地球數值模擬裝置的作用

1. 米勒模擬原始地球的試驗裝置中,冷卻器有什麼作用

那時候好象還熱得很 冷卻器應該是控制溫度的,通過加熱一段時間再冷卻一段時間就能保持溫度恆定不變.,冷卻器不一定要使溫度冷卻到極低啊 例如將100度冷卻到80度也是冷卻器的作用啊

2. 物理與數值模擬方法

（一）物質平衡再造古高度法

集水盆地的古地形對湖泊系統起著重要的作用，所以恢復集水盆地的古地形是古湖泊學研究的一個重要方面。所謂古地形就是要確定古高度，而古高度有絕對和相對兩種含義：絕對的古高度指距離當時海平面的古高程即古海拔，相對的古高度指不同地點的高差與地形的起伏程度。

前第四紀古地形再造的主要依據是沉積地層，而沉積物通常保存在負地形中，例如根據沉積物及所含化石可以再造盆地的古深度。至於剝蝕區的正地形，由於難以留下直接的地質記錄，長期以來只能猜測而無從再造。地質學能在不同程度回答「水多深」，而不能回答「山多高」的問題，再造古高度要比古深度困難得多。近年來地球科學的發展，開始為古高度的再造探索提供了途徑，物質平衡再造古高度法就是其中的一個。

物質平衡再造古高度法是一種計算機模擬的方法，其基本構思是逆演沉積充填過程，即把各段地質時期里堆積在湖盆內的沉積物順次「挖出」，並按照可辨認的特徵「回歸」到集水盆地去，再經過一系列的校正處理，就可以求出各時期集水區的古地形圖。其原理是「質量守恆」：假定研究區內物源區和沉積區在碎屑物沉積搬運上是處在一個封閉系統之中，則剝蝕物的質量應當等於沉積物的質量。這項方法是在研究現代海洋沉積的基礎上建立起來的［如墨西哥灣（Hay等，1989）和北海盆地（Wold，1992）］，在應用到含油盆地古湖泊集水盆地古高度再造時，根據內陸湖盆的特點及現有資料，對其進行了簡化和修改。

1.時間步長

將所研究的時間范圍分成若干個時間段，每一段時間長度（如i至j）稱作時間步長。

2.集水盆地范圍的界定

集水盆地范圍的界定是盆地內沉積物「回歸」的必然條件。在此基礎上，把整個研究區域劃分成若干個方格，各方格中的數據是古地形再造的最基本的單元。

3.起始面地形

起始面是物質平衡古地形再造中重要的邊界條件之一。Hay等人對河流入海盆地所做的古地形再造，都是將現代地形作為起始面；也可以根據有限的目標（如只研究古湖泊），選擇某一特定時間作起始面（如本項研究以東營組結束時作起始面）。

4.侵蝕基準面的選取

侵蝕基準面以上地形的高度是控制碎屑物質侵蝕速率的最關鍵因素，因此侵蝕基準面的選擇對古地形的再造結果有直接影響。在研究海相盆地時，要依據全球海平面高度及其變化，而在研究非直接受海平面變化影響的內陸湖盆時，則要具體情況具體分析。

5.岩性地層柱狀圖

某一時間單元之內沉積物的厚度和分布規模，決定了在該段時間內回歸到源區的物質量，從而也就決定了該時間單元之內源區應增加的高度。根據各個時期地層的等厚圖，給每個網格各賦一個厚度的平均值，這樣就建立了每個網格的岩性地層柱狀圖。

在上述數據資料採集整理的基礎上，利用一定的數學公式就可以進行古高度的再造，並進行一系列的均衡脫壓等校正，具體方法及公式見成鑫榮等（1993）文章。

應當承認，沉積記錄只是古高度演變的一方面，另一方面是地殼構造升降的獨立證據，包括結晶礦物同位素化學的證據。在缺乏這類數據的情況下，我們採用孢粉所反映古植被和介形蟲等化石所反映古深度作為參考補充，探討物質平衡法再造古高度的可信程度。

（二）環境磁學

環境磁學是20世紀80年代興起的一門新學科，它主要是通過對沉積物磁性特徵的研究來恢復其古環境。目前，該方法在第四紀土壤、河流、湖泊和海洋沉積的研究中得到了廣泛的應用，但在前第四紀陸相沉積中的應用，尚鮮見先例。此次研究我們對此進行了摸索和嘗試，取得了一定的成果。

沉積物（沉積岩）主要由礦物組成，而從磁學的角度看，礦物可以分成三大類：①抗磁性礦物：在有外加磁場存在的情況下，仍不顯磁性並產生極弱的反向感應磁場的礦物，稱為抗磁性礦物。如石英、長石、方解石等。②順磁性礦物：在有外加磁場時出現磁性的礦物。常見的有綠泥石、黃鐵礦、菱鐵礦、綠簾石、黑雲母等。③鐵磁性礦物：有些礦物在無外加磁場存在時，就顯示磁性，成為鐵磁性礦物。常見的有磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、纖鐵礦等。這些礦物的組成和含量決定了沉積物的磁性特徵，而這些礦物的組成和含量又是與其源區地質與環境及沉積介質的物理、化學、生物條件及成岩作用等息息相關的，環境磁學就是要通過對沉積物（沉積岩）磁性參數的測試來反映礦物成分、粒徑和排列的變化，從而揭示沉積環境的變遷。

環境磁學常用的磁性參數有磁化率（包括體積磁化率、質量磁化率）、頻率磁化率比值、等溫飽和剩磁、退磁參數等；常用的測試儀器有MS2型手提式磁性探測儀、Dual頻率磁化率探頭、旋轉磁力儀及脈沖磁力儀。

