离q=T的结果。     

也论“单位涌水量就是导水系数”

针对所谓的井抽水流量公式,指出其在按达西定律进行推导时,过水断面的确定存在错误,不能反映抽水状态下井周侧进水的实际渗流状态。其公式中的补给半径及C值的确定无理论依据。由于水力性质不同,也不能以所谓的承压水抽水试验去验证温策尔所述内布拉斯加州潜水含水层抽水试验中的部分渗流现象。因此,“单位涌水量就是导水系数”的结论没有说服力。     

论"单位涌水量就是导水系数"

单位涌水量是井抽水水位降深换算为1 m时的单井出水量;导水系数是含水层宽度为1 m时,地下水水力坡度为1时的单宽流量.二者之间从定义上看毫无关系,但它们的单位(m3/d·m)(m2/d)是相同的.笔者经过多年探讨和初步试验后发现,单位涌水量就是管井抽水所利用含水层的导水系数.     

再论“单位涌水量就是导水系数”

传统地下水动力学中的径向稳定流理论不符合井抽水的自然条件。研究井抽水的理论必须从最基本的达西定律出发,考虑天然存在的径流量与降落漏斗之间的关系。通过分析井抽水拦载径流量达到平衡态的稳定流特征,建立了渗透系数与井出水量、补给半径、水力坡度及含水层厚度之间的定量关系,进而推导出一个新的公式,发现"单位涌水量就是导水系数"。砂箱试验证明这是一个符合自然规律的结果,可以回答现有径向稳定流理论不能解决的问题。     

关于突水系数的讨论

煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。带压开采条件下,预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法,但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。在阐述带压开采和突水系数理论的基础上,给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法,详细说明了临界突水系数的由来和应用条件,提出了计算突水系数的新公式。新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度,而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素,为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。     

对“再论‘单位涌水量就是导水系数’”一文的回应

正论文《再论‘单位涌水量就是导水系数’"》~([1])(下简称《单位涌水量》)中,质疑两本地下水动力学教材~([2~3]),涉及的是基本理论问题。《单位涌水量》指出:Thiem影响半径稳定井流模型是"假设地下水静水面为水平面,而在自然界几乎没有静水面是水平面的含水层",这种模型、方程还能应用吗?笔者作为上述两本地下水动力学教材之一的主笔,对质疑做出回应。     

砂层含水层导水系数值对比计算

导水系数(或渗透系数)是水文地质计算这一重要参数的精度高低将直接导致矿坑涌水量计算或地下水资源评价的成败优劣。而采用哪一种试验手段和计算方法获得的导水系数精度较高呢?本文根据河南新乡地区水科所在新乡某地含水砂层中抽水试验的实际资料,用五种方法对导水系数进行了计算,并进而作了一些对比分析,供水文地质工作者参考。     

离层积水存在的矿井工作面涌水量预计

通过对某矿发生特大顶板突水工作面的充水条件分析,认为工作面采动叠加影响,在顶板厚层砂岩中形成的离层积水,是突水的主要充水水源。采用经验类比法和当量流径法,基于工作面涌水量值为正常涌水量与离层裂隙积水引起的涌水量之和,提出了涌水量预计计算理论公式,预计了该工作面未采区段恢复生产的涌水量大小。经实际开采检验,该方法基本可行。     

导水裂缝带部分波及顶板含水层条件下涌水量预测

针对煤层顶板导水裂缝带部分波及含水层时涌水量预测不准确问题,通过对煤层回采后顶板水文地质条件变化、顶板含水层地下水渗流场变化进行分析,建立工作面水文地质概念模型,得出了基于达西定律和承压水Dupuit理论的顶部进水型涌水量预测模型。通过对数学模型的分析论证,并将此涌水量数学模型应用于实际生产,得出涌水量预测模型概化合理,符合煤层开采实际情况下水文地质条件,对于顶板导水裂缝带部分波及含水层情况下工作面涌水量预测有借鉴意义。     

天津地区奥陶系地热流体离子比例系数分析研究

根据天津地区部分奥陶系地热井水化学检测及水文地质参数,运用比例系数分析法,通过离子间比值与地热井热储层渗透系数及单位涌水量的线性关系,结果认为:天津地区奥陶系地热流体具有溶滤水特征,展海相含盐沉积岩溶滤水,单位涌水量是和溶滤系数与C1/Ca值以及C1/HCO3均呈正相关系。可以得出天津地区奥陶系热储层的富水性与地热流体中相关离子的含量是密切相关的。     

陈崇希教授的学术思想和成就综述

在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.      

