基于不同地质统计方法的渗透系数场对污染物运移的影响

渗透系数场的空间变异性是影响污染物运移结果的决定因素,而地质统计方法是解决渗透系数空间变异性的主要技术手段。本文利用野外场地实测数据,采用普通克里格法和指示克里格法、顺序高斯模拟法和顺序指示模拟法四种地质统计方法,插值估测和模拟再现随机渗透系数场,进而对比研究四种渗透系数场对大尺度污染物运移的影响。研究结果表明,污染羽的质心位置（一阶矩）主要由渗透系数的平均值来决定;污染羽在空间上的展布范围（二阶矩）主要受渗透系数空间变异方差的影响;条件模拟克服了估计法的平滑效果,较好地再现真实曲线的波动性,渗透系数（ lnK）估计方差与污染羽空间二阶矩随着条件模拟次数的增加而减小,并且顺序指示模拟程度更加明显。     

序贯高斯模拟在矿石品位估计中的应用研究

随机模拟是地质统计方法的重要内容。在矿石品位估计方法中克里格方法作为一种无偏估计方法,常被用于矿石品位的估计。但克里格法估值存在平滑效应。作者在分析序贯高斯模拟和普通克里格法基本原理的基础上,运用序贯高斯模拟方法和普通克里格方法对某铁矿体内全铁(TFe)品位进行估计,给出了品位估计结果模型。研究从勘探线方向、垂直勘探线方向和竖直方向分别计算变差函数,对球状模型、指数模型、高斯模型的变差函数拟合效果进行了优选,结果表明球型模型拟合效果最好。针对序贯模拟和克里格品位估值效果进行了分析,结果显示:序贯高斯模拟结果在品位分布形态上更接近样品品位分布形态,其平滑效应更小;克里格方法估计与序贯高斯模拟方法相比仅在品位均值方面更接近样本品位均值。因此,认为序贯高斯模拟方法可以更好地刻画矿体内品位分布状态。     

策克白垩纪承压水含水层渗透系数变化规律

以渗透系数的对数作为区域化变量,计算0度、90度方向的试验变差函数,并进行理论变差函数模型拟合,所得结果用来分析策克地区白垩纪承压含水层空间结构并判定含水层可能的各向异性。变差函数模型经交互验证后,再采用普通克里格法进行二维空间插值获得该含水层的渗透系数二维分布。利用地质剖面资料、岩土样分析成果、岩相古地理分析成果对插值得到的二维对数渗透系数等值线图进行验证。     

基于地质统计学方法的孔压静力触探锥尖阻力固有空间变异性研究

地质统计学是用于模拟土体固有空间变异性的方法之一,以变差函数为工具,采用Kriging插值提供未采样点处土工参数值的最优线性无偏估计。将地质统计学方法应用于宿-新（宿迁至新沂）高速公路某试验段内孔压静力触探（piezocone penetration test,CPTU）锥尖阻力qt空间变异性研究中,采用回归分析移除数据中的趋势项,从而获得具有弱平稳性的残差数据。指数型理论变差函数能够准确描述试验段内土体的连续空间变异性特征。根据估计结果,试验段内锥尖阻力qt残差的变程具有显著各向异性,在水平方向和竖直方向分别为4.05 m和1.2 m。采用普通Kriging插值结合趋势分析,绘制了qt在试验段的空间分布图和平面投影图,用于指导工程实践。结果表明,普通Kriging插值的估计结果能够与试验段内实测资料形成较好的对比,仅仅在部分极值变化和远离采样点的位置处估计值可靠性会降低。     

结构分析理论在地球化学空间场不均匀性分析中的应用

论述了应用结构分析理论对地球化学空间场进行不均匀性分析的理论依据，研究步骤和方法，以塔北某工区作为实验区，着重对研究区地学时空场的连续性，各向异性和区域不均匀性进行了研究，并结合研究区的地质背景和指标的浓度等值线分布进行了系统分析。     