環境磁學由於其測試儀器簡便、數據獲得快、數量多，因此能提供高分辨的地層劃分和對比方案，特別是對於那些沒有生物化石保存的地層來說更為有用，目前在從深海地層到黃土剖面的研究中已得到廣泛應用。黃土剖面的磁化率曲線顯示出十分規律的冰期旋迴，反映了氣候周期；在深海地層如大洋鑽探的岩心測試中，環境磁學已成為地層工作中的常規項目，甚至發展到磁化率測井。同時環境磁學對於沉積物物源、沉積韻律、古氣候和成岩作用研究等方面，都具有重要意義，是含油盆地古環境研究的有效方法。有關該方法的原理詳見舒小辛（1993）文章。

（三）背散射電鏡成像技術

背散射電鏡成像（Backscattered electron imagery，簡稱BSEI）是在掃描電鏡中內置背散射電子探頭和圖像分析裝置，對樣品進行高解析度觀察、分析和照相的一項技術。其基本原理是：當入射電子束與靶區原子接觸時，發生彈性碰撞，產生背散射電子；背散射電子的數量（稱為背散射系數η）主要與靶區的原子序數有關，原子序數高時，η值就大，圖像就亮，原子序數低時，η值就小，圖像就暗（Belin，1992）。具體到泥頁岩，由於其中各種礦物顆粒（如黃鐵礦、石英、長石、粘土礦物、碳酸鹽礦物等）之間以及礦物顆粒與有機質之間原子序數均存在差異，所以背散射電鏡圖像能清晰地揭示它們之間的關系。如礦物顆粒原子序數較有機質高，在圖像中礦物層亮，而有機質層色則暗。

與其他泥頁岩研究方法相比，BSEI技術最大的優點就是解析度高。X射線照相主要研究泥頁岩的紋層構造，當紋層厚度小於200 μm時，X射線下就不能清晰顯示出來。光學顯微鏡的最大解析度為1 μm，當泥頁岩的組成顆粒小於1 μm時，就不能解析度出來。而背散射電鏡的解析度可達0.01～0.1 μm（Belin，1992）。另外，BSEI作為在掃描電鏡基礎上發展起來的一種技術，不但能突出泥頁岩不同組成部分之間的對比度，而且還能在高放大倍數下清晰識別出礦物顆粒、有機質和古生物化石的形狀。最後，BSEI技術通過與能譜分析儀（EDS）的配合使用，還能定性或半定量分析礦物成分。

90年代以來，這項技術已經成為泥頁岩研究中最常使用的一種手段，在許多現代和古代沉積研究中均使用了該方法，用來分析沉積物的組構、成分，進而進行古海洋、古氣候、古湖泊等古環境研究（表3-2）。本次研究泥頁岩的背散射電鏡成像分析是基於與英國曼徹斯特大學的合作，使用儀器是Joel 6400掃描電鏡，有關樣品處理方法見Pike等（1996）。

表3-2 背散射電鏡成像技術應用實例

（四）沉積韻律分析

韻律或者周期性，是世界各地各時代沉積岩中廣泛存在的現象，因為沉積過程就是周期和事件性的疊加（Einsele等，1982）。在湖相沉積體系中，沉積韻律是最常見的現象之一，而這在湖相烴源岩中更加突出。研究沉積韻律不僅可以從中提取古氣候、古湖水化學和古生產力等信息，而且能為認識湖相烴源岩的生烴條件和生烴機理提供重要依據。沉積韻律分析包括識別韻律、成因研究和頻譜分析三方面。

湖相地層韻律的尺度大小不一，小到季節性甚至更短周期形成的紋層，大到萬年十萬年級的天文周期。因而韻律的識別也有多種途徑，包括沉積學、地球化學、環境磁學、微體古生物學以及測井地質學等。最容易識別的是紋層，只需依靠肉眼判斷的岩性特徵；有的韻律最便於用磁化率或測井曲線做准確的分辨；而有時有待用微體古生物或地球化學分析的結果才能識別。東營湖沙河街組地層中的韻律，主要通過顏色、碳酸鹽含量、磁化率等特徵進行識別和測定。

湖相地層中韻律的形成可以是湖盆水體的變化，或者集水盆地的環境變化所致，也可以由於沉積作用本身（如濁流）或者成岩作用所造成（Einsele等，1982）。研究韻律的成因，除了韻律厚度測量和頻率估算等以外，韻律中礦物和化學成分的分析，偏光顯微鏡下的岩石學分析，甚至應用背散射電子掃描電鏡對微型層理作高解析度的分析（詳見第八章第一節），都是重要的途徑，而微體古生物（包括孢子花粉）分析和遺跡化石的觀察、統計，也是揭示韻律成因的有效方法。

頻譜分析查明沉積韻律的主周期，是了解其成因的重要方面，也是高解析度地層工作的內容之一。地層的時間序列（如磁化率曲線或者碳酸鹽含量曲線）通過傅里葉變換或者沃爾什變換，可以求出功率譜，從而揭示韻律的主周期。當然整套地層的時間跨度，是求出主周期年齡長度的先決條件。

有關頻譜分析和整個沉積韻律的研究方法和原理詳見王慧中（1993）的文章。

（五）沉積作用的數值模擬方法

地球科學從定性走向定量、從現象描述向機理探索的轉化，使得數值模擬的作用日益明顯。通過數值模擬檢驗現有的假設，指出待查明的環節，對於古湖泊學這種綜合而帶探索性的學科顯得格外重要。古湖泊學把湖泊作為一個完整的系統來研究，為揭示各因素間的相互關系必然要盡量採用定量方法。同時古湖泊學涉及流態圈層，而即使是現代流態圈層的大氣和海流，因其變化多端，通常也要求通過數值模擬來加以逼近。

數值模擬種類繁多，古湖泊研究時主要採用的有三種。

1.流場模擬

借用海洋學中根據風場模擬表層環流的方法，可以對古湖泊的湖流進行數值模擬。可以依據當時湖盆輪廓和水深等邊界條件，給出一定的風場，用數值模擬的方法研究了不同時段沉積時期的表層環流，並用沉積記錄加以檢驗。

