地球数值模拟装置的作用

1. 米勒模拟原始地球的试验装置中,冷却器有什么作用

那时候好象还热得很 冷却器应该是控制温度的,通过加热一段时间再冷却一段时间就能保持温度恒定不变.,冷却器不一定要使温度冷却到极低啊 例如将100度冷却到80度也是冷却器的作用啊

2. 物理与数值模拟方法

（一）物质平衡再造古高度法

集水盆地的古地形对湖泊系统起着重要的作用，所以恢复集水盆地的古地形是古湖泊学研究的一个重要方面。所谓古地形就是要确定古高度，而古高度有绝对和相对两种含义：绝对的古高度指距离当时海平面的古高程即古海拔，相对的古高度指不同地点的高差与地形的起伏程度。

前第四纪古地形再造的主要依据是沉积地层，而沉积物通常保存在负地形中，例如根据沉积物及所含化石可以再造盆地的古深度。至于剥蚀区的正地形，由于难以留下直接的地质记录，长期以来只能猜测而无从再造。地质学能在不同程度回答“水多深”，而不能回答“山多高”的问题，再造古高度要比古深度困难得多。近年来地球科学的发展，开始为古高度的再造探索提供了途径，物质平衡再造古高度法就是其中的一个。

物质平衡再造古高度法是一种计算机模拟的方法，其基本构思是逆演沉积充填过程，即把各段地质时期里堆积在湖盆内的沉积物顺次“挖出”，并按照可辨认的特征“回归”到集水盆地去，再经过一系列的校正处理，就可以求出各时期集水区的古地形图。其原理是“质量守恒”：假定研究区内物源区和沉积区在碎屑物沉积搬运上是处在一个封闭系统之中，则剥蚀物的质量应当等于沉积物的质量。这项方法是在研究现代海洋沉积的基础上建立起来的［如墨西哥湾（Hay等，1989）和北海盆地（Wold，1992）］，在应用到含油盆地古湖泊集水盆地古高度再造时，根据内陆湖盆的特点及现有资料，对其进行了简化和修改。

1.时间步长

将所研究的时间范围分成若干个时间段，每一段时间长度（如i至j）称作时间步长。

2.集水盆地范围的界定

集水盆地范围的界定是盆地内沉积物“回归”的必然条件。在此基础上，把整个研究区域划分成若干个方格，各方格中的数据是古地形再造的最基本的单元。

3.起始面地形

起始面是物质平衡古地形再造中重要的边界条件之一。Hay等人对河流入海盆地所做的古地形再造，都是将现代地形作为起始面；也可以根据有限的目标（如只研究古湖泊），选择某一特定时间作起始面（如本项研究以东营组结束时作起始面）。

4.侵蚀基准面的选取

侵蚀基准面以上地形的高度是控制碎屑物质侵蚀速率的最关键因素，因此侵蚀基准面的选择对古地形的再造结果有直接影响。在研究海相盆地时，要依据全球海平面高度及其变化，而在研究非直接受海平面变化影响的内陆湖盆时，则要具体情况具体分析。

5.岩性地层柱状图

某一时间单元之内沉积物的厚度和分布规模，决定了在该段时间内回归到源区的物质量，从而也就决定了该时间单元之内源区应增加的高度。根据各个时期地层的等厚图，给每个网格各赋一个厚度的平均值，这样就建立了每个网格的岩性地层柱状图。

在上述数据资料采集整理的基础上，利用一定的数学公式就可以进行古高度的再造，并进行一系列的均衡脱压等校正，具体方法及公式见成鑫荣等（1993）文章。

应当承认，沉积记录只是古高度演变的一方面，另一方面是地壳构造升降的独立证据，包括结晶矿物同位素化学的证据。在缺乏这类数据的情况下，我们采用孢粉所反映古植被和介形虫等化石所反映古深度作为参考补充，探讨物质平衡法再造古高度的可信程度。

（二）环境磁学

环境磁学是20世纪80年代兴起的一门新学科，它主要是通过对沉积物磁性特征的研究来恢复其古环境。目前，该方法在第四纪土壤、河流、湖泊和海洋沉积的研究中得到了广泛的应用，但在前第四纪陆相沉积中的应用，尚鲜见先例。此次研究我们对此进行了摸索和尝试，取得了一定的成果。

沉积物（沉积岩）主要由矿物组成，而从磁学的角度看，矿物可以分成三大类：①抗磁性矿物：在有外加磁场存在的情况下，仍不显磁性并产生极弱的反向感应磁场的矿物，称为抗磁性矿物。如石英、长石、方解石等。②顺磁性矿物：在有外加磁场时出现磁性的矿物。常见的有绿泥石、黄铁矿、菱铁矿、绿帘石、黑云母等。③铁磁性矿物：有些矿物在无外加磁场存在时，就显示磁性，成为铁磁性矿物。常见的有磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿、纤铁矿等。这些矿物的组成和含量决定了沉积物的磁性特征，而这些矿物的组成和含量又是与其源区地质与环境及沉积介质的物理、化学、生物条件及成岩作用等息息相关的，环境磁学就是要通过对沉积物（沉积岩）磁性参数的测试来反映矿物成分、粒径和排列的变化，从而揭示沉积环境的变迁。

