岩溶管道构造影响下浅部地层温度数值模拟研究

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作者 邱俊豪 张延军 +2 位作者 张庆 张通 于子望 《世界地质》 CAS 2024年第1期118-127,共10页

当含水岩溶构造体存在时,浅部地层温度场会产生变化。浅层测温法可以简单快速地获得浅层地温数据,通过温度差异反演出岩溶构造的分布。为了研究以贵州省盘州市某场地及其周围场地为对象时,浅层测温技术探测岩溶管道构造体的可行性,笔者... 当含水岩溶构造体存在时,浅部地层温度场会产生变化。浅层测温法可以简单快速地获得浅层地温数据,通过温度差异反演出岩溶构造的分布。为了研究以贵州省盘州市某场地及其周围场地为对象时,浅层测温技术探测岩溶管道构造体的可行性,笔者采用数值模拟方法。结果表明:构造体不同的埋深会显著改变浅部地层的温度,对于单个岩溶构造体(等效直径为0.5 m,水温12℃),可探测深度极限约为66 m;在管道内流体的温度为12℃时,岩溶管道构造体有效流动截面积的增大会降低浅部地层温度,等效直径在0.1~1.0 m区间内改变时,2.0 m处地层温度的变化在0.02℃以内,这使得利用浅层测温法识别岩溶构造体的有效流动截面积变得困难;流体温度在一定范围内(12~18℃)的变化会改变浅部地层温度,尤其是低温流体的影响更为明显。 展开更多

关键词 浅层测温法 岩溶管道构造 数值模型 地层温度场变化

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基于PSO-XGB混合优化技术的浅层地下温度预测——以长春市为例

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作者 于子望 郑天琪 程钰翔 《吉林大学学报（地球科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1907-1916,共10页

准确预测浅层地下温度对于降低投资风险和推动浅层地热能开发利用具有重要意义。本研究基于粒子群优化(PSO)和极限梯度提升(XGB)的混合模型(PSO-XGB),并将其与K近邻(KNN)、支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)和极限梯度提升(XGB)等单一模... 准确预测浅层地下温度对于降低投资风险和推动浅层地热能开发利用具有重要意义。本研究基于粒子群优化(PSO)和极限梯度提升(XGB)的混合模型(PSO-XGB),并将其与K近邻(KNN)、支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)和极限梯度提升(XGB)等单一模型进行了比较。首先收集了54组钻孔数据,使用克里金插值法对数据集进行扩充,经过相关性分析最终选择经纬度坐标、年平均降雨量、年平均气温和与断裂距离等因素用作预测100 m地下温度的输入特征。然后利用测试集对预测模型进行验证,使用均方根误差(E_(RMS))、平均绝对误差(E_(MA))、决定系数(R^(2))和均方误差(EMS)等指标评估了模型的性能。结果表明,PSO-XGB混合模型在测试集表现最好,ERMS为0.0706,E_(MA)值为0.0549,R^(2)值为0.9620,E_(MS)值为0.0050,在精度和拟合程度上明显高于其他模型,可知PSO-XGB混合模型在预测性能方面优于单一模型。 展开更多

关键词 浅层地温预测 PSO-XGB混合模型 K近邻 支持向量回归 随机森林 极限梯度提升

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基于时间序列LSTM算法对渗流条件下地埋管间距的优化

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作者 闫潮辉 于子望 《世界地质》 CAS 2023年第1期153-158,共6页

利用长短期记忆(LSTM)神经网络模型预测考虑地下渗流条件下的合理布井间距。建立数值对流传热模型,基于变参数模拟构建训练数据库,搭建LSTM神经网络模型,包括两层LSTM层,第一层128个单元,第二层64个单元,以4个样本为一个训练批次,每次迭... 利用长短期记忆(LSTM)神经网络模型预测考虑地下渗流条件下的合理布井间距。建立数值对流传热模型,基于变参数模拟构建训练数据库,搭建LSTM神经网络模型,包括两层LSTM层,第一层128个单元,第二层64个单元,以4个样本为一个训练批次,每次迭代15次,预测得到热影响半径的稳定值为12 m。预测损失(以均方差损失MSE为主)均在10-4数量级以下,满足工程精度要求,可应用在地源热泵工程设计与预测中。 展开更多

关键词 时间序列 长短期记忆 井间距

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TOUGHREACT搭接FLAC^(3D)算法 被引量：4