关于地下水开采引发地面沉降灾害的思考

对地面沉降对策的目标是“多开采,少沉降”,提出目标函数Ｓ＝ｒｗ∫ｚｌ＾ａｇｓｏｄｚ。用抽水试验获得的单位涌水量一般不反映含水层的富水性,不宜依它来选择地下水的开采层位。被误解了的“裘布依稳定井流模型”（“影响半径模型”）是不合理选择地下水开采层位的主要“理论”依据。地面沉降的一个积极措施是将开采层位上移至浅层,使其接近地下水的补给区和排泄区。为增大井孔的进水能力,建议采用水平井、辐射工提出可能啬出     

Estimating transmissivity using empirical and geostatistical methods in the volcanic aquifers of Upper Awash Basin, central Ethiopia

Transmissivity (T) is a basic hydraulic parameter of an aquifer that is utilized in most groundwater flow equations to understand the flow dynamics and is generally estimated from pumping tests. However, the cost of performing a large number of aquifer tests is expensive and time consuming. The fact that specific capacity (S _c) is correlated with hydraulic flow properties of aquifers simplifies parameter estimation mainly because specific capacity values are more abundant in groundwater databases than values of transmissivity and they offer another approach to estimate hydraulic parameters of aquifers. In this study, an empirical relation is derived using 214 pairs of transmissivity and specific capacity values that are obtained from pumping tests conducted on water wells penetrating the complex volcanic aquifers of Upper Awash Basin, central Ethiopia. Linear and logarithmic regression functions have been performed and it is found that the logarithmic relationship predicting transmissivity from specific capacity data has a better correlation (R = 0.97) than the linear relationship (R = 0.79). The two parameters are log-normally distributed, in which the logarithmic relation is also better statistically justified than the linear relation. Geostatistical estimations of the transmissivity were made using different inputs and methods. Measured and supplemented transmissivity data obtained from estimates using the derived empirical relation were krigged and cokrigged, spherical and exponential models were fitted to the experimental variograms. The cross-validation results showed that the best estimation is provided using the kriging procedure, the transmissivity field represented by the measured transmissivity data and the experimental variogram fitted with the exponential model. Based on the geostatistical approach, the transmissivity map of the aquifer is produced, which will be used for groundwater flow modeling of the study area that will follow this analysis.     