环境磁学常用的磁性参数有磁化率（包括体积磁化率、质量磁化率）、频率磁化率比值、等温饱和剩磁、退磁参数等；常用的测试仪器有MS2型手提式磁性探测仪、Dual频率磁化率探头、旋转磁力仪及脉冲磁力仪。

环境磁学由于其测试仪器简便、数据获得快、数量多，因此能提供高分辨的地层划分和对比方案，特别是对于那些没有生物化石保存的地层来说更为有用，目前在从深海地层到黄土剖面的研究中已得到广泛应用。黄土剖面的磁化率曲线显示出十分规律的冰期旋回，反映了气候周期；在深海地层如大洋钻探的岩心测试中，环境磁学已成为地层工作中的常规项目，甚至发展到磁化率测井。同时环境磁学对于沉积物物源、沉积韵律、古气候和成岩作用研究等方面，都具有重要意义，是含油盆地古环境研究的有效方法。有关该方法的原理详见舒小辛（1993）文章。

（三）背散射电镜成像技术

背散射电镜成像（Backscattered electron imagery，简称BSEI）是在扫描电镜中内置背散射电子探头和图像分析装置，对样品进行高分辨率观察、分析和照相的一项技术。其基本原理是：当入射电子束与靶区原子接触时，发生弹性碰撞，产生背散射电子；背散射电子的数量（称为背散射系数η）主要与靶区的原子序数有关，原子序数高时，η值就大，图像就亮，原子序数低时，η值就小，图像就暗（Belin，1992）。具体到泥页岩，由于其中各种矿物颗粒（如黄铁矿、石英、长石、粘土矿物、碳酸盐矿物等）之间以及矿物颗粒与有机质之间原子序数均存在差异，所以背散射电镜图像能清晰地揭示它们之间的关系。如矿物颗粒原子序数较有机质高，在图像中矿物层亮，而有机质层色则暗。

与其他泥页岩研究方法相比，BSEI技术最大的优点就是分辨率高。X射线照相主要研究泥页岩的纹层构造，当纹层厚度小于200 μm时，X射线下就不能清晰显示出来。光学显微镜的最大分辨率为1 μm，当泥页岩的组成颗粒小于1 μm时，就不能分辨率出来。而背散射电镜的分辨率可达0.01～0.1 μm（Belin，1992）。另外，BSEI作为在扫描电镜基础上发展起来的一种技术，不但能突出泥页岩不同组成部分之间的对比度，而且还能在高放大倍数下清晰识别出矿物颗粒、有机质和古生物化石的形状。最后，BSEI技术通过与能谱分析仪（EDS）的配合使用，还能定性或半定量分析矿物成分。

90年代以来，这项技术已经成为泥页岩研究中最常使用的一种手段，在许多现代和古代沉积研究中均使用了该方法，用来分析沉积物的组构、成分，进而进行古海洋、古气候、古湖泊等古环境研究（表3-2）。本次研究泥页岩的背散射电镜成像分析是基于与英国曼彻斯特大学的合作，使用仪器是Joel 6400扫描电镜，有关样品处理方法见Pike等（1996）。

表3-2 背散射电镜成像技术应用实例

（四）沉积韵律分析

韵律或者周期性，是世界各地各时代沉积岩中广泛存在的现象，因为沉积过程就是周期和事件性的叠加（Einsele等，1982）。在湖相沉积体系中，沉积韵律是最常见的现象之一，而这在湖相烃源岩中更加突出。研究沉积韵律不仅可以从中提取古气候、古湖水化学和古生产力等信息，而且能为认识湖相烃源岩的生烃条件和生烃机理提供重要依据。沉积韵律分析包括识别韵律、成因研究和频谱分析三方面。

湖相地层韵律的尺度大小不一，小到季节性甚至更短周期形成的纹层，大到万年十万年级的天文周期。因而韵律的识别也有多种途径，包括沉积学、地球化学、环境磁学、微体古生物学以及测井地质学等。最容易识别的是纹层，只需依靠肉眼判断的岩性特征；有的韵律最便于用磁化率或测井曲线做准确的分辨；而有时有待用微体古生物或地球化学分析的结果才能识别。东营湖沙河街组地层中的韵律，主要通过颜色、碳酸盐含量、磁化率等特征进行识别和测定。

湖相地层中韵律的形成可以是湖盆水体的变化，或者集水盆地的环境变化所致，也可以由于沉积作用本身（如浊流）或者成岩作用所造成（Einsele等，1982）。研究韵律的成因，除了韵律厚度测量和频率估算等以外，韵律中矿物和化学成分的分析，偏光显微镜下的岩石学分析，甚至应用背散射电子扫描电镜对微型层理作高分辨率的分析（详见第八章第一节），都是重要的途径，而微体古生物（包括孢子花粉）分析和遗迹化石的观察、统计，也是揭示韵律成因的有效方法。

