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随着近年地震的高频发生给人类带来的灾难性影响,许多国家已加强对地震的研究,尤其对中期、短期和临震预报的研究。对地震的产生普遍建立在这样一种认识之上,即认为地震的发生有一定的过程,在这过程中,震源区及周围一定区域里地壳介质和应力状态必然发生相应的变化,通过观测地震地下水与水文地球化学分析的变化情况可对地震产生的规律性提出一个较好的评价。目前,对地震地下流体的观测最为有效且最直接的方法是通过钻井的方法实现的。钻井完成后,对地下水承压水层的水流变化特征进行监测,同时计算出含水层导水系数与渗透系数等水文地质参数。经过长期的观测记录后,便可根据水文地质参数的变化规律,为临震预报研究提供重要的参考依据。
水文地质参数可反映出地下水在含水层或者透水层中的运动特性和渗透特性。其中,导水系数T和渗透系数K是比较重要的两个参数,其精度的高低会直接影响到地震预报的准确性。生产实践中确定这两个参数的方法主要是在钻井观测基础上,采用稳定流抽水实验公式进行计算。但是这种方法需要较多的观测孔和降升次数,这就在人力和物力上带来了较多的困难。随着近几年地下水稳定流与非稳定流理论的发展,对地下水水文参数的计算方法也越来越多样化。
本文在单井越流承压含水层抽水实验且无观测孔的条件下,结合非稳定流理论,对越流承压含水层渗透系数及导水系数的求解方法进行了分析和探讨,分析了工程中常采用的裘布依公式与经验公式的适用性,指出了这种方法的不足,同时结合本工程抽水试验的特点,即在抽水时间较短,降深较大(Sw>0.3M,其中Sw为水位降深,M为含水层厚度),涌水量呈逐渐递减趋势且抽水并未达到稳定状态的特征基础上,提出了符合上述特征的求参方法。同时运用AquiferTest软件计算分析了抽水试验参数,对两种计算结果进行了对比分析,验证了本文求参方法的合理性和实用性,也为以后的工程实践起到了一定的参考意义。全文主要分为三部分:
第一部分,主要介绍了本文的研究意义与目的,概述了近几年国内外对水文地质参数以及参数求解方法的研究状况,提出了目前传统水文地质参数求解方法中存在的一些不足,并指出了在工程地质条件不理想情况下研究参数求解方法的必要性。
第二部分,首先介绍了承压含水层的基本特性和渗流基本微分方程,同时还简要分析了承压含水层的稳定与非稳定运动微分方程及承压水分别向完整井的稳定与非稳定流运动规律,为工程实践中对水位地质参数的求解提供了理论基础。
第三部分,简要概述第一类越流系统井流模型的建立,分析了非稳定流抽水试验计算越流承压含水层水文地质参数的方法。最后,以武汉地震台(九峰)地下流体观测井工程抽水试验为例,同时也介绍了该工程项目中所涉及的工程技术,在获得抽水试验资料的基础上采用了本文给出的水位恢复法和AquiferTest软件计算分析法进行了参数的求解,同时从计算原理、计算结果以及经验值等方面对这两种方法进行了对比研究。得到了以下结论:
1、抽水引起的水位降范围总是随时间的延长、出水量的增加而扩大,不可能把抽水的影响范围限制在一个“半径”之内,这与裘布依公式中把R视为常数的特点产生了矛盾。通过本文分析可知,采用裘布依公式和经验公式求解含水层参数是缺乏理论依据的。
2、利用传统标准曲线对比法、拐点法、传统泰斯水位恢复法均可计算含水层水文地质参数,但是这两种方法都必须在特定的假设条件下才能准确计算出含水层参数。由于本工程抽水试验已不符合上述假设条件,故不能采用传统越流承压含水层计算公式求解本井点含水层参数。
3、本文对传统泰斯水文恢复法进行了修正,可较准确的计算出短时间抽水后越流承压含水层水文地质参数。并采用国际通用地下水水力参数计算软件AquiferTest对该地层导水系数与渗透系数进行了计算。通过对比分析可知,这两种方法计算结果相差不大,在误差影响范围之内,从而在一定程度上验证了本文所给计算方法的合理性。