為描述地下小尺度地下水流動(dòng)和運(yùn)移過程，德國北部的Belau環(huán)境研究實(shí)驗(yàn)場進(jìn)行了自然梯度示蹤劑試驗(yàn)，該場地有多個(gè)多級(jí)孔，便于進(jìn)行示蹤劑顆粒的追蹤，地層條件已知，為預(yù)測模型的建立打下了基礎(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)場位置與略圖
地層及多級(jí)孔分布
示蹤劑投放與追蹤
研究目的：使用地球物理方法，研究可以預(yù)測地下水流和物質(zhì)運(yùn)移的模型。
應(yīng)用方法：P波層析成像
技術(shù)路徑：使用地震層析成像方法，獲得研究區(qū)域地下P波波速分布，利用地震波速與孔隙度-滲透系數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，建立多個(gè)初始的滲透系數(shù)場模型，對地下水流和物質(zhì)運(yùn)移情況進(jìn)行模擬，與已知的該區(qū)域地下水示蹤劑傳播情況進(jìn)行印證，進(jìn)而對預(yù)測模型進(jìn)行評估和調(diào)整。
使用儀器：德國Geotomographie脈沖發(fā)生器、P波電火花震源和水聽器鏈。
測試
使用Geotomographie公司P波電火花震源和水聽器鏈，震源與接收器1m間距，進(jìn)行孔間層析成像，獲得區(qū)域地震波速二維剖面。
波速剖面
在已知地層信息基礎(chǔ)上，結(jié)合地震波速與孔隙度-滲透系數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，建立滲透系數(shù)場模型，與已知的示蹤劑傳播情況相對比，驗(yàn)證該預(yù)測模型的可靠性。
速度區(qū)間分布
滲透系數(shù)場模型
B9孔運(yùn)移模擬與實(shí)際情況的對比
三角形等圖標(biāo)為M7、M9、M10等三口井中示蹤劑實(shí)際傳播情況，折線為根據(jù)模型推斷的示蹤劑傳播時(shí)序圖，兩者有較高的吻合度。
計(jì)算所得示蹤劑顆粒到達(dá)時(shí)間隨深度的變化，以及與深度相關(guān)的采樣濃度的平流到達(dá)時(shí)間，兩者看上去吻合的很好。
相關(guān)儀器
IPG5000脈沖發(fā)生器
為井中震源探頭SBS42和BIS-SH提供高電壓。
IPG5000型脈沖發(fā)生器為存儲(chǔ)能量的電容箱可通過機(jī)械開關(guān)放電。IPG5000可受遙控單元（RCU）控制。RCU允許用戶使用單脈沖或連續(xù)脈沖進(jìn)行作業(yè)。連續(xù)脈沖模式可以手動(dòng)選擇重復(fù)激發(fā)頻率。RCU連接至地震儀，可發(fā)送精確的時(shí)間觸發(fā)信號(hào)。
• 激發(fā)電壓: 5000 V
• 激發(fā)能量: 20-30kJ
• 電源供應(yīng): 230 V/110 V
• 脈沖釋放: 單次或連續(xù)
• 重復(fù)率: 8 s(或在3 - 8 s間自由選擇)
• 尺寸: 52 x 32 x 53 cm
• 重量t: 60 kg
• 特性：脈沖計(jì)數(shù)，觸發(fā)測試，緊急關(guān)閉按鈕，內(nèi)/外操作模式
• RCU: 單次或連續(xù)脈沖釋放，脈沖計(jì)數(shù)，觸發(fā)測試，觸發(fā)輸出，緊急關(guān)閉按鈕
SBS42P-波震源探
在充水井孔中激發(fā)壓縮波（P波）。
SBS42型孔中震源產(chǎn)生的地震信號(hào)的一致性極高。由IPG5000生成的能量流經(jīng)同軸電纜，最終由尾端的兩個(gè)相鄰電火花電極瞬間釋放。產(chǎn)生的高壓等離子使水瞬間蒸發(fā)，形成蒸汽氣泡并隨后膨脹破裂，從而生成高頻的地震波。
• 生成的地震波類型: P波
• 信號(hào)頻率： 高達(dá)5 kHz (視地質(zhì)情況和孔距而定)
• 可操作深度: 深達(dá)400 m
• 探頭長度: 645 mm
• 探頭直徑: 45 mm
• 探頭重量: 3.8 kg
• 電纜重量: 206 g每米
• 電纜可承受拉力 3400 N
• 適用孔徑: 最小 50 mm
• 耦合裝置: 不需要
• 深度標(biāo)記: 電纜上每2米
• 接頭: 至脈沖發(fā)生器 IPG5000
• 存放：絞于絞盤
BHC4水聽器鏈
用于在充水井孔中接收P波信號(hào)，是由凱芙拉抗拉線纜和特定間隔的多個(gè)模鑄水聽器組成的井下電纜。
每個(gè)水聽器的傳感器配有一個(gè)前置放大電路。電路板由地面可充電的電池組供電。線纜的終端是連接地震儀用的插頭。
• 傳感器: SQ54 或AQ2000
• 頻率響應(yīng): 從1 到 10.000 Hz 的平坦響應(yīng)
• 前置放大: 4 或 10 倍
• 電源供應(yīng): 5號(hào)電池 (電池盒放置在地表)
• 可操作深度 深達(dá) 500 m
• 水聽器數(shù)量: 24 (其它數(shù)量可定制)
• 水聽器間隔: 1 m (其它間隔可定制)
• 水聽器直徑: 38 mm
• 電纜重量: 200 g每米
• 可承受拉力: 4700 N
• 深度標(biāo)記: 電纜上每 2 m
• 插頭: 適用任何地震儀
• 存放: 絞于絞盤
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