区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构开采浅层地热能评价综述

随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参数和地下城市热岛效应两方面总结浅层地热能理论潜力现有研究成果,简述浅层地热能的开发形式,重点针对区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构的适应性评价进行系统综述,从适宜性分区、热交换潜力、满足建筑物能源需求效果三方面建立相应的区域尺度能源地下结构评价体系,以我国山东临朐县和德国巴登-符腾堡州地埋管地源热泵及我国南京大学仙林校区能量桩的区域性研究为案例进行深入分析,归纳当前研究中存在的问题,并对区域尺度能源地下结构的下一步研究进行展望。     

江苏高邮地埋管热响应试验及浅层地热能资源评价

为研究江苏高邮浅层地热能资源储量,选取2个典型区块开展现场热响应试验,以线热源理论为建模基础,结合地埋管进出水温度试验数据,建立了典型区块内地埋管热传导模型,采用体积法对研究区浅层地热能资源作出定量评价。数据分析表明：在G001孔处,初始地层温度为17.69 ℃,导热系数为1.389 W/(m·K),钻孔内传热热阻为0.111 K/W,热扩散系数为0.921×10-6 m2/s,热容量为1.508×106J/K,单位延米换热量为104.98 W/m;在G002孔处,初始地层温度为18.58 ℃,导热系数为2.340 W/(m·K),钻孔内传热热阻为0.110 K/W,热扩散系数为0.229×10-6m2/s,热容量为10.200×106J/K,单位延米换热量为163.34 W/m。综上试验参数计算结果可知,区内每年可开发浅层地热能储量至少为6.47×1013kJ。试验设计合理,所得参数真实可靠,可为高邮浅层地埋管地源热泵工程后续设计工作提供基础数据与技术支撑。     

地浸过程中铀迁移特征及条件的实验研究

通过室内模拟试验，对地浸过程中铀的迁移规律进行了研究。结果表明：①溶浸液中铀浓度值在达到饱和浓度前，随地浸路径延长而逐渐增大；②铀的存在形式及其含量与水文地球化学条件相关，当1．9＜pH＜4．4时，为UO2SO4和UO^2 2；当4．4＜pH＜5．1时，为UO2SO4和(UO2)a(OH)^5 ；②随着水文地球化学条件的变化，铀迁移经历了溶解迁移、水解沉淀、再溶解迁移的多次旋回，即当pH＞4．6、Eh＜420mV时，溶解状态的铀产生沉淀；当2．0＜pH＜4．6，420mV＜Eh＜650mV时，U^6 溶解迁移；当pH＜2．0、Eh＞650mV时，U^4 溶解迁移；④根据溶浸液中铀浓度和pH、Eh临界值，铀地浸路径可划分出充分浸出带、有效浸出带、铀沉降带和未浸出带，不同特征的浸出带随浸出时间的变化而有序移动。     

天津市浅层地热能存在的热堆积问题及解决方法探讨

通过对天津市浅层地热能地质环境动态监测系统获得的地埋管换热器周围温度场动态变化数据的归纳分析,得出以下结论:大部分地源热泵工程能满足建筑供暖制冷需求,地埋管换热器周围土壤在运行一个制冷供暖周期后能恢复到原始地温,不会对地质环境产生影响;一小部分地源热泵不能满足建筑制冷供暖需求,地埋管出水温度不能达到设计要求,换热器周围土壤温度出现持续的升高,在下一个制冷供暖周期不能恢复到原始地温,存在热堆积问题.在分析存在问题的基础上,提出以下可行解决方法:增加换热孔间距、调整换热孔群布置方式、地埋管与抽水井耦合开发利用、复合式供暖制冷系统以及深浅间隔布置的换热孔设计方式.     

冻土与盐溶液系统中热质迁移及变形过程试验研究

用1.2MPa外载固结并冻结的高岭粘土与2mol浓度的氯化钠低温溶液相接触,由于冻土与盐溶液间的水势梯度,引起等温条件下,水分和盐分从溶液向冻土中迁移。冻土中部分区段由于含盐浓度增高,冰点下降、冻土融化并产生吸热效应。融化界面以上的冻土中,由于水分积聚,冰分凝,形成条带状构造并产生放热效应。冻土出现以冻胀为主的变形。水、盐迁移通量及变形量随时间按指数规律衰减并随外载增大和温度降低而减小。     

U型地源热泵系统热-流-力学耦合模型研究

地下水源热泵井（ground source heat pump,简称GSHP）是一种新型的浅层能源利用技术。基于能量守恒方程和质量守恒方程,建立单井热泵系统的热传递方程、渗流方程、连续性方程以及THM（thermo-hydro-mechanical）耦合本构方程。通过COMSOL软件,对单井系统周围区域进行流动模拟,得到井体的整体热位移变形图和破坏准则图。研究结果表明,(1) 水压力梯度随着井体半径的增加而变大,最终趋于一个稳定的值;(2) 热传递模型的理论计算结果和工程现场的实测值具有较好的吻合性,证明该模型的合理性和有效性。     

考虑溶质浓度影响的热-水-应力-迁移耦合模型及数值模拟

高放射性核废料地质处置库围岩中地下水的密度因溶质浓度不同而发生变化,这将影响到饱和-非饱和孔隙介质中近场和远场的热-水-应力耦合过程, 同时温度场、应力场也要对地下水中的核素及矿物质迁移产生作用。考虑这两个因素,建立和引入了相关的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和渗透迁移方程,并研制出了对应分析孔隙介质中热-水-应力-迁移耦合问题的二维有限元程序。通过对一个假定的核废料地下处置库在核素泄漏后多场耦合过程的数值计算,考察了近场围岩中的温度、应力、孔隙水压力、核素浓度的分布及随时间的变化。结果初步显示了所建模型及程序可模拟热-水-应力-迁移耦合现象,因而具有一定的实用性。     