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作者 于子望 张延军 +1 位作者 张庆 许天福 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期199-206,共8页

多孔介质THM多场耦合分析在诸如核废料地质储存、干热岩和CO2地质埋藏等地质科学领域广泛应用,鉴于其计算的复杂性往往需要借助数值手段。基于角点-中心点网格转换以及三维三点拉格朗日插值方法,通过编制程序将TOUGHREACT和FLAC3D搭接,... 多孔介质THM多场耦合分析在诸如核废料地质储存、干热岩和CO2地质埋藏等地质科学领域广泛应用,鉴于其计算的复杂性往往需要借助数值手段。基于角点-中心点网格转换以及三维三点拉格朗日插值方法,通过编制程序将TOUGHREACT和FLAC3D搭接,实现了多相多组分流体-温度-岩石力学的耦合计算分析。为了验证程序的效率及适用性,构建了Salah场地深部咸水层CO2储存数值模型,模拟CO2连续注入3a的地下流体运移和储、盖层的岩石力学变化,并将地表位移与inSAR实测值进行了对比分析。以此为基础进一步模拟了中国西部某盆地CO2地质储存三维筒注模型。结果表明:搭接程序能平滑连接TOUGHREACT和FLAC3D,其考虑岩石力学影响下的注入压力和地表位移等成果符合理论及实际监测规律,同时得到岩石孔隙率、渗透率随CO2注入时间增加而变大的结论。 展开更多

关键词 多孔介质THM多场耦合 搭接程序研发 TOUGHREACT-FLAC3D 数值分析 储存

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水源热泵系统中地下水流贯通及其对温度场的影响 被引量：34

5

作者 胡继华 张延军 +3 位作者 于子望 吴刚 杨潇瀛 倪福全 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期992-998,共7页

利用含水层储能的一般特点,提出流贯通;分析流贯通和热贯通的相互作用、相互影响及对工程实际的意义;并基于地下水水热运移的基本原理,建立地下水流动和热量输运的耦合数值模型。在此基础上对沈阳某场地水源热泵工程的运行进行流场及温... 利用含水层储能的一般特点,提出流贯通;分析流贯通和热贯通的相互作用、相互影响及对工程实际的意义;并基于地下水水热运移的基本原理,建立地下水流动和热量输运的耦合数值模型。在此基础上对沈阳某场地水源热泵工程的运行进行流场及温度场的数值模拟分析,给出产生流贯通的依据,即利用水力坡度定量的判断流贯通发生与否;当水力坡度变化非常小、可忽略不计时,认为含水层出现流贯通;进而研究抽、灌量对流贯通的影响,发现抽、灌量越大,则出现流贯通时间越短;而大量的抽、灌量更容易发生流贯通,进而会引起热贯通的发生。在实际工程中可降低抽、灌水量,在条件许可的情况下可提高抽、灌井的间距,并可在抽、灌井运行一个周期后调整抽灌井位置,以减少热贯通的发生。 展开更多

关键词 地下水源热泵 含水层储能 强迫对流 流贯通 热贯通

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岩土热导率测量和温度影响研究 被引量：39

6

作者 张延军 于子望 +2 位作者 黄芮 吴刚 胡继华 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期213-217,共5页

利用QTM-D2常温导热系数测定仪测定了典型砂、黏土、岩石的导热特性,探讨了室内外试验、试样饱和程度对测量结果影响,通过试验结果和数值模拟研究了不同试样导热系数的尺寸差异,为现场岩土材料导热系数的测定提出了可行的解决方案。热... 利用QTM-D2常温导热系数测定仪测定了典型砂、黏土、岩石的导热特性,探讨了室内外试验、试样饱和程度对测量结果影响,通过试验结果和数值模拟研究了不同试样导热系数的尺寸差异,为现场岩土材料导热系数的测定提出了可行的解决方案。热线法测量时,试件尺寸影响范围不大,不同几何尺寸边界的测量结果很接近。根据国内外对导热系数的温度影响问题的研究实际,通过大量的实测数据和数值理论计算,总结了常温条件范围内各类岩土材料导热系数与温度之间的经验关系以及它们的温度变异影响系数β。各类岩土材料的β值普遍较小,大多在10-3的数量级上,导热系数与温度关系曲线近线性。该系数和这些经验公式的导出对中国北方地区岩土材料导热性能的理解及温度场模拟工作均具重要意义。 展开更多

