地?zé)崽綔y技術(shù)是地?zé)衢_發(fā)中的重要研究內(nèi)容。淺層測溫法是一種簡單高效的地球物理方法,在國外被廣泛應(yīng)用于地?zé)崽綔y初期。然而該方法在我國的應(yīng)用較少,究其原因,主要是國內(nèi)淺層測溫法探測設(shè)備和數(shù)據(jù)處理方法的缺少。為解決此問題,本文開展了熱物性測試方法、淺層測溫法設(shè)備研發(fā)以及基于淺層測溫法的地溫預(yù)測模型研究。提出多功能原位熱物性測試方法并研發(fā)多功能原位熱物性測試儀。測試儀主要包括裝配系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可以同時測量導(dǎo)熱系數(shù)、體積比熱容和熱擴(kuò)散系數(shù),適用于野外淺層測溫實驗和原位熱物性測量。在測試儀的研發(fā)中,重新設(shè)計了熱探針的長徑比及裝配方案,確定PT1000鉑電阻作為溫度傳感器,使用C#語言在windows平臺下開發(fā)了原位熱物性數(shù)據(jù)采集處理軟件,結(jié)合最小二乘法擬合直線算法,實現(xiàn)熱物性的測量。設(shè)計熱物性測試儀標(biāo)定及對比實驗,目的是標(biāo)定多功能原位熱物性測試儀并驗證測試儀測量熱物性的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。標(biāo)定實驗采用空氣作為測量介質(zhì),確定了最佳的測量電壓、測試時間和PT1000溫度傳感器到加熱絲的實際距離。對比實驗選用細(xì)砂和粘土作為測量介質(zhì),對不同含水量樣品的熱物性進(jìn)行了測試,分析導(dǎo)熱系數(shù)、體積比熱容和熱擴(kuò)散系數(shù)隨含水率變化關(guān)系,確定測試儀的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性符合要求。提出基于淺層測溫法的地溫預(yù)測模型,詳細(xì)分析各因素對模型的影響程度并提出校正方法。使用Tough2數(shù)值模擬程序模擬地下水滲流因素對模型預(yù)測精度的影響,結(jié)果表明流速、溫差和透水層厚度與地溫預(yù)測誤差呈明顯相關(guān)關(guān)系,使用SPSS擬合預(yù)測誤差與三種因素的經(jīng)驗公式。提出透水層等效導(dǎo)熱系數(shù)的概念和計算方法,應(yīng)用等效導(dǎo)熱系數(shù)后,各種工況的最大誤差減小到5.1%。使用地溫預(yù)測模型預(yù)測廈門東山熱泉地區(qū)恒溫層地溫,對比預(yù)測結(jié)果與恒溫層實測地溫數(shù)據(jù),驗證了地溫預(yù)測模型的可靠性和準(zhǔn)確性。在以上工作的基礎(chǔ)上,根據(jù)廈門后浦地區(qū)的淺層測溫結(jié)果繪制了研究區(qū)2m深度溫度等值線圖、淺層熱流密度云圖。使用基于淺層測溫法的地溫預(yù)測模型進(jìn)行研究區(qū)恒溫層的地溫預(yù)測,模型考慮地下水滲流、地層分布等因素的影響。結(jié)合圖件描述了研究區(qū)地溫特征并分析地溫分布成因。研究區(qū)地?zé)岙惓^(qū)整體呈現(xiàn)長軸近似南北方向的橢圓狀溫度異常暈,高溫中心出現(xiàn)在hp6、hp16孔位附近,F1和F3兩條斷裂控制了研究區(qū)地?zé)岙惓^(qū)的溫度分布。通過理論與實驗相結(jié)合方法,本文提出并研發(fā)的多功能原位熱物性測試方法和多功能原位熱物性測試儀具有功能齊全、測量準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)可靠的特點,可以很好地服務(wù)于淺層測溫法的野外實驗。本文提出的基于淺層測溫法的地溫預(yù)測模型對恒溫層的地溫預(yù)測準(zhǔn)確。最終形成一整套從設(shè)備研發(fā)到實際應(yīng)用再到數(shù)據(jù)處理方法的淺層測溫法技術(shù)體系,為淺層測溫法在我國的推廣和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),對于促進(jìn)國內(nèi)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用具有積極意義。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P314
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 淺層測溫法研究現(xiàn)狀
        1.2.2 原位熱物性測量研究現(xiàn)狀
        1.2.3 地溫預(yù)測方法研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容與方法
        1.3.2 技術(shù)路線
第2章 多功能原位熱物性測試儀的研制
    2.1 熱探針法原理
        2.1.1 熱探針法概述
        2.1.2 熱探針法經(jīng)典數(shù)學(xué)模型
        2.1.3 熱物性參數(shù)推導(dǎo)
    2.2 裝配系統(tǒng)設(shè)計
    2.3 加熱系統(tǒng)設(shè)計
    2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計
        2.4.1 溫度傳感器的選擇
        2.4.2 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計
        2.4.3 原位熱物性數(shù)據(jù)采集處理軟件開發(fā)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 熱物性測試儀標(biāo)定及對比實驗
    3.1 實驗內(nèi)容與方法
    3.2 熱物性測試儀標(biāo)定實驗
        3.2.1 加熱電壓選擇
        3.2.2 熱物性計算時間段選擇
        3.2.3 測試儀標(biāo)定結(jié)果
    3.3 熱物性測試儀對比實驗
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于淺層測溫法的地溫預(yù)測模型研究
    4.1 地溫預(yù)測模型原理
    4.2 地層分布、環(huán)境影響及修正
        4.2.1 地層分布影響及修正
        4.2.2 地表環(huán)境影響及修正
    4.3 地下水滲流影響及修正
        4.3.1 程序介紹
        4.3.2 滲流-傳熱耦合控制方程及求解過程
        4.3.3 水熱耦合模型建立
        4.3.4 模擬結(jié)果分析
    4.4 地溫預(yù)測模型場地驗證
        4.4.1 廈門東山熱泉地區(qū)場地概況
        4.4.2 地溫預(yù)測模型參數(shù)取值
        4.4.3 預(yù)測結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 廈門后埔地區(qū)地溫預(yù)測模型應(yīng)用及地溫特征研究
    5.1 研究區(qū)自然地理概況
    5.2 研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)概況
        5.2.1 地層
        5.2.2 侵入巖
        5.2.3 構(gòu)造
        5.2.4 水文地質(zhì)條件
    5.3 研究區(qū) 2m深度地溫特征
    5.4 研究區(qū)恒溫層地溫預(yù)測及特征
        5.4.1 地溫預(yù)測模型參數(shù)取值
        5.4.2 預(yù)測結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果
致謝

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本文編號：2883094