2.古地形模擬

利用化石作為相對水深的標志，可以通過計算機制圖，作出半定量的古水深模擬。作為集水盆地古高度數值模擬的嘗試，根據盆地分析中早已發展了的沉積充填的數值模擬方法，採用其反演技術，試驗通過回剝法求取集水盆地的古高度，這就是前面介紹的「物質平衡再造古高度法」。

3.地球化學模擬

採用數值模擬方法定量地探討沉積地球化學過程，是20世紀90年代國際學術界的新課題。如可以針對烴源岩中碳酸鹽/泥岩的韻律性紋層的成因問題，建立原生碳酸鹽化學沉積的數學模型（梅洪明，1996）。

此外，在估計古生產力等方面也可以採用計算機制圖等方法。目前，運用計算機進行數值模擬，在第四紀古環境研究中已經廣泛採用，在石油地質學主要用於盆地分析。事實上，古湖泊學與古海洋學一樣，有著引進定量方法、開展數值模擬的廣闊前景。

3. 盆地數值模擬法

盆地模擬技術通過計算機技術把地質、地球物理、地球化學、地球熱力動力學、地質流體動力學等學科結合起來，從動態的、立體的角度來認識盆地的形成、演化及油氣生成、運移聚集史，該技術已成為油氣地質研究中一項強有力的軟體工具。在盆地模擬過程中，首先需要對鑽井、測井、地震、試油、地質分析化驗等大量地質參數進行定量分析整理，然後應用數學、物理、化學等定理，藉助計算機來定量模擬盆地形成演化及油氣事件發生、發展的動態過程。盆地模擬方法包括以下主要內容：

1.埋藏史恢復

根據盆地中地層現今厚度，假設地層岩石骨架厚度在埋藏中保持不變，通過回剝法對地層進行壓實校正計算，恢復地層厚度，計算公式如下：

第三紀殘留盆地油氣成藏動力學

式中h_s為地層骨架厚度（m）;Z為地層頂界埋深（m）；φ（z）為地層孔隙度與深度的關系式，H 為恢復厚度（m）。

2.有機質熱演化史

在古地溫和鏡質體反射率分析研究基礎上，根據各層的古地溫史通過England（1987）、Hunt等（1991）所修改的Waples（1980）公式計算出烴源岩在各地質時期的TTI值：

第三紀殘留盆地油氣成藏動力學

根據各層TTI史的現今值及鏡質體反射率—深度曲線，可得到一個井點的R_o—TTI回歸關系曲線。

3.生烴史模擬

在埋藏史和熱演化史基礎上，根據烴源岩的厚度、有機質豐度、類型，可以應用有機碳產烴率法或化學動力法計算生油層不同時期的生油量、生氣量。

4.排烴史模擬

Yukler等（1978）在一維盆地模擬軟體中，假設烴源岩中孔隙流體為油、水兩相且互不相溶，首先通過烴源岩的含油飽和度變化特徵建立了壓實排油模型。Nakayama（1986）在該模型基礎上進一步考慮了微裂縫排烴，且烴源岩孔隙流體由油、水兩相增加到了油、氣、水三相。郝石生（1994）、龐雄奇（1992）、陳義才等（2002）將分子擴散作用、天然氣在水中的溶解作用引入了烴源岩的排烴模型；石廣仁、郭秋麟等（1993, 1996）把達西定律用於烴源岩的初次運移的多相滲流模擬。

5.運聚史恢復

烴源岩中油氣排烴到儲層將在水動力、浮力作用下進行二次運移、聚集、散失。這一過程是一個復雜的地質過程，也是目前盆地模擬研究中最主要的難題。國內外許多學者在這方面做了大量研究，如Hirsh和Thompson（1995）,Kross等（1998）,Hantschel,Meaking（2000）;Leytheuser和Schwark等（2000），石廣仁（1993、1996），王英民等（1998），龐雄奇（2002）等。這些研究包括實驗室的實驗模型分析和建立地質、數學模型來模擬計算。在模擬計算中主要有兩個方面，一是根據達西定律求解油、氣、水在儲層二次運移的飽和度方程、流體勢方程，再由油、氣飽和度在儲層中的分布預測聚集量及其空間分布。目前國外流行的盆地模擬軟體有德國的PetroMod、法國的Temispack和美國的BasinMod盆模系統。我國盆模軟體有中國石油勘探開發研究院的BASIMS、中國海洋石油勘探開發研究中心的Probases和中國石油大學的BMPRS、中國地質大學的PSDS、勝利油田的SLBSS等盆地模擬系統等。

4. 地球有哪些特點

地球的主要特點
1、呈橢圓型，兩端略扁。
2、自轉方向：自西向東. 自轉周期：一晝夜。
3、圍繞太陽公轉，而月球則圍繞地球公轉。
圍繞太陽公轉的周期約為365日。
4、從外太空看望地球，映入眼簾的大部分為水。所以地球又被成為「水之星球。」
地球的演化時期
在地球演化過程中，發生一些天文與地質事件，將事件的時間段叫做地質時期。
在不同的地質時期，地質作用不同，特徵不同。 在各地質時期，在與地球相關的宇宙空間及太陽系和地球所發生的大事件，在地球自身、地殼運動、地層、岩石、構造、古生物、古地磁、古冰川、古氣候等多方面都留下了記錄。
將地球歷史劃分為：地球形成時期、地殼形成時期、進入太陽系前時期、進入太陽系時期、地月系形成時期、新生時期。
如果真有地心文明的存在，那說明地表和地心空間是有通道的，如果我們能夠找到這條通道，或許就可以進入地心世界，那麼這個通道會在哪裡呢？這個地方必然是比較隱秘的，有人說南極的冰層下就有能往地心世界的通道，還有人認為，地球上不是有一些無底洞嗎？這些無底洞中，估計會有一個是可以通往地心世界的。