Foreword

李德生先生是最卓越的地质学家的典型代表。他为中国和国际发现和开发了巨大的石油资源。在他77年石油地质生涯中,他有勇气挑战当时的地质固念,成为中国陆相石油地质理论的主要奠基人、陆相砂岩油田开发理论的主要建立者、含油气盆地构造学的开拓者、含油气盆地多能源勘探和立体勘探的先驱。他创建了中国陆相特大油田的地层对比,创造了大庆油田横切割早期注水的开发,建立了渤海湾盆地复杂断块油田地质研究,开拓了中国含油气盆地构造学。他具有出色的领导才能,用求真务实的工作作风领导一个又一个的石油会战,进行油气资源开发。李德生先生是举世闻名的石油地质学家、奠基中国石油地质学的世纪功臣。李先生的职业生涯将令许多追随他的地质学家敬仰。作为地质人,我们都梦想有一天可能会进行野外探险,我们梦想有一天能找到一个重要的油气田。李先生所拥有的大量野外经验和发现,是少有的地质学家可以做到的。更重要的是,他的职业生涯展现了地质事业的巨大活力。正如他的老师朱森教授所强调的:“一个好的地质学家必须是一个永远的学生。”李教授做到了,并成就了他非凡的人生。 李德生先生1922年10月17日出生于上海,原籍江苏苏州。1945年,毕业于重庆国立中央大学地质系;1991年,当选为中国科学院院士(学部委员);2001年,当选为第三世界科学院院士、第六届全国政协委员;1945至1977年,先后在甘肃玉门、台湾、陕西延长、东北大庆、四川、山东胜利、华北大港和任丘等油气田从事石油地质勘探与开发工作;1978年以来,任中国石油勘探开发研究院总地质师、教授级高级工程师、博士生导师。 李德生院士长期从事石油勘探开发和地质研究工作,是大庆油田发现过程中贡献突出的地球科学工作者之一,曾获得诸多国内外重大荣誉奖项。1982年,获国家自然科学奖一等奖;1985年,他作为主要完成者之一参加研究的“大庆油田长期高产稳产的注水开发技术”和“渤海湾油田复式油气聚集(区)带的理论与实践——以济阳等坳陷复杂断块油田的勘探开发为例”两项成果双获国家科技进步特等奖;1994年,美国石油地质家协会(AAPG)授予他石油地质学杰出成就奖章和荣誉会员奖章;1997年,获何梁何利基金科学与技术进步奖;2010年,获陈嘉庚地球科学奖。李先生著作等身、嘉惠学界,在国内外地球科学刊物上发表论文140余篇,出版中文专著7部,英文专著2部,并为国家培养了25名硕士、博士研究生和博士后。他的代表作有《石油勘探地下地质学》《李德生文集》(上下卷)和《中国多旋回叠合含油气盆地构造学》等。 李德生院士治学严谨、一丝不苟。他有长期记笔记的习惯,数百本厚厚的笔记本字迹工整,经数十年岁月积淀,一笔一划凝聚起石油地质学知识的海洋,一点一滴凝结出中国陆相石油地质学与深层海相石油地质学的坚实基础、清晰脉络与实践成果。长期的勘探开发实践积累了丰硕经验,进而凝练为理论再应用于指导油气田的发现,理论与实践如此相互催生,促成了大庆油田、渤海湾油田群的系列重大发现,使中国摘掉了“无油、贫油的帽子”。我们向“躬耕不辍、行路不止”的中国老一辈地质学家致敬! 李德生院士求真务实、荣辱不惊。他的一生几起几落、跌宕起伏,始终淡泊名利,追求自己认准的真理,以“唯奉献祖国,献身石油之崇高境界乃大”为座右铭,一以贯之。我们向这种“爱国奉献、丹心如炽”的科学家精神致敬! 李德生院士笃学致远、见微知著。早在20世纪80年代初期,他基于对全国含油气盆地的系统编图与长期实践,系统提出了中国含油气盆地构造类型的创新认识,划分出东部拉张型、西部挤压型与中部过渡型3种类型,以清晰的图表形式体现出中国沉积盆地的叠合属性与多旋回发展历程,强调指出新生代以来沉积盆地具有强烈改造特征。这些认识在40多年来的研究实践中不断被证实,愈发“闪光”,构筑起中国含油气盆地构造学的“高楼大厦”。近20年来,他立足国家能源安全,基于油气勘探开发实际,聚焦能源前沿科学,致力于石油地质学理论创新,呼吁与推动能源多元化发展,目前已经取得成效。我们向这种“高瞻远瞩、高屋建瓴”的气度、境界与胸怀致敬! 李德生院士热爱大自然、热爱生活。李先生不但治学工作态度严谨,而且有很高的绘画艺术造诣。他在抗日战争流亡学习生活和艰苦的石油地质勘探工作之余,用山水素描、木刻版画记录下壮美山河。他的素描画集《从大自然来,到大自然去》收集了他从1941年到1952年间的130多幅素描、版画。在普通人没有照相机的年代,留下了一幅幅山水景观。李先生喜欢随走随摄影,以此记录他的人生足迹。我们向这种“脚踏实地、仰望星空”的求真精神致敬! 李德生院士与夫人朱琪昌教授琴瑟相合,携手一路走来,“哪里有石油,哪里就是我的家”。茫茫戈壁、浩瀚雪原,川中丘陵、祁连峰峦,国内讲堂、国际峰会,都有他们携手共进、同心协力的浪漫身影。他们养育儿女,培养学生,精心尽力。如今李先生桃李天下,他们延续老师的严谨学风,继往开来,担当起石油报国的重任,他们和他们当中的一名中国工程院院士,一名俄罗斯自然科学院院士皆让李先生感到欣慰,是他们见证了中国石油地质学界日益蓬勃发展。我们向李院士这位学界楷模致敬! 李德生院士严谨治学、以勤奋和天赋绘就了他精彩传奇人生。值此庆贺李德生院士百岁寿辰(2022年10月17日)之际,《地学前缘》感谢贾承造院士、赵文智院士、何登发教授、卢双舫教授及各位作者出版这本《中国含油气盆地构造学与油气分布规律研究进展——庆祝李德生院士百岁华诞专辑》,以此探讨能源前沿科学新进展,弘扬科学家精神。 本专辑涵盖我国能源地质学研究的新进展与发展态势,共收录39篇中文文章及其4篇英文(双语)文章,包括李德生先生的亲笔文章。专辑涉及石油地质学创新与能源多元化发展、盆地构造理论与油气分布规律、前陆盆地构造理论与勘探实践、克拉通盆地内部走滑断裂理论、原型盆地复原理论与方法、构造控油理论与勘探开发新领域应用、陆相页岩油勘探开发理论与实践、新技术新方法在盆地构造分析中的应用等8个领域,囊括了理论、实践、前沿与技术等多方面内容。我相信,这些最新研究成果与前沿领域探索,将为中国能源发展的理论创新做出新贡献。 为此,作为《地学前缘》主编,我欣然为之序,以表对李德生院士、对广大能源地质学家的敬意与谢忱!     