关键词 岩土材料 导热系数 室内外测量 经验关系

原文传递

天然冷源对地下水源热泵的影响规律 被引量：6

7

作者 张庆 张延军 +3 位作者 周炳强 黄贤龙 于子望 孙永泉 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期537-543,共7页

东北某些地区长期存在着一定规模的地下冻土,在地下水源热泵的运行中可视为天然冷源。天然冷源对地下水源热泵的利用产生一定的影响。为了提高地下水源热泵运行效率,运用室内外实验和数值模拟方法探寻冷源对地下水源热泵影响规律。对加... 东北某些地区长期存在着一定规模的地下冻土,在地下水源热泵的运行中可视为天然冷源。天然冷源对地下水源热泵的利用产生一定的影响。为了提高地下水源热泵运行效率,运用室内外实验和数值模拟方法探寻冷源对地下水源热泵影响规律。对加格达奇地区的冷源场地进行了室内热物性试验和现场岩土热响应试验。研究表明:该地区砂、砾的热物性参数(比热容、导热系数)随深度增加呈现离散现象,砂岩、花岗岩热物性参数变化不大;岩土体导热系数花岗岩最大,砾、砂最小,砂岩居中;比热容受深度影响波动较大,特别是不同深度的砾、砂层比热容差别较大。依据该场地的地质条件,构建数值模型,开展模拟研究,对多井抽灌系统下热突破现象以及影响范围进行模拟分析,模拟结果显示冷源对该场地地下水源热泵的影响范围在150m以内,而且在小于75m的范围内对地下水源热泵的影响最为显著,为未来该地区地下水源热泵的设计、选址提供理论基础和参考依据。 展开更多

关键词 岩土热物性测试 地下水源热泵 天然冷源 数值模型 地下水

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深部水热型地热潜力区的GIS预测模型——以土耳其西安纳托利亚地区为例 被引量：4

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作者 张延军 余海 +2 位作者 李建明 于子望 张佳宁 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期855-864,共10页

开发地热资源有着很大的不确定性和很高的经济风险,需要建立可靠的数学预测模型以确定潜在地热区。通过对地震震中、断层、布格重力异常、磁异常和红外遥感5个与地热密切相关的因素进行整合,建立了地热潜力区的数学预测模型;并以土耳其... 开发地热资源有着很大的不确定性和很高的经济风险,需要建立可靠的数学预测模型以确定潜在地热区。通过对地震震中、断层、布格重力异常、磁异常和红外遥感5个与地热密切相关的因素进行整合,建立了地热潜力区的数学预测模型;并以土耳其西安纳托利亚地区为例,对模型的优劣性进行分析评价。运用指数叠加模型和证据权重模型分别建立地热潜力区图,预测成功指数表明证据权重模型的预测结果更为准确。其中,中高潜力区总面积为26 529 km^2,占总面积的31.14%,包含39个地热点,占总地热点的50.65%。预测结果显示潜在地热区位于Aydin,Denizli,Manisa和Balikesir,其中前2个地区的地热已经被开发利用。本研究可以在地热勘探阶段确定潜在地热区,降低经济风险。 展开更多

关键词 水热型地热资源潜力 地球物理特征 多准则决策分析 GIS预测模型

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基于BP神经网络预测岩石导热系数 被引量：5

9

作者 雷廷 贾军元 +3 位作者 田福金 马青山 康建国 于子望 《世界地质》 CAS 2021年第1期131-139,共9页

采用光学扫描仪测试了南昌地区出露的主要岩石样品的导热系数,并分析导热系数与孔隙率、含水率、密度、温度及压力之间的关系。在此基础上,提出基于BP神经网络的岩石热导率预测模型。结果表明,BP神经网络模型具有较高的预测精度,相关系... 采用光学扫描仪测试了南昌地区出露的主要岩石样品的导热系数,并分析导热系数与孔隙率、含水率、密度、温度及压力之间的关系。在此基础上,提出基于BP神经网络的岩石热导率预测模型。结果表明,BP神经网络模型具有较高的预测精度,相关系数可达0.993 82,满足工程精度要求。 展开更多

关键词 导热系数 神经网络 预测模型

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基于INSAR数据对比的FLAC3D煤层开采沉陷模拟研究 被引量：4

