土壤吸湿-湿过程中水力传导度的拟合研究

非饱和含水介质在吸湿和脱湿的不同过程中,水力传导度随介质含水率的变化规律是不同的。本文选取大沽河流域两种代表性砂土,对其吸湿-脱湿两个过程分别进行试验观测,并使用VanGenuchten—Mualem模型对其吸湿-脱湿过程进行水力传导度的拟合。研究结果表明：砂土在吸湿过程的非饱和水力传导度与脱湿过程的非饱和水力传导度大小并不相同,在含水率相同的情况下,吸湿过程的水力传导度要比脱湿过程大,在含水率较低时（小于15％）相差可达1个数量级。     

岩石中的渗透率、流体流动及热液成矿作用

热液成因的固体金属矿床形成过程中都曾拥有一段流动的历史。成矿物质以溶液的形式从矿源地穿过孔隙或断裂达到了现在的栖身之所,在此过程中流体通过的路径决定了它们的走向,而溶液本身也改变了路径的特征。因此,对于此类矿床的研究不能仅仅囿于眼之所见,而应将古流体流动的观念融入其中,并考察它们的跋涉之路。文中总结了近年来国内外在岩石孔隙、断裂介质及与其相关渗透率对热液成矿作用的控制等领域的研究成果和最新进展,对岩石渗透率、渗透率的影响因素、岩石中流体流动的特征等问题进行了阐述,讨论了渗透率对于热液成矿作用深度、成矿规模、矿质沉淀机制等方面的重要影响,藉此在固体金属矿床研究中强化流"体运动"的观念,并促进构造地质学和成矿作用地球化学间一个新研究方向的发展。     

泥石流堆积物的粒度分布及其分形结构

泥石流堆积物主要由砾石、砂砾、粉粒和粘粒组成,组成泥石流堆积物的颗粒级配变幅很大,从直径大于数十米的巨砾到肉眼难以看见的几微米的胶体微粒均有分布,大小颗粒粒径之比可达106—107。泥石流堆积物颗粒具有明显的自相似性和无标度区间。本文以小江流域多处泥石流堆积物为研究对象,采用图解法全面分析了泥石流堆积物的粒度组成特征,根据分形理论计算了泥石流堆积物颗粒的分维值,对泥石流堆积物的分形特征进行探讨,并与泥石流堆积物粒度特征相联系,发现分维很好的反映了泥石流堆积物颗粒组成及其粒度分布特征。将泥石流堆积物颗粒分维与泥石流的粘性、形成年代等性质相联系,以找出它们彼此之间的关系。     

湖南煤炭坝矿区岩溶水害特征及防治对策

煤炭坝矿区是全国闻名的大水矿区,矿区最大涌水量已超过12000m^3／h,年排水费用达1．2亿元,吨煤成本达150元,并呈上升趋势,严重影响了煤矿的安全生产。本文在详细论述煤炭坝矿区水文地质特征的基础上提出了切实可行的治理思路,治理方法,并进行了效益预测。对矿区防治水患具有指导性作用。     

平山县泥石流的形成特征和机理分析

平山县是河北省太行山区主要泥石流地质灾害频发区,每年7～8月份强降雨期间,沟谷源头侧壁岩土体在雨水的浸泡下失稳破坏,形成崩塌与滑坡,崩滑的岩土体与沟源洼地中积聚的洪水迅速混合形成泥石流。本文认真分析了该区泥石流的分布概况,研究了泥石流灾变的形成特征,并从泥石流形成的物源条件和动力条件两方面分析了泥石流发生的机理和崩滑转化机制。     