不同变差函数变程下随机反演与随机模拟对比分析

随机模拟和随机反演是两种比较常用的较精细的储层预测方法,而变差函数是随机模拟、随机反演的核心技术。以喇嘛甸油田北北二区块SⅢ层段为研究对象,选用300 m×300 m、600 m×600 m、800 m×800 m、1 200 m×1 200 m不同变程变差函数,对随机模拟和随机反演结果对比分析,探讨不同变程对预测结果的影响。结果显示：随着变程的增大,随机模拟砂体结果由离散发展成连续片状分布,而随机反演砂体分布整体趋势一致,只有局部薄层砂体受到较小程度的影响;通过盲井验证,随机反演较随机模拟,其预测的砂体与井点的符合率更高。分析认为,随机反演较随机模拟多了井间地震的约束,减少了砂体分布的不确定性和多解性,提高了井间砂体的预测精度,便于在油田开发阶段推广应用。     

渗透系数空间变异性研究

水文地质参数的空间变异性是随机理论研究的基础,而渗透系数是最为重要的水文地质参数。国外有关渗透参数空间变异性的研究工作已开展很多,但渗透系数究竟服从什么分布目前尚无确切答案。利用Borden含水层试验数据,对渗透系数的空间变异性进行探讨,结果表明若处理方法得当,渗透系数应服从对数正态分布。同时,还对今后野外开展含水层渗透系数空间变异性试验研究提出几点建议。     

表层土渗透系数空间变异与随机模拟研究

在汉江遥堤典型堤段对堤后200 m?100 m范围内表层土取样进行渗透性试验,基于试验结果分析了土体渗透系数的随机性和结构性的空间变异特征,结果表明细砂渗透系数在水平方向具有各向同性,空间结构可用指数模型描述。采用转向带法进行渗透系数随机场模拟,从基本统计量、空间结构等方面进行的分析表明,转向带法模拟结果保持了原随机场的统计特性,具有较好的收敛性。     

线性地质统计学在地质工作计算机化中的作用及意义

线性地质统计学的发展与地质工作逐渐由定性向定量、由人工劳动逐渐被计算机取代的过程密切相关的。对样品品位赋予一定的权值进行滑动加权平均，来估计中心块段平均品位的方法，使地质问题的计算能在计算机上实现开辟了新的途径。     

地质统计学在东天山化探信息提取中的应用

地球化学场和地球物理场都具有一定的空间结构性和空间自相关性,而揭示这种空间相关性的有力工具是变差函数。利用变差函数对东天山的1∶20万区域地球化学数据Cu和Au进行了结构分析。结果表明：两元素在东西方向有着较好的稳定性和连续性,南北方向有较大的变化性并具有一定的线性漂移,总体呈现带状异常,与东天山EW方向大断裂具有很好的一致性。利用泛克里格法对Cu、Au进行了异常信息的提取和评价,泛克里格法提取的剩余异常不仅能突出高异常区,也较清晰地反映了部分低缓异常带,为研究区域化探异常分布特征提供了丰富的信息。     

A comparative study of hydraulic conductivity estimations using geostatistics

Three approaches for estimating the hydraulic conductivity (K) of the Trifa aquifer, Morocco were investigated: (1) kriging of the K values obtained from pumping tests, (2) cokriging of the pumping test data with electrical resistivity data as a secondary variable, and (3) cokriging of the pumping test data with the slope of the water table. Gauss-transformed values of the variables are used because they provide more robust variograms and transformed values of the primary and secondary variables show correlations higher than the raw values, which is beneficial in cokriging. In cokriging with electrical resistivity, two zones are considered since the geological deposits are different from the north to the south of the aquifer, which is reflected in different correlations between the variables. Comparison of the three approaches is based mainly on the estimation errors, and to a lesser degree on the cross-validations of the corresponding variogram models and general considerations, like the measurements’ reliability and aquifer make-up. The best-estimated K is given by cokriging with the slope of the water table and is therefore preferred for further use in groundwater flow modeling. Thus, electrical resistivity or the slope of the water table can both be used as secondary variables to estimate K, especially in heterogeneous aquifers with lateral variations in lithology, as is the case of the Trifa aquifer.     