10

作者 王威 孟利山 于子望 《中国水运（下半月）》 2017年第12期112-113,共2页

采用FLAC^(3D)力学模拟软件,建立研究区地质概念模型,对拟采煤层进行分段开挖,分析由于开挖后应力改变及重分布引起的上覆岩层破坏和形变规律,并通过开挖后的合成孔径雷达干涉(INSAR)地表位移数据对模型的准确性进行验证。在此基础上,... 采用FLAC^(3D)力学模拟软件,建立研究区地质概念模型,对拟采煤层进行分段开挖,分析由于开挖后应力改变及重分布引起的上覆岩层破坏和形变规律,并通过开挖后的合成孔径雷达干涉(INSAR)地表位移数据对模型的准确性进行验证。在此基础上,模拟分析煤层开挖后各上覆岩层的沉陷值及其与埋深之间的变化规律。结果表明:地表位移模拟值与INSAR实际监测数据拟合较好;在煤层开挖后,上覆岩层的垂向形变规律是自地表向下逐渐增加;受地层倾向控制地表沉陷会向倾向方向移动和转移。论文成果可为相似采矿技术工程数值模拟地表沉陷提供理论和经验支持。 展开更多

关键词 煤层开采沉陷 数值模拟 NSAR数据

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增强型地热系统结合热泵供暖系统研究 被引量：8

11

作者 郭亮亮 黄贤龙 +2 位作者 安晓红 于子望 梁芊 《可再生能源》 CAS 北大核心 2019年第7期1100-1106,共7页

针对寒冷地区采用地源热泵供暖造成土壤冷负荷堆积的问题,文章提出一种增强型地热系统结合热泵的新型供暖系统作为解决方案。首先,介绍了该系统的组成及运行原理;然后,基于沈阳某场地的地质资料建立模型,进行水力压裂及产能分析,探讨了... 针对寒冷地区采用地源热泵供暖造成土壤冷负荷堆积的问题,文章提出一种增强型地热系统结合热泵的新型供暖系统作为解决方案。首先,介绍了该系统的组成及运行原理;然后,基于沈阳某场地的地质资料建立模型,进行水力压裂及产能分析,探讨了该系统各项指标的变化情况;最后,与传统地源热泵和太阳能-地源热泵进行了经济对比。结果表明:该系统可解决土壤冷负荷堆积问题,且可保持恒定供热量;投资回报年限较短;可节省大量空间和土地面积。 展开更多

关键词 寒冷地区 增强型地热系统 热泵 水力压裂 供暖

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煤层开采后覆岩稳定性物理模型及数值模拟 被引量：3

12

作者 张谦 张延军 +3 位作者 于子望 张通 张雨 罗银飞 《世界地质》 CAS 2019年第1期293-301,共9页

选取鄂尔多斯盆地某典型的煤矿区,通过FLAC^(3D)数值模拟、相似材料模拟以及理论计算,对煤层开挖后上覆岩层稳定性进行模拟研究,预测多种采动下地层动力学发生失稳及周围岩体应力重分布的规律及影响范围。研究结果表明,FLAC^(3D)能够较... 选取鄂尔多斯盆地某典型的煤矿区,通过FLAC^(3D)数值模拟、相似材料模拟以及理论计算,对煤层开挖后上覆岩层稳定性进行模拟研究,预测多种采动下地层动力学发生失稳及周围岩体应力重分布的规律及影响范围。研究结果表明,FLAC^(3D)能够较好地模拟煤层开挖给上覆岩层带来的影响;煤层开挖后,采空区上方竖向位移呈现中间大,两边小的趋势;采空区的影响范围略大于开采范围。 展开更多

关键词 煤层开挖 数值模拟 FLAC3D 相似材料模拟

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地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究 被引量：3

13

作者 吕天奇 张延军 +2 位作者 于子望 朱成成 类红磊 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2018年第1期79-83,共5页

地下水源热泵系统的地温场数值模拟研究对浅层地热能开发利用项目具有重要意义。通过TOUGH2建立地下水源热泵系统的水-热耦合模型,模拟了研究区多年地温场变化趋势以及抽灌井温度变化。结果表明地下水源热泵系统运行10年后部分组团出现... 地下水源热泵系统的地温场数值模拟研究对浅层地热能开发利用项目具有重要意义。通过TOUGH2建立地下水源热泵系统的水-热耦合模型,模拟了研究区多年地温场变化趋势以及抽灌井温度变化。结果表明地下水源热泵系统运行10年后部分组团出现大量冷堆积现象,影响供暖温度。依据本结果,结合场地条件,针对冷堆积现象采用太阳能辅助热源系统进行系统强化设计,并模拟研究强化后的地温场多年变化趋势,结果表明太阳能辅助热源系统可以有效提高供暖温度。 展开更多