云南东川因民铜矿金矿化特征及成因初探

因民铜矿发育两种金矿化类型:一是铜矿的伴生金;二是热液构造蚀变岩型。化探样品分析结果显示,金矿化主要赋存于金箔箐断层上、下盘的角砾状蚀变岩内,空间上受岩性和断裂构造的双重控制。邻区拖布卡金矿的成矿地质背景与本区相似,在成矿地质年代上作以类比推测,认为喜马拉雅期是主成矿期。另外通过对光片镜下和化探原生晕样聚类分析研究,发现构造蚀变岩型金矿化具明显的多期多阶段性及热液特征。     

基于已知钻孔的场地类别模糊等值线的建立

对照现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）场地类别划分方法,应用模糊数学原理,推导了场地类别的模糊二次评价方法,得出了场地类别的模糊向量和模糊特征周期,实现了场地类别划分的连续化;在此基础上,基于收集到的杭州市254个建筑场地波速钻孔实测资料,通过建立场地类别地质模型,实现了场地类别、特征周期的模糊等值线,与实测资料对比,结果表明：由该模糊等值线得出的建筑场地抗震类别与现行《建筑抗震设计规范》给出的场地类别是统一的,模糊特征周期与规范给出的特征周期基本上是吻合的,该模糊等值线对建筑抗震设计具有指导意义。     

Application of environmental groundwater tracers at the Sulphur Bank Mercury Mine, California, USA

Boron, chloride, sulfate, δD, δ¹⁸O, and ³H concentrations in surface water and groundwater samples from the Sulphur Bank Mercury Mine (SBMM), California, USA were used to examine geochemical processes and provide constraints on evaporation and groundwater flow. SBMM is an abandoned sulfur and mercury mine with an underlying hydrothermal system, adjacent to Clear Lake, California. Results for non-³H tracers (i.e., boron, chloride, sulfate, δD, and δ¹⁸O) identify contributions from six water types at SBMM. Processes including evaporation, mixing, hydrothermal water input and possible isotopic exchange with hydrothermal gases are also discerned. Tritium data indicate that hydrothermal waters and other deep groundwaters are likely pre-bomb (before ~1952) in age while most other waters were recharged after ~1990. A boron-based steady-state reservoir model of the Herman Impoundment pit lake indicates that 71–79% of its input is from meteoric water with the remainder from hydrothermal contributions. Results for groundwater samples from six shallow wells over a 6–month period for δD and δ¹⁸O suggests that water from Herman Impoundment is diluted another 3% to more than 40% by infiltrating meteoric water, as it leaves the site. Results for this investigation show that environmental tracers are an effective tool to understand the SBMM hydrogeologic regime.

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Résumé Les concentrations en bore, chlorure, sulfate, δD, δ¹⁸O, et ³H d’échantillons d’eaux de surface et souterraine prélevés dans le banc de soufre de la mine de mercure (SBMM en anglais) en Californie, USA, ont été utilisées pour étudier les processus géochimiques et pour fournir des contraintes à l’évaporation et à l’écoulement des eaux souterraines. La SBMM est une mine de soufre et de mercure abandonnée, adjacente au lac Clear en Californie et sous laquelle se trouve un système hydrothermal.Les résultats des traceurs autres que le tritium (bore, chlorure, sulfate, δD, et δ¹⁸O) ont permis d’identifier des contributions de six types d’eaux à SBMM. Des processus tels que l’évaporation, le mélange, l’entrée d’eau hydrothermale et de possibles échanges isotopiques avec des gaz hydrothermaux ont également été identifiés. Les données de tritium montrent que les eaux hydrothermales et d’autres eaux profondes sont probablement d’age antérieure à la bombe (avant ~1952), alors que la plupart des autres eaux sont issues de la recharge après ~1990. Un modèle de réservoir représentant le lac situé dans la partie Herman Impoundment de l’ancienne mine, en régime permanent et basé sur le bore, montre que 71–79% de l’eau provient des précipitations, le reste provenant de contributions hydrothermales. Les résultats de δD et δ¹⁸O pour des échantillons d’eau souterraine de six puits peu profonds sur une période de 6 mois suggèrent que l’eau de Hermann Impoundment est encore diluée entre 3% jusqu’à plus de 40% lorsqu’elle quitte le site du fait de l’infiltration d’eau météorique. Les résultats de cette étude montrent que les traceurs environnementaux constituent un outil efficace pour comprendre le régime hydrogéologique de la SBMM.