推估渗透系数垂向变化的多深度微水试验及其应用

含水层皆具有异质性,因而垂向上不同深度的渗透系数会有差异,为了准确的获得含水层不同深度的渗透系数,采用多深度微水试验实现按需分层推估渗透系数的目的。利用前人建立的微水试验分析模型,对实际测得的一组多深度微水试验数据进行分析,推估出试验区内井N01周边不同深度的渗透系数值,确定了渗透系数的垂向变化,并验证了其与地质钻探岩性资料基本一致。     

Comparison of three geostatistical methods for hydrofacies simulation: a test on alluvial sediments

The hydrodispersive properties of porous sediments are strongly influenced by the heterogeneity at fine scales, which can be modeled by geostatistical simulations. In order to improve the assessment of the properties of three different geostatistical simulation methods (Sequential indicator simulation, SISIM; Transition probability geostatistical simulation, T-PROGS; Multiple point simulation, MPS) a comparison test at different scales was performed for a well-exposed aquifer analogue. In the analysed volume (approximately 30,000?m³) four operative hydrofacies have been recognised: very fine sand and silt, sand, gravelly sand and open framework gravel. Several equiprobable realizations were computed with SISIM, MPS and T-PROGS for a test volume of approximately 400?m³ and for the entire volume, and the different outcomes were compared with visual inspection and connectivity analysis of the very or poorly permeable structures. The comparison of the different simulations shows that the geological model is best reproduced when the simulations are realised separately for each highest rank depositional element and subsequently merged. Moreover, the three methods yield different images of the volume; in particular MPS is efficient in mapping the geometries of the most represented hydrofacies, whereas SISIM and T-PROGS can account for the distribution of the less represented facies.     

基于相关指标的裂隙岩体渗透系数估算模型研究

掌握岩体的渗透性是精细化描述一个地区水文地质特征的重要工作。渗透系数是表征岩体渗透性的重要指标,研究渗透系数估算模型对于实际工程应用具有重要意义。在现有的渗透系数估算模型中,单因子模型忽略了其他因素对该地区渗透系数的综合影响,复合因子模型存在参数选取不够灵活、部分参数较难获取等问题。基于公开数据,分类整理和对比分析了影响裂隙岩体渗透性的正、负相关参数,提出一种拟合效果好、参数选取灵活的渗透系数估算模型——PNC（Positive and Negative Correlation）模型。研究结果表明:在研究区一,PNC模型的拟合效果（可决系数R2=0.964和R2=0.801）优于HC模型的拟合效果（R2=0.905和R2=0.563）;在研究区二,PNC模型的拟合效果（R2=0.959）优于RMP模型的拟合效果（R2=0.927）;在研究区三,PNC模型的拟合效果（R2=0.94～0.99）优于ZRF模型的拟合效果（R2=0.92～0.99）。利用纳什效率系数（Nash-Sutcliffe Coefficient,NSE）进行模型误差分析,7组数据中有5组数据的误差系数在0.95以上。这说明PNC模型具有便利性和可靠性,可以为实际工程估算和验证渗透系数提供一定的参考。     

Analytical methods to estimate the hydraulic conductivity of jointed rocks

Hydrogeology Journal - The hydraulic conductivity of jointed rocks is one of the main input parameters to predict water inflow to engineering structures that are located in the jointed rocks....     

基于改进滤失试验的重金属污染膨润土渗透特性试验研究

通过改进滤失试验研究典型钠化改性钙基和天然钠基膨润土在重金属铅-镉以及铬作用下渗透系数的变化规律。研究发现,膨润土试样渗透系数在重金属铅-镉浓度小于6mmol/L时增幅较小,为2~3倍;当浓度超过10mmol/L时呈急剧增大的趋势。铬酸钾溶液作用下,钠化改性钙基膨润土的渗透系数低于未污染试样;天然钠基膨润土的渗透系数则增大2~8倍。两者差异归因于土-液相互作用下铬在不同pH-Eh环境中化学形态的不同。研究中钠化改性钙基膨润土浆液中铬以阴离子络合的六价铬形态存在,使得膨润土颗粒表面负电荷密度趋于增加,因而保持和促进膨润土的分散状态。天然钠基膨润土浆液中铬则出现以阳离子形态存在的三价铬,显著挤压膨润土颗粒双电层,导致膨润土颗粒团聚。综合国内外研究总结无机盐溶液作用下膨润土化学相容性随污染程度变化规律,发现渗透系数比与离子强度关系存在一临界值,当离子强度达到该临界值则渗透系数将呈数量级增大。     