5. 數值模擬技術簡介

（一）研究現狀

地下多相、多組分流體運移數值模擬是在質量和能量守恆的基礎上，建立的多相流體運動以及反映地球化學運移擴散的數學模型，通過離散建立大量的線形或非線形方程組，然後利用計算機計算求解，再通過圖像顯示模擬結果，達到對工程問題和物理問題乃至相關其他問題研究的目的。CO₂地質封存數值模擬就是利用計算機模擬的方法，來解決CO₂進入地質封存系統後運移、轉化、水-岩-氣之間的相互反應、CO₂泄漏對淺部含水層影響及誘發的儲蓋層物性變化等一系列問題，從而指導CO₂地質封存工程的實施。

目前，國內外已開展的關於CO₂地質封存數值模擬的研究工作包括以下幾個方面：

1.超臨界CO₂-水多相流體運動模擬

Pruess等（2003）模擬了均質各向同性鹹水含水層中以恆定流量灌注CO₂條件下，灌注井井周非等溫徑向流情況。當忽略重力和慣性力效應時，模擬結果中存在相似變數ζ＝R²/t（其中，R為徑向流動距離，t為時間），CO₂飽和度、溶解CO₂質量分數、沉澱鹽的體積分數及流體壓力都是相似變數的函數。這與O' Sullivan（1981）及Doughty和Pruess（1992）的結果一致。兩相流的模擬考慮了CO₂和水的相對滲透率及毛細管力作用問題（Van Genuchten，1980），考慮了流體密度、黏度和CO₂溶解性隨壓力、溫度和含鹽度的變化，以及鹽的沉澱導致含水層滲透率的減小等因素。

Doughty和Pruess（2004）利用Fro鹹水含水層封存CO₂監測資料，反推了CO₂灌注後發生的物理和化學過程。他們採用TOUGH2數值模擬軟體對兩相（液、氣）三組分（CO₂、水和溶解NaCl）系統進行模擬。考慮15MPa和65℃條件下，超臨界CO₂在鹹水中為非混溶流體，並能部分溶解於鹹水的情況，分析了多相流系統邊界設定的影響及相對滲透率取值問題，即模擬中對側向邊界的設置為均開（或均閉），結果導致壓力的模擬結果與實際相比過低（或過高）。研究表明，由於上覆斷層對CO₂的封堵作用，側向邊界對CO₂彌散羽的影響不大。模擬結果還顯示，相對滲透率函數對CO₂彌散羽的演化有很強的影響。如何確定一個合適的相對滲透率以表徵CO₂灌注鹹水含水層的變化，仍是亟待解決的問題。Doughty和Pruess模擬了兩種CO₂殘余飽和度條件下的CO₂羽擴展隨時間的變化，發現存在較大差異。殘余飽和度較大的情況下，CO₂羽表現出緊縮狀，在浮力作用下運移較慢；相反，在殘余飽和度較小的情況下，CO₂羽流彌散很快，溶解性顯著提高。

2.多組分反應地球化學運移模擬

水-砂岩-CO₂相互作用往往形成一系列次生礦物，或次生礦物組合。Worden et al.（2006）通過岩石學和CO₂灌注長石砂岩的地球化學模擬表明，北海Magnus油田上侏羅統濁積亞長石砂岩中的鐵白雲石、高嶺石和石英可能具有成因聯系。其中，鐵白雲石中的碳來自有機成因的CO₂。Watson et al.（2004）通過CO₂氣與CH₄氣儲集砂岩的比較岩石學研究，證實澳大利亞Otway盆地Ladbroke Grove CO₂氣儲集砂岩中與CO₂氣灌注有關的次生礦物組合為鐵白雲石-高嶺石-次生石英。

Xu et al.（2005）利用一維砂岩-頁岩系統模型模擬了儲層中灌注的CO₂與礦物發生的化學反應過程，以及對儲層環境的影響。模擬顯示，在砂岩環境下，CO₂主要被方解石所固定，而方解石的沉澱導致孔隙度減小，進而導致滲透率相應減小。10萬年間，砂岩封存能力達到90kg/m³的封存能力，這些被礦物固定下來的CO₂可以永久封存。Zwingmann等運用地球化學模擬軟體EQ3/6進行的水-礦物-CO₂相互作用模擬也表明，若將CO₂灌注到日本本州島中北部新潟盆地更新世灰爪組砂岩，CO₂以溶於水和形成碳酸鹽礦物兩種形式封存，其中後者封存量最大為21.3mol/kgH₂O，可達總封存量的90％，形成的碳酸鹽礦物中也出現了片鈉鋁石。

3.耦合岩石力學模擬

從目前發表的論文及各國研究計劃的綜合報告上看，在CO₂鹹水含水層封存研究方面，對於CO₂運移機制的分析和模擬很少考慮應力場的耦合作用。事實上，CO₂灌注壓力和超臨界CO₂的浮力作用將改變地層應力狀態，即CO₂在上浮運移和側向擴散過程中，孔隙壓力可能會對原始裂隙和斷裂產生影響；CO₂在鹹水含水層中的長時期（千年級尺度以上）的封存，將改變含水層的地球化學狀態，CO₂-鹹水-含水層礦物的化學作用將可能導致岩體力學和水力學性質發生變化。

日本因位於4大板塊交界處與環太平洋構造帶中，活斷層密集發育，地震頻繁，地應力分布復雜，在CO₂地質封存評價方面，非常重視CO₂地質封存的力學穩定性研究（李琦等，2002；李小春等，2003）。李琦等（2002；2004；2006）提出了一個考慮初始地應力場、灌注壓力、CO₂浮力及含熱傳導作用的熱-水-力（THM）耦合模擬框架，考慮蓋層底部附近存在不同傾角斷層的二維平面應變地質封存問題。採用有限元演算法，對灌注CO₂流體對斷層穩定性的影響進行模擬分析。計算結果表明，為了避免斷層位移需要特別注意對灌注壓力的控制，因為CO₂灌注壓力對斷層滑動的影響遠大於CO₂羽流浮力帶來的影響。停止灌注CO₂後，CO₂羽流的上升則成為應力場擾動的主要因素。