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Resumen Se han utilizado datos de concentraciones de boro, cloruros, sulfatos, δD, δ¹⁸O, y ³H en muestras de aguas superficiales y subterráneas procedentes de la Mina de Mercurio Sulphur Bank (SBMM), California, USA, para estudiar los procesos geoquímicos y caracterizar la evaporación y el flujo del agua subterránea. SBMM es una mina abandonada de azufre y mercurio con un sistema hidrotermal subyacente, cercano al Lago Clear, California.Los resultados de los trazadores que no son ³H (por ejemplo, boro, cloruros, sulfatos δD, y δ¹⁸O) identifican las contribuciones de seis tipos de agua en la SBMM. Se han identificado diversos procesos, como evaporación, mezcla, entrada de agua hidrotermal y la posibilidad de intercambios isotópicos con gases hidrotermales. Los datos de tritio indican que las aguas hidrotermales y otras aguas subterráneas profundas son probablemente pre-bombas (previas a ~1952) en edad mientras que la mayoría de las otras aguas se han recargado después de ~1990. Un modelo estacionario basado en el boro de la fosa del lago Herman Impoundment indica que el 71–79% de su entrada procede de agua meteórica con restos de contribución hidrotermal. Los resultados para las muestras de aguas subterráneas procedentes de seis pozos superficiales en un periodo de 6 meses para δD y δ¹⁸O sugieren que el agua procedente de Herman Impoundment se diluye en otro 3% hasta más del 40% debido a la infiltración de agua meteórica., que sale del sitio. Los resultados de esta investigación muestran que los trazadores ambientales son una herramienta efectiva para entender el régimen hidrogeológico de la SBMM.

     

In situ estimation of the effective chemical diffusion coefficient of a rock matrix in a fractured aquifer

An in situ method of estimating the effective diffusion coefficient for a chemical constituent that diffuses into the primary porosity of a rock is developed by abruptly changing the concentration of the dissolved constituent in a borehole in contact with the rock matrix and monitoring the time-varying concentration. The experiment was conducted in a borehole completed in mudstone on the campus of the University of the Free State in Bloemfontein, South Africa. Numerous tracer tests were conducted at this site, which left a residual concentration of sodium chloride in boreholes that diffused into the rock matrix over a period of years. Fresh water was introduced into a borehole in contact with the mudstone, and the time-varying increase of chloride was observed by monitoring the electrical conductivity (EC) at various depths in the borehole. Estimates of the effective diffusion coefficient were obtained by interpreting measurements of EC over 34 d. The effective diffusion coefficient at a depth of 36 m was approximately 7.8×10^?6 m²/d, but was sensitive to the assumed matrix porosity. The formation factor and mass flux for the mudstone were also estimated from the experiment.     

A continuous/discontinuous Galerkin framework for modeling coupled subsurface and surface water flow

We consider conjunctive surface-subsurface flow modeling, where surface water flow is described by the shallow water equations and ground water flow by Richards’ equation for the vadose zone. Coupling between the models is based on the continuity of flux and water pressure. Numerical approximation of the coupled model using the framework of discontinuous Galerkin (DG) methods is formulated. In the subsurface, the local discontinuous Galerkin (LDG) method is used to approximate ground water velocity and hydraulic head; a DG method is also used to approximate surface water velocity and elevation. This approach allows for a weak coupling of the models and the use of different approximating spaces and/or meshes within each regime. A simplified LDG method based on continuous approximations to water head is also described. Numerical results that investigate physical and numerical aspects of surface–subsurface flow modeling are presented. This work was supported by National Science Foundation grant DMS-0411413.