分布式光纖溫度示蹤識別裂隙地下水流動研究進展

符韻梅，董艷輝，徐志方，王禮恒，段瑞琪，趙少樺

(1.中國科學院地質與地球物理研究所頁巖氣與地質工程重點實驗室，北京 100029；2.中國科學院地球科學研究院，北京 100029； 3.中國科學院大學地球與行星科學學院，北京 100049；4.中國科學院地質與地球物理研究所新生代地質與環境重點實驗室，北京 100029)

識別地下水滲流通道和流動狀態，是預測裂隙介質中地下水流動行為的基本前提，也是目前裂隙地下水研究的熱點問題之一。溫度作為地下水的天然示蹤劑，具有環境無污染，測量精度高及監測方便等優點，早已被研究人員引入水文地質領域，并在地下水流動識別研究中得到應用[1-2]。就裂隙巖體而言，裂隙或周邊圍巖的溫度場分布可能會受到地下水流的擾動，使鉆孔中的垂向溫度剖面出現異常，這些異常可用于識別裂隙的分布及地下水的流動狀態。研究人員使用溫度探頭監測獲取鉆孔垂向溫度剖面的異常變化，可定位鉆孔中連通裂隙的位置，并對地下水的流動狀態(水頭、流速等)進行識別，甚至可據此進一步推測連通裂隙的水力性質(水頭、傳導系數等)[3-5]。但利用溫度探頭進行監測時，通常需要將探頭在鉆孔中進行上下拖拽，即使探頭的移動速度非常緩慢(<1.5 m/min)，也往往會擾動鉆孔中水柱的溫度。此外，溫度探頭一次測量只能獲取單點的溫度，通常需要幾小時才能獲取整個鉆孔的垂向溫度分布，測量數據的時空連續性較差。因此，受測溫技術的限制，溫度示蹤并未在裂隙地下水的流動特征識別研究中得到廣泛應用。

表1 基于DTS的溫度示蹤試驗研究一覽

隨著光纖技術的發展，溫度測量技術由溫度探頭的點式測量發展到分布式光纖測溫(distributed temperature sensors，DTS)的連續測量[6]，極大地擴展了溫度監測的空間和時間連續性。分布式光……