（二）主要軟體介紹

近年來，計算機模擬技術在許多研究領域得到了廣泛的應用，開發出了許多優秀的模擬軟體和程序。同樣，可用於研究CO₂地質封存的數值模擬軟體也很多，主要有PHREEQC、GEM、ECLIPSE、TOUGHREACT、PetroMod、MUFTE-UG和NUFT等，它們都有各自的特點和適用性。在進行數值模擬之前，需對這些數值模擬軟體進行評價分析，選擇適用於所研究問題的模擬軟體。現對國際上常用的幾款軟體簡介如下。

1.PHREEQC

PHREEQC是一款用於計算多種低溫水文地球化學反應的計算機軟體。以離子締合水模型為基礎，PHREEQC可完成以下任務：(1)計算物質形成種類與礦物的溶解飽和指數；(2)模擬地球化學反演過程；(3)計算批反應與一維運移反應。另外，與多組分溶質-運移模型耦合的PHREEQC可生成PHAST，一個用於模擬地下水流系統的三維反應-運移模擬器。但由於PHREEQC是在單相水流的基礎上建立的模型，因而不能模擬超臨界CO₂-水的兩相流運動。

PHREEQC最簡單的應用就是計算溶液中各種化學物質的分布，以及溶液中礦物與氣體的飽和狀態。反演模擬功能可推導和量化在流動過程中，能夠反應化學物質變化的化學反應方程。PHREEQC可處理的反應方程包括建立礦物、表面配合物、陽離子交換劑、土壤溶液、氣體組分單位分壓、給定壓力或給定體積氣相間平衡的物質運移反應。在模擬這些均衡反應的同時，PHREEQC還可以模擬動力化學與生物反應，以及模擬從簡單的線性衰變（代謝物降解或放射性衰變）到復雜的依賴於溶液化學組成和微生物數量確定的反應速度。這些反應處理功能可在批反應模擬或一維對流、彌散、反應型運移模擬中使用。

2.GEM

GEM v.2009.13（Nghiem et al.，2004）是一款用來模擬利用CO₂和酸性氣體提高石油採收率的模擬器，該模擬器完全耦合了地球化學組成狀態方程。GEM採用一步求解法進行狀態方程的求解。GEM可以用來模擬：對流和彌散流體、油（或超臨界CO₂）、氣和鹹水間的平衡、水相物種間的化學平衡，以及礦物的動態溶解和沉澱。該模擬器採用自適應的隱式離散技術利用一維、二維或者三維模型來模擬孔隙介質中溶質的運移。油相和氣相用一個狀態方程來模擬，氣體在水相的溶解度採用亨利定律模型來計算。水通過蒸發進入到氣相、蓋層的穿透、熱效應和裂隙的封閉作用也可以利用GEM來模擬。

3.ECLIPSE

ECLIPSE是一個並行化的可以模擬黑油、組分、熱采等問題的成熟軟體。1994年，勝利石油管理局引進了ECLIPSE油藏數值模擬串列軟體，廣泛開展了從油藏到氣藏，從常用油田到特殊油氣田、從常規模擬研究到特殊模擬研究等多方面的應用。主要模塊有主模型、黑油、組分、熱采、流線法、運行平台和ECLIPSE Office等。

ECLIPSE是一個商業軟體，在使用中其內核部分是封閉的，使用者只能將其作為一個「黑箱」來操作。其不足之處有：不可能免費的獲得和隨意地使用和修改；無法耦合最前沿的地質流體熱力學模型；無法加入更多影響因素來研究具體問題。因此，ECLIPSE不適宜用於前沿科學研究。

4.TOUGH2/TOUGHREACT

TOUGH2是Transport of Unsaturated Groundwater and Heat（非飽和地下水流及熱流傳輸）的英文縮寫，是一個模擬一維、二維和三維孔隙或裂隙介質中，多相流、多組分及非等溫的水流及熱量運移的數值模擬程序。TOUGH2使用積分有限差分（Integral Finite Differences，IFD）（圖3-8）的方法來解決多相流動和多組分化學運移模擬中的空間離散化問題（Pruess et al.，1999s；Xu et al.，2004）。為了滿足大規模計算需要，Zhang et al.（2008）開發了TOUGH2的平行計算版本，即TOUGH2-MP。

該方法在對地質介質的離散化上是比較靈活的，允許使用不規則的網格，十分適合對多區域非均質系統和裂隙岩石系統中流體流動、運移和水岩相互作用的模擬。而對於規則的網格剖分，積分有限差分方法相當於傳統的有限差分法。其中，對於任意區域Vn，它的質量（對於水、氣體和其他化學組分）和能量（對於熱）守恆方程可以用積分的方式（式3-5）表達：

圖3-8 積分有限差分法中的空間離散化和幾何參數數據構成圖

中國二氧化碳地質封存選址指南研究

式中：下角標n為表示一個單元格；下角標m為表示和單元格n互相連接的網格m；Δt為時間步長；M_n為單元格n的平均質量或能量密度；A_nm為單元網格n和m交界的面段；F_nm為通過面積為A_nm的質量或能量通量；q_n為單元格n內單位體積的平均源匯率。

許天福等（1998）在TOUGH2的框架基礎之上，增加了多組分溶質運移和地球化學反應的模擬功能，形成了一套較為完善的可變飽和地質介質中非等溫多相流體反應地球化學運移模擬軟體——TOUGHREACT。該軟體不僅包括了TOUGH2的全部功能，而且適用於不同溫度、壓力、水飽和度、離子強度、pH值和氧化還原電位（Eh）等水文地質和地球化學條件下的熱-物理-化學過程。還可以應用於一維、二維或三維非均質（物理和化學的）孔隙或裂隙介質中的相關數值模擬研究。在理論上可以容納任意數量的以固相、液相或氣相存在的化學組分（但是在實際模擬中會受到計算能力和計算時間等硬體條件的限制），並且考慮了一系列化學平衡反應，如溶液中的配合反應、氣體的溶解或脫溶、離子吸附作用、陽離子交換及受平衡控制或反應動力學控制的礦物溶解或沉澱反應等。可以說TOUGHREACT、是TOUGH2的升級版，近年來在世界范圍內CO₂地質封存研究和工程實踐中得到了廣泛的應用。