"浅层地温(热)能资源特性及评价方法对地源热泵工程意义研讨会"在北京召开

由中国资源综合利用协会地温资源综合利用专业委员会和中国地质环境监测院联合举办的“浅层地温（热）能资源特性及评价方法对地源热泵工程的意义研讨会”2月23日在北京召开。参加本次会议的有国土资源部环境司、中国地质调查局水环部、北京市国土资源局等诸多有关水文地质与暖通空调专业的企、事业单位及大专院校40多位代表。与会代表对浅层地温能的特性、评价方法等基础问题,对地源热泵工程建设的作用与意义展开了热烈讨论。     

热-水-应力耦合条件下三项因素对核素迁移影响的有限元分析

目前在放射性核素随地下水迁移的研究中还很少涉及温度场和应力场的影响。针对这一问题,引入渗透迁移方程,将所开发的饱和-非饱和孔隙介质中热-水-应力耦合弹塑性模型及其二维有限元程序进行了扩展和改进,使之可以同步地对温度场、渗流场、应力场和放射性核素浓度场的变化进行解析。对一个假想的核废料处置库算例,通过分别改变影响地下水中核素迁移的3个因素：渗透系数、分配系数和分子扩散系数,考察了在热-水-应力-迁移耦合作用条件下近场放射性核素浓度的分布及变化,从而认识到：当缓冲层的渗透系数小到一定程度后,缓冲层中核素迁移基本不再受渗流场的影响;缓冲层分配系数越小,分子扩散系数越大,核素迁移越快。     

热液矿床中Pb的迁移和沉淀机制研究综述

岩浆结晶过程中,矿物-熔体相分离时,Pb优先进入熔体相,表现出不相容性;流体-熔体相分离时,Pb优先进入流体相;卤水-气相分离时,Pb优先进入卤水相;Pb在成矿过程中主要进入液相中进行迁移。氧化、偏酸性、富氯热液体系中,Pb主要以PbCl2-nn(0≤n≤4)形式迁移,尤其在高于350℃的高温环境下,Pb的氯络合物起支配作用;中低温、贫氯、高还原硫的碱性热液中,Pb主要以硫氢络合物形式迁移;氧化、贫氯的强碱性(pH7.5)热液中,Pb主要以羟基络合物形式迁移;贫Cl-且富CO32-和HCO-3配体的中、低温弱碱性热液体系中,PbCO03、Pb(CO3)2-2络合物也很重要。NH3、F-、Br-、S2-x、NaPbCl03、NaPbCl4-以及S2O2-3等潜在无机配体对Pb迁移成矿意义不大。某些有机配体,如羧酸、氨基酸、腐殖酸,在低温(200℃)条件下对Pb的运移成矿有重要作用,尤其羧酸比较重要。在成矿过程中,岩浆-热液成因的Pb-Zn矿床通常经历了早期岩浆房去气、期后热液和晚期热液3个阶段。非岩浆热液成因的层控Pb-Zn矿床流体主要为盆地卤水,矿化机制主要为构造挤压与重力的联合驱动,或者伸展背景下的海底热液对流。影响Pb沉淀富集的微观因素主要包括热液组成、温度、压力、pH值以及Eh值等。热液演化过程中,沸腾减压、围岩蚀变以及流体混合等地质作用促使上述微观物理化学因素发生显著变化,形成地球化学障,从而使得矿石矿物大量沉淀。     

核废物地质处置中热-水-应力耦合对迁移影响的三维有限元模拟

将所建立的热-水-应力-迁移耦合模型及开发的有限元程序,由二维分析拓展到三维分析,并从方法论研究的角度,以一个简单的核废物地质处置模型为算例,进行热-水-应力-迁移耦合过程的三维数值模拟,考察了近场的温度、饱和度、核素浓度、孔隙水压力、位移、正应力、流速等的分布与变化,认为计算结果符合规律,得出了若干结论：为了精确地模拟放射性核素迁移,就必须将温度场、渗流场、应力场和核素浓度场进行耦合分析;核废物埋存若干年后将在处置孔壁附近产生较高的压应力;缓冲层内各点的核素浓度达到相对稳定的时间要比温度和饱和度达到相对稳定的时间长得多。     

热-水-应力-迁移耦合条件下双重孔隙-裂隙介质的抗剪强度及有限元分析

考虑裂隙的连通率、间距、孔隙基质和裂隙材料在表征单元（REV）中的体积分数,并假定双重孔隙-裂隙介质的等效内摩擦角保持常数,而等效黏聚力是固有黏聚力、等效塑性应变、基质吸力、溶质浓度及温度的函数,提出了一种在热-水-应力-迁移耦合条件下确定表征单元内任一平面上等效的黏聚力及内摩擦角的方法。针对一个假定的位于非饱和双重孔隙-裂隙岩体中的高放废物地质处置模型进行了数值模拟及分析。结果表明,基质吸力对于等效黏聚力的增强作用大于等效塑性应变和溶质浓度的减弱作用,使得等效黏聚力得到了提高,故减少了围岩中的塑性区;由此岩体应力、孔（裂）隙水压力及流速、孔（裂）隙溶质浓度的分布及量值也发生相应的改变。     

渡口-西昌区域第四系形成与新构造活动的热发光年龄及发展史研究

本文根据野外考察和系统采样热发光年龄测定结果,首次对研究区第四纪地层和新构造活动的年代学进行了综合分析与基本划分。这一研究成果对本区第四纪地质发展史和地震预报的研究,以及论证区域开发和建设条件,具有重要的理论和实践意义。