Dupuit模型的改进——具入渗补给

Dupuit（1863年）提出的模型是“圆岛状含水层稳定井流模型”,这个模型只有侧向湖海边界条件,而不涉及上边界降水入渗补给条件。因此,Dupuit模型只能在旱季用于地下水井流试验求取含水系统的参数,而不能够用于预测。文章发展Dupuit潜水井流模型,考虑地面均匀稳定入渗补给（蒸发排泄示为其负值）作用。以质量守衡原理为基础,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定,建立极坐标下的地下水流微分方程,再依边界条件建立相应的流量方程和水位方程。这些方程为具地面入渗补给条件下井流试验求取水文地质参数以及预测相应条件下地下水抽水的效果,提供了基础条件。讨论了引入Dupuit假定对本问题解析研究可以降维（略去z变量）带来好处的同时,在地下水分水岭附近及抽水井附近可能出现偏离Dupuit假定,建议在抽水试验求取含水层参数时,观测孔的部署要尽量回避这些区段。     

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。     

Estimation of transmissivity from specific capacity data in fractured carbonate rock aquifer,central Jordan

Transmissivity of an aquifer is determined from pumping test analysis, but due to the difficulty of performing such tests as well as the relatively high cost of these test, it is often estimated from specific capacity data. In this study an empirical relation is derived using 237 pairs of transmissivity and specific capacity values that are obtained from groundwater wells penetrating a fractured and karstified carbonate aquifer. Linear and logarithmic regression functions have been performed and it is found that the logarithmic relationship predicting transmissivity from specific capacity data has a better correlation (r=0.95) than linear one (r=0.84). This is logically true because both transmissivity and specific capacity are lognormally distributed. The spatial distribution of transmissivity is also affected by the presence of fracturing and karstification phenomena within the aquifer matrix.     

含水岩组概化的累积导水系数法

地下水流系统理论和数值模拟技术分别是水文地质学的基本理论和技术方法,含水岩组的概化是地下水流系统分析和地下水数值模拟的重要基础,直接影响着数值模拟和水流系统分析的精度和可信度.为提高含水岩组概化的精度和可信度,提出一种含水岩组概化的新方法,即累积导水系数法.依据岩层厚度与渗透系数乘积累积值随深度的变化,以及水文地质剖面岩性分布的整体特征,概化含水介质结构.以玛纳斯河流域为例,应用该方法概化流域内的岩性剖面,结合GMS软件中TINS模块构建水文地质结构模型.结果表明,应用该方法概化后的含水层结构具有较好的合理性和仿真性,建立的三维模型很好地显示了研究区含水介质的空间展布特征,为建立地下水流模型奠定了良好的基础.      

Comment on “Reinterpretation of 36Cl data: physical processes,hydraulic interconnections and age estimates in groundwater systems” by E. Mazor

Mazor (1992) has reinterpreted several previous ³⁶Cl studies. The studies he revised used extensive physical hydrogeological data to aid in interpretation of the ³⁶Cl measurements. Major ion chemistry and other isotope tracers were considered in order to evaluate the groundwater geochemistry. The studies then used simple geochemical models to account for Cl behavior in the subsurface. The result of these ³⁶Cl dating studies was in reasonable agreement with both numerical models of the aquifer systems and with independent geochemical studies.Mazor (1992) has reinterpreted these studies based on the assumption that spatial variation in chemical and isotope data should be attributed to unspecified “discontinuities” in the flow regime. The conceptual models of aquifer hydrodynamics resulting from this approach differ radically not only from the previous ³⁶Cl interpretations, but also from the findings of virtually all previous hydrogeological and geochemical investigations. Although Mazor's “reinterpretations” are provocative, he does not show how they explain the data of the numerous previous studies better than the conceptual models presented by the authors of those studies, nor has he demonstrated that his new models are consistent with the fundamental physical laws governing groundwater flow. Until this is satisfactorily accomplished I will continue to prefer the original ³⁶Cl interpretations.