除包含TOUGH2所有的功能外，TOUGHREACT還可以應用於一系列的反應性流體和地球化學遷移問題。比如：(1)伴隨Kd線性吸附和放射性衰變的污染物遷移問題；(2)在周圍環境條件下，自然界中地下水的化學演變；(3)核廢料處置地點評估；(4)深部岩層的沉積成岩作用；(5)CO₂地質處置。多相流體運動，多組分反應地球化學，各種封存形式封存量以及隨時間空間變化；(6)礦物沉積（如表生銅礦富集）；(7)自然和補給環境下熱水系統中的礦物變化。

通過最近幾年相關研究者的不懈努力，TOUGHREACT在實際應用中得到了進一步完善和提高，增加了部分新功能，如水相內部反應動力學和生物降解作用，改進了礦物-水反應表面積計算方法，以及氣-水反應中氣的活度系數的修正等。

5.PetroMod

由德國IES（Integrated Exploration System）公司研究開發的PetroMod多組分、多相態的多維含油氣系統模擬軟體綜合平台已被世界石油業所公認。該軟體融入了斷層活動性、鹽丘上涌和刺穿、火山岩的侵入、氣體擴散效應、油氣水三相運移和油氣吸附模型等相關技術。

該模擬軟體平台推出和採用的油氣運移組合模擬演算法（Hybird）是當今最先進的油氣運移模擬演算法，既可以保證模擬的精度，又可以極大地提高模擬的運算速度。其中的PetroFlow3D用於油氣運移、聚集、圈閉和散失等情況的模擬，同時PetroCharge Express為我們提供了基於圖件的油氣運移和圈閉模擬的快速分析工具。

6.MUFTE-UG

MUFTE-UG是MUFTE和UG.MUFTE的結合。MUFTE即多相流（Muliphase Flow）、運移（Transport）和能量（Energy）模型。該軟體包主要包括物理模型概念和孔隙裂隙介質中等溫和非等溫多相多組分流動和運移過程的離散方法（Helmig，1997；Helmig et al.，1998）。它能對裂隙孔隙介質進行離散性描述（Dietrich et al.，2005）。UG是非結構性網格（Unstructured Grid）的縮寫，它提供的數據結構能快速解算以平行、自適應多網格法為基礎的離散型偏微分方程。具有模塊化結構的MUFTE-UG很容易解決各種有特殊要求的問題。

模塊化結構的MUFTE-UG具有許多不同的環境與技術應用。例如，在環境應用領域，MUFTE-UG能夠模擬如下兩個問題。

（1）NAPL（非液相流體）向飽和與非飽和土壤的滲流。優化改進的修復技術在MUFTE中具有廣泛的研究和發展空間。

（2）地下CO₂的消散。CO₂以高溫高壓灌注地表以下幾百米的地層中，MUFTE-UG可用於非均質含水層（對流和彌散運移）中羽狀體演化評價，伴隨溫度效應（由於膨脹和壓縮）和組分間相互溶解（鹵水和CO₂）。

7.NUFT

NUFT（Nonisothermal Unsaturated-Saturated Flowand Transport model）是一套用來解決在多孔介質中多相、多組分非等溫流動和溶質運移過程中地下污染物運移的數值解法器。此軟體利用簡單的代碼來利用通用的實用程序和輸入文件的格式。最近，此代碼在Unix和DOS系統下運行成功。

該程序利用一套完整的有限差分空間離散法求解平衡方程組。每一個時間步長內利用Newton-Raphson方法求解非線性方程組，而在每一步迭代過程中利用直接解法和預共軛梯度法求解線性方程組。該模型可以解決一、二和三維水流及溶質運移問題。將來該模型會耦合進毛細滯後、非正交網格離散、有限單元剖分和固體非線性等溫吸附等功能。

（三）研究方法

通常情況下，CO₂地質封存數值模擬包括以下主要過程。

（1）建立概念模型：根據各種方法獲取的實際資料來概化和建立CO₂地質封存概念模型，包括邊界范圍、地層或儲蓋層高程、儲蓋層確定、參數及分區、源匯項、主要物理化學過程以及模型維度（一維、二維和三維）。

（2）建立數學模型：建立一套描述深部鹹水層中多相流動和多組分反應性溶質運移的偏微分方程組，包括初始條件和邊界條件問題。

（3）模型離散化：把概念模型中的各種信息通過網格剖分進行離散，形成大量的網格單元，然後通過有限差分、有限單元和積分有限差分等方法轉化成單元的質量和能量守恆方程組，再用多種方法將非線性方程組線性化，形成線性代數方程組，然後求解方程組。

（4）模型識別和校正：根據模型計算結果和實際監測數據進行對比擬合，適度合理調整參數，使模型能夠綜合反映實際情況。在歷史擬合過程中出現較大誤差，應重新檢查概念模型，修正概念模型。對所建模型進行參數敏感性分析，對於較敏感的參數應該慎重選取，甚至需要做大量的試驗來確定。

（5）模型預測：建立了可靠的模型後，便可以進行模擬預測。

數值模擬的關鍵是地質模型概化、計算精度和計算速度。由於計算的精度取決於離散的程度，而離散的程度又決定了計算的速度，這是一對矛盾，要根據解決問題的需要來選擇離散化的程度和計算速度。

CO₂在儲層中的運移、溶解以及與圍岩的化學反應形成了一個多相、多組分的反應體系，涉及的主要數學方程有超臨界CO₂-水的兩相流體運動控制方程、溶質運移控制方程和化學反應方程等。建立數值模型時，通常採用有限差分法、有限元法和積分有限差分法等。