基于多点地质统计与集合平滑数据同化方法识别非高斯渗透系数场

在冲积含水层中,由于岩相的非均质分布,渗透系数一般呈现出明显的非高斯特性（例如砂和黏土两种岩相）,非高斯特性给地下水模型参数的推估带来了困难与挑战。目前广泛使用的集合平滑数据同化方法（ESMDA）虽然有效且计算成本较低,但仅适用于高斯场。多点地质统计方法虽已广泛用于模拟非高斯场,但其无法融入动态观测数据推估参数。基于多点地质统计方法中的直接采样法（DS）与集合平滑数据同化方法,构建一种新的数据同化框架（ESMDA-DS）,既可保持参数场的非高斯特性,又可融合多源数据精确推估非高斯场。构建三个理想算例验证ESMDA-DS对非高斯参数场的推估效果,并探讨了不同类型观测数据对推估效果、水位与浓度预测精度的影响。三个理想算例包括仅融合水位数据（Case 1）,同时融合水位与浓度数据（Case 2）,同时融合水位、浓度与对数渗透系数数据（Case 3）。结果表明:ESMDA-DS方法结合了ESMDA与DS的各自优势,能有效融合观测数据推估渗透系数场,并保持参数场的非高斯特性。通过对比三个算例推估结果,Case 3的参数场推估效果最好,水位与浓度预测精度最高,Case 2次之,Case 1最差,表明融合多源数据可改善推估效果,提高预测精度。     

基于现场双管试验确定弱透水层水力参数的方法

弱透水层水力参数对基础工程设计、建设和地下水资源评价、地下水污染预测具有重要意义。现提出一种现场确定含水层系统中弱透水层水力参数的钻孔双管试验方法。利用麻花钻钻孔,到达地下水位线以下揭露到目的层位后布设外管,以起到护壁防止土层塌孔的作用。在外管内通过锤击的方式将内管嵌入到目的层中,使其下部管中有一定厚度的土样作为现场固定试验土柱。待内外管中地下水位稳定后迅速加高内管水头,并通过马里奥特瓶装置保持定水头。建立钻孔双管试验土柱的数学模型,推导了土柱顶底面单位面积流量随时间变化的解析解,将其无量纲化后作出标准曲线。作为该方法应用的实例,在长江下游三角洲苏锡常冲积平原的常州天宁区德安医院附近的空旷场地进行了专门的钻孔试验。确定了该地区的细砂质粉土和粉质黏土的渗透系数和贮水率分别为：K=1.66×10?6 m/s,?s =8.21×10?3 m?1;K=6.06×10?7 m/s,?s =2.26×10?3 m?1。结果表明,该方法对于现场确定弱透水层的水力参数有较好的适用性。     

A Comparison of the Sequential Gaussian and Markov-Bayes Simulation Methods for Small Samples

We compared the performance of sequential Gaussian simulation (sGs) and Markov-Bayes simulation (MBs) using relatively small samples taken from synthetic datasets. A moderate correlation (approximately r = 0.70) existed between a continuous primary variable and a continuous secondary variable. Given the small sample sizes, our objective was to determine whether MBs, with its ability to incorporate the secondary information, would prove superior to SgS. A split-split-plot computer experiment was conducted to compare the two simulation methods over a variety of primary and secondary sample sizes as well as spatial correlations. Using average mean square prediction error as a measure of local performance, sGs and MBs were roughly equivalent for random fields with short ranges (2 m). As range increased (15 m) the average mean square prediction error for sGs was less than or equal to that for MBs, even when number of noncollocated secondary observations was twice the number of collocated observations. Median variance within nonoverlapping subregions was used as a measure of the local heterogeneity or surface texture of the image. In most situations sGs images more faithfully reflected the true local heterogeneity, while MBs was more erratic, sometimes oversmoothing and sometimes undersmoothing.