【摘 要】
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水文地质岩相的空间分布及其非均质性对地下水流动和溶质运移有重要影响。由于现场观测数据的缺乏及观测数据和地质统计方法的不确定性,导致对水文地质岩相分布的刻画具有很大的挑战性。因此,本研究提出了一种耦合地球物理数据和钻孔数据的多源信息融合方法,来改善对水文地质岩相的刻画,并降低随机模拟的不确定性。本文采用基于转移概率地质统计的方法建立水文地质岩相随机模型。首先,采用钻孔与高密度电阻率层析成像法(HDR
【基金项目】
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国家自然科学青年基金:“非均质多孔介质渗透系数尺度效应及其影响因素研究(41602256)”; 国家自然科学基金面上项目:“多级裂隙网络中地下水优势流动力学机理与多尺度模拟(42072276)”;
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水文地质岩相的空间分布及其非均质性对地下水流动和溶质运移有重要影响。由于现场观测数据的缺乏及观测数据和地质统计方法的不确定性,导致对水文地质岩相分布的刻画具有很大的挑战性。因此,本研究提出了一种耦合地球物理数据和钻孔数据的多源信息融合方法,来改善对水文地质岩相的刻画,并降低随机模拟的不确定性。本文采用基于转移概率地质统计的方法建立水文地质岩相随机模型。首先,采用钻孔与高密度电阻率层析成像法(HDRM)相结合的方法进行了室内砂箱实验研究。钻孔数据可以反映水文地质岩相的垂向信息变化,而电阻率层析成像(ERT)数据能很好地反映剖面中水文地质岩相的横向信息连续性。其次,采用直方图概率匹配方法对两种数据进行同化,建立起电阻率数据和钻孔数据之间的联系,进而根据阈值将ERT剖面转换为水文地质岩相剖面,然后从水文地质岩相剖面中提取大量的虚拟钻孔。最后,使用虚拟钻孔数据和真实钻孔数据基于转移概率地质统计建立室内实验模型的水文地质岩相三维随机模型。该方法在位于丽水的现场研究区开展了应用研究,实现基于多源信息融合的水文地质岩相三维随机模拟研究在现场的应用。本研究的主要成果如下:(1)利用直方图概率匹配方法建立ERT数据与钻孔数据之间的关系。通过代价函数确定了本实验中粘土相与砂相划分的截止值为53Ω·m,并将ERT剖面转换为水文地质岩相剖面,提取大量的虚拟钻孔作为补充数据来进行随机模拟。(2)根据虚拟钻孔与真实钻孔的对比分析,当虚拟钻孔位于剖面两端或地层中存在尖灭层时,提取的虚拟钻孔具有一定的不确定性。对比分析表明,88.15%的虚拟钻孔与真实钻孔匹配良好,这部分钻孔主要来自水文地质岩相剖面的中部,为随机模拟提供了更多的岩相信息。(3)与仅使用稀疏真实钻孔建立的三维模型相比,利用ERT数据与钻孔数据耦合进行转移概率地质统计模拟的方法可以建立更高精度的水文地质岩相模型。ERT数据作为一种高密度的软数据提供了更连续的地质信息,丰富了建模数据。在使用转移概率地质统计进行水文地质岩相模拟中增加ERT数据对改善水文地质岩相的刻画具有重要意义。(4)建立了丽水现场的三维水文地质岩相模型,建立了电阻率数据与粘土、砂和花岗岩三种岩性的关系。将ERT剖面转换为水文地质岩相剖面,提取了大量的虚拟钻孔,建立了具有较好连续性的三维水文地质岩相随机模型。
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