关键词 地下水源热泵 太阳能辅助热源 浅层地热能 TOUGH2 数值模拟 地温场 强化设计

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基于TOUGH软件模拟加拿大BORDEN含水层储能试验

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作者 李晓光 张延军 +3 位作者 于子望 王成 黄贤龙 瞿成松 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期214-220,共7页

介绍了含水层储能地下温度场和地下流场(TH)耦合运移的机理;针对加拿大BORDEN含水层储能试验及观测数据,根据实际土层工程地质、水文地质和初始温度条件,建立了BORDEN储能试验的TH耦合3D数值模型。将模拟结果与实际观测数据进行对比,二... 介绍了含水层储能地下温度场和地下流场(TH)耦合运移的机理;针对加拿大BORDEN含水层储能试验及观测数据,根据实际土层工程地质、水文地质和初始温度条件,建立了BORDEN储能试验的TH耦合3D数值模型。将模拟结果与实际观测数据进行对比,二者非常接近,符合理论和实际观测情况;模拟了热羽逐渐移动的规律,证明利用TOUGH软件在地下TH耦合模拟方面的准确性和实用性,为将来的地下含水层储能工程设计提供理论基础和参考依据。 展开更多

关键词 含水层储能 TOUGH软件 TH耦合3D数值模型 模拟

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干热岩水力压裂实验室模拟研究 被引量：28

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作者 许天福 张延军 +2 位作者 于子望 胡忠君 郭亮亮 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第19期35-39,共5页

地壳中干热岩所蕴含的地热能量巨大,已成为世界各国重点研究开发的新能源。干热岩资源开发的增强型地热工程的场地试验研究投资大、周期长、风险大,在现场压裂和人工热储层建造示范工程前,实施干热岩水力压裂实验室研究很有必要。为此,... 地壳中干热岩所蕴含的地热能量巨大,已成为世界各国重点研究开发的新能源。干热岩资源开发的增强型地热工程的场地试验研究投资大、周期长、风险大,在现场压裂和人工热储层建造示范工程前,实施干热岩水力压裂实验室研究很有必要。为此,吉林大学深部地热和干热岩研究团队建设了大尺寸高温高压下干热岩水力压裂实验室模拟系统,为现场压裂工艺设计和储层改造提供参数和技术支持。本文介绍模拟系统的实验设备、实验条件和初步的实验研究成果。 展开更多

关键词 干热岩 高温压实验 水力压裂 声发射 导流换热实验

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考虑多级流速下的岩石粗糙单裂隙渗流传热特性试验研究 被引量：5

16

作者 黄奕斌 张延军 +3 位作者 于子望 马跃强 张驰 李良振 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期2654-2667,共14页

为系统研究增强型地热系统深部干热岩裂隙表面特征和热工质间的对流换热情况,基于N.Barton的JRC经典剖面和先进的3D打印技术,通过在岩样裂隙表面有规律地设置不同方向的粗糙度,以蒸馏水为热工质,考虑流体热物性变化,在人工岩样裂隙中进... 为系统研究增强型地热系统深部干热岩裂隙表面特征和热工质间的对流换热情况,基于N.Barton的JRC经典剖面和先进的3D打印技术,通过在岩样裂隙表面有规律地设置不同方向的粗糙度,以蒸馏水为热工质,考虑流体热物性变化,在人工岩样裂隙中进行多级流速下的对流换热试验。结果表明:低水平围压下,岩石单裂隙渗流特性呈线性演化规律,渗透压力与流速、温度呈正相关,与岩样粗糙度呈负相关;粗糙岩样中围压一定时,温度场和流场的耦合作用对流体出口温度影响较大;短边粗糙度相同时,长边粗糙度的增大会强化换热,且不同方向粗糙度主导的相邻岩样换热系数差及幅值比不一样;裂隙表面粗糙度大小对换热效果影响较大,此外,粗糙度的方向性通过控制渗流路径和有效换热面积来改变换热强度,说明粗糙度大小及各向异性在岩石渗流传热中是不可忽略的因素。 展开更多

关键词 岩石力学 节理粗糙度系数 人工岩样 单裂隙 多级流速 对流换热系数

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