由於實際應用時多採用已有的數值模擬軟體對CO₂地質封存的某一過程進行模擬，不涉及軟體的開發及程序代碼的編寫，只需根據研究的需要選擇合適的軟體進行模擬預測，而軟體一旦選定，數學模型和數值模型基本上已經確定。

6. 影響地球物理數值模擬的重要因素有哪些

M30砂漿配合比：在施工中碰見了要求用M30的砂漿配合比，而且給出了比例為1：1：0.45不要求用減水劑，水泥現在使用的42.5水泥，用於錨桿填充用的，給你參考一下！咨詢了老試驗工程師，他給出的大致想法是假設砂漿每立方總質量為2200kg,在用總2200除以2.45得898水泥，砂則為897，水為404。大致是這個意思。不知道大家都還有什麼想法一起說出來，共同討論一下。可以參考一下，配合比一般是1：1-1：2之間比較合理，之前用過1：3.3的砂漿根本不能用，老爆管是水泥砂漿,是直徑10cm的孔,灌注用的,錨桿直徑是28mm.我現在有個配合比,42.5的水泥:中砂:水=606kg:1m3砂:0.3m3水,我想增加水泥,水也增加一點,不知是否合理?不是用於梁的壓漿M30有水泥砂漿也有水泥凈漿兩種．兩種都比較常見．如橋梁預應力管道注漿就用凈漿，隧道砂漿錨桿就用的砂漿注漿的．加砂主要是降低造價和防開裂．為保證強度和流動度可加減水劑有做過，結構部位是錨桿的，大概控制在水泥：砂=1：2左右，砂漿一般很難壓進去,設計上一般是水泥:砂=1:1,水灰比為0.45,砂採用特細砂,可加高效減水劑.我們這就是用於錨桿錨索注漿.但實際用凈漿,資料做成砂漿就可以了.大家都知道壓砂漿是騙人的,因為根本壓不進。誰說的錨桿灌砂漿壓不進去，純粹的無稽之談，你以為錨桿灌的砂漿就是普通砂漿的嗎？它有流動性要求，你以為就是某某稠度就可以的嗎，還說是搞工程的，不知道不要亂說！你也不要聽圖紙上說水泥：砂=1：1，或者說什麼水灰比0.45之類的，他也只是建議，他告訴用什麼砂什麼水泥沒有嘛，既然材料都不一樣難道配合比會一樣的嗎？灌漿只要它的的稠度能滿足施工要求就能灌進去，何來說砂漿不能灌進去之說！我們用了幾個工地的砂漿灌漿完全沒有問題，稠度16~20S僅供大家參考，根據這個設計出滿足要求的強度的砂漿就可以了！還有就是膨脹劑必須要加，減水劑視材料工作性加與不加！還有誰說什麼特細砂之類自己把規范好好看看，要求是小2.36mm的砂，免得讓大家誤會必須用特細砂一樣！還有哪個誰說砂漿達不到M30，自己用腦袋好好想想，我用32.5級水泥配不出來就不能用42.5級水泥的嗎，而且調整還可以調整水泥用量的撒？真不知道大家一天干什麼去了，書上很多東西有說！類土質是花崗岩熔岩等火山岩風化而成,繼承了原岩各向異性的土體物質或破碎岩體物質,其本身在未經搬運時具有岩體結構特徵,包括硬岩的全風化、殘積層,軟岩的全風化、強風化及殘積層。本論文主要依託海南東環城際鐵路客運專線,分析沿線的花崗岩殘積層等的物理、化學性質,探尋類土質影響工後沉降控制較為嚴重的物化指標。作者主要討論了類土質自身的8個物化指標:礦物成分、含水量、塑性指數、顆粒級配、孔隙特徵、壓縮特性、結構特徵以及風化程度,即類土質的組成、結構和力學方面的性質。其次整理沉降監測資料,分析上述指標與沉降控制間的相關關系,相關系數的大小則反映了對沉降控制影響的大小。最後,藉助FLAC~(3D)數值模擬軟體以及理正岩土工程計算軟體對顯相關的前3個指標進行模擬,預測各階段路基的沉降值,再以現場實際的沉降監測資料,對數值模擬的結果給予檢算和驗證。論文取得的研究成果主要有以下幾個方面:(1)論文詳細的闡述了類土質的成因、組成以及物理、化學性質:其形成主要是由於軟硬岩自身不同物質成分的物理、水理、化學以及熱學性質等的差異,導致岩石在遭受風化作用時的脹縮、熱分布、含水特徵等不同,岩石內部出現差異風化,從而,岩石的結構、構造、化學成分、顆粒大小等逐漸發生變化,岩石發生不同程度的風化,類土質由之形成。同時,論文在以往類土質定義的基礎上,主要針對類土質本身的物理化學性質,從類土質的成因、結構、物質組成方面完善其定義:類土質是由岩體風化而成的、物理化學及力學性質明顯區別於均質土體、岩石的土體物質或破碎岩體物質,包括岩體全風化物以及全風化殘積物。其中,全風化物保留或部分繼承了原岩的結構、構造特徵;全風化殘積物已喪失了原岩的結構、構造特徵,但物質成分同全風化物相似。(2)影響工後沉降的因素很多,就類土質本身的物理、化學性質而言,都難以計數,而且各影響因素之間還存在或多或少相互牽連。作者在閱讀大量已有花崗岩全風化文獻的基礎上,分析整理出類土質的8個物理、化學指標:礦物成分、含水量、塑性指數、顆粒級配、孔隙特徵、壓縮特性、結構特徵以及風化程度。之後,通過初期對上述8個指標分別做沉降監測,基於它們各自對沉降的貢獻,分析它們對沉降控制的相關程度,按照相關系數由大到小排序依次為:含水量、顆粒級配、礦物成分、風化程度、殘余結構、孔隙特徵、塑性指數和壓縮特性。(3)變形的實質即是原有應力場或應變場的改變,路基的沉降即是在進行路基填築過程中,由於上部荷載的作用,使路基新的應力場生成。FLAC~(3D)基於有限差分原理,摩爾—庫侖材料模型能夠有效模擬土質材料地應力場的生成;另外,理正(軟土)路基設計軟體是工程中較為常用的路基沉降計算軟體,因此論文選取了FLAC~(3D)數值分析軟體及理正(軟土)路基設計軟體對路基的工後沉降做模擬分析。FLAC~(3D)模擬了基床開挖、換填,路堤填築時地應力場的變化,總的趨勢表現為換填壓實過程,路基以均勻沉降為主,橫向邊界由於邊界效應影響,其位移矢量與路基中心相比,相對較小;路堤填築過程中,路堤下部基床則以盆型曲線沉降,沉降量隨深度的遞增而減小。FLAC~(3D)計算類土質路基最終沉降量為:362.4mm。理正忽略了開挖對路基應力場的影響,通過路基類土質分層賦予不同的力學參數,綜合考慮路基表層換填、路堤類土質填築、路床及以上列車、軌道等荷載以及超載預壓等載荷情況,分別計算出沉降基準期(路堤填築完成時)沉降量、超載預壓結束時沉降量和最終沉降量。預壓結束時,路基的沉降值為275mm,最終沉降量為329mm,殘余沉降量為54mm,符合工後沉降控制要求。即含水量、顆粒級配、礦物成分對類土質路基的工後沉降控制影響較大。這點在後續的沉降監測中也得到驗證。希望對你有用和幫到你。

7. 地球居然可以被搬進實驗室，這是可觀的嗎

我國是第一個研製出地球系統數值模擬科學裝置的，該裝置將用於測算出大氣圈、水圈、冰凍圈等的運動變化趨勢，對地球的以往開展反演、對如今開展觀察、對將來開展預測。

把地球搬入試驗室，是怎樣保證的？地球五個圈層怎樣相互之間危害？在我國地球模擬裝置特性怎樣？

地球系統數值模擬裝置：是能夠模擬地球的奇妙手機軟體

地球系統數值模擬裝置，說白了，就是用以模擬地球綠色生態系統的一種裝置。地球系統數值模擬裝置盡管被稱為裝置，但事實上，它並不是大家熟識的類似高性能計算機的大中型裝置，而是一種硬體軟體融合且以手機軟體為關鍵的裝置，學者必須運用部署在高性能計算機上的這種手機軟體，及其一些有關的標值來進行科學研究。

在我國的地球系統數值模擬裝置的水準怎樣？

地球系統數值模擬裝置測算全過程繁雜，對電子計算機規定高，既依靠硬體配置，又依靠手機軟體及其優化演算法和數據信息，僅有整體實力強勁的我國才有工作能力開展這些方面的研發。

在我國盡管在上世紀五六十年代就已進行有關科學研究，但大概在上世紀八十年代，在我國才開發設計出一個詳細好用的地球系統數值模擬方式。從八十年代迄今，在我國的方式也在持續的改善健全。在我國的地球系統數值模擬裝置在剛完工時要遠遠地落伍於日本等資本主義國家，但現如今我們與資本主義國家在這些方面的科學研究水準已基本上處在並跑情況。

張賀表明，大家的硬體配置裝置所選用的集成ic是中國晶元，其特性在一些層面乃至稍強過英特爾晶元，與此同時在基本建設全過程中在我國也自主研發了很多新的優化演算法，在提升測算高效率的與此同時也提升了測算的精確性。在我國地球系統數值模擬裝置發展趨勢正向著領跑全球的水準不斷進步，將來將為我們的日常生活產生大量好的更改。

8. 懷柔科學城規劃占密雲哪些村

法律分析：懷柔科學城規劃用地從41.2平方公里調整到100.9平方公里，其中，密雲區共有32.5平方公里納入規劃范圍。據了解，懷柔科學城密雲地塊的建設用地面積共有7.2平方公里，主要分布在密雲經濟技術開發區內。據密雲經濟開發區管委會副主任王武軍介紹，開發區內新建項目已經暫停，部分企業還將外遷，為科學城項目騰出土地。預計今年5月，將出台懷柔科學城總體規劃和控制性詳細規劃，擬將預留出土地空間建設基礎設施，為科研人員解決餐飲、住宿、子女上學等問題。

此外，為保障開發區供電，滿足科研項目需要，密雲經濟技術開發區今年將新建110千伏變電站，以及兩座電力開閉站。還將新建一台80蒸噸燃氣鍋爐，增加供暖面積。

目前，懷柔科學城首個落地項目——地球系統數值模擬裝置項目完成了前期手續辦理，已具備開工條件。據王武軍介紹，該項目是「十二五」《國家重大科技基礎設施項目》15個項目之一，通過地球系統數值模擬裝置平台，為全球氣候與環境變化等預測建立科學基礎，從而提高氣候變化、大氣嚴重污染等預測水平。

此外，密雲區積極「築巢引鳳」，做好科學城相關產業發展規劃，吸引世界一流創新要素聚集，「環境污染物識別與控制協同創新平台」等五大平台將於年內落地，前期准備工作已經啟動。

法律依據：《中華人民共和國城鄉規劃法》

第十四條 城市人民政府組織編制城市總體規劃。

直轄市的城市總體規劃由直轄市人民政府報國務院審批。省、自治區人民政府所在地的城市以及國務院確定的城市的總體規劃，由省、自治區人民政府審查同意後，報國務院審批。其他城市的總體規劃，由城市人民政府報省、自治區人民政府審批。

第十五條 縣人民政府組織編制縣人民政府所在地鎮的總體規劃，報上一級人民政府審批。其他鎮的總體規劃由鎮人民政府組織編制，報上一級人民政府審批。

9. 中科院地球系統數值模擬裝置有什麼用

試題答案：(1)原始地球；原始大氣   (2)閃電和宇宙射線   (3)原始海洋   (4)有機小分子   (5)原始生命；有機物