频谱分析查明沉积韵律的主周期，是了解其成因的重要方面，也是高分辨率地层工作的内容之一。地层的时间序列（如磁化率曲线或者碳酸盐含量曲线）通过傅里叶变换或者沃尔什变换，可以求出功率谱，从而揭示韵律的主周期。当然整套地层的时间跨度，是求出主周期年龄长度的先决条件。

有关频谱分析和整个沉积韵律的研究方法和原理详见王慧中（1993）的文章。

（五）沉积作用的数值模拟方法

地球科学从定性走向定量、从现象描述向机理探索的转化，使得数值模拟的作用日益明显。通过数值模拟检验现有的假设，指出待查明的环节，对于古湖泊学这种综合而带探索性的学科显得格外重要。古湖泊学把湖泊作为一个完整的系统来研究，为揭示各因素间的相互关系必然要尽量采用定量方法。同时古湖泊学涉及流态圈层，而即使是现代流态圈层的大气和海流，因其变化多端，通常也要求通过数值模拟来加以逼近。

数值模拟种类繁多，古湖泊研究时主要采用的有三种。

1.流场模拟

借用海洋学中根据风场模拟表层环流的方法，可以对古湖泊的湖流进行数值模拟。可以依据当时湖盆轮廓和水深等边界条件，给出一定的风场，用数值模拟的方法研究了不同时段沉积时期的表层环流，并用沉积记录加以检验。

2.古地形模拟

利用化石作为相对水深的标志，可以通过计算机制图，作出半定量的古水深模拟。作为集水盆地古高度数值模拟的尝试，根据盆地分析中早已发展了的沉积充填的数值模拟方法，采用其反演技术，试验通过回剥法求取集水盆地的古高度，这就是前面介绍的“物质平衡再造古高度法”。

3.地球化学模拟

采用数值模拟方法定量地探讨沉积地球化学过程，是20世纪90年代国际学术界的新课题。如可以针对烃源岩中碳酸盐/泥岩的韵律性纹层的成因问题，建立原生碳酸盐化学沉积的数学模型（梅洪明，1996）。

此外，在估计古生产力等方面也可以采用计算机制图等方法。目前，运用计算机进行数值模拟，在第四纪古环境研究中已经广泛采用，在石油地质学主要用于盆地分析。事实上，古湖泊学与古海洋学一样，有着引进定量方法、开展数值模拟的广阔前景。

3. 盆地数值模拟法

盆地模拟技术通过计算机技术把地质、地球物理、地球化学、地球热力动力学、地质流体动力学等学科结合起来，从动态的、立体的角度来认识盆地的形成、演化及油气生成、运移聚集史，该技术已成为油气地质研究中一项强有力的软件工具。在盆地模拟过程中，首先需要对钻井、测井、地震、试油、地质分析化验等大量地质参数进行定量分析整理，然后应用数学、物理、化学等定理，借助计算机来定量模拟盆地形成演化及油气事件发生、发展的动态过程。盆地模拟方法包括以下主要内容：

1.埋藏史恢复

根据盆地中地层现今厚度，假设地层岩石骨架厚度在埋藏中保持不变，通过回剥法对地层进行压实校正计算，恢复地层厚度，计算公式如下：

第三纪残留盆地油气成藏动力学

式中h_s为地层骨架厚度（m）;Z为地层顶界埋深（m）；φ（z）为地层孔隙度与深度的关系式，H 为恢复厚度（m）。

2.有机质热演化史

在古地温和镜质体反射率分析研究基础上，根据各层的古地温史通过England（1987）、Hunt等（1991）所修改的Waples（1980）公式计算出烃源岩在各地质时期的TTI值：

第三纪残留盆地油气成藏动力学

根据各层TTI史的现今值及镜质体反射率—深度曲线，可得到一个井点的R_o—TTI回归关系曲线。

3.生烃史模拟

在埋藏史和热演化史基础上，根据烃源岩的厚度、有机质丰度、类型，可以应用有机碳产烃率法或化学动力法计算生油层不同时期的生油量、生气量。

4.排烃史模拟

Yukler等（1978）在一维盆地模拟软件中，假设烃源岩中孔隙流体为油、水两相且互不相溶，首先通过烃源岩的含油饱和度变化特征建立了压实排油模型。Nakayama（1986）在该模型基础上进一步考虑了微裂缝排烃，且烃源岩孔隙流体由油、水两相增加到了油、气、水三相。郝石生（1994）、庞雄奇（1992）、陈义才等（2002）将分子扩散作用、天然气在水中的溶解作用引入了烃源岩的排烃模型；石广仁、郭秋麟等（1993, 1996）把达西定律用于烃源岩的初次运移的多相渗流模拟。

5.运聚史恢复

烃源岩中油气排烃到储层将在水动力、浮力作用下进行二次运移、聚集、散失。这一过程是一个复杂的地质过程，也是目前盆地模拟研究中最主要的难题。国内外许多学者在这方面做了大量研究，如Hirsh和Thompson（1995）,Kross等（1998）,Hantschel,Meaking（2000）;Leytheuser和Schwark等（2000），石广仁（1993、1996），王英民等（1998），庞雄奇（2002）等。这些研究包括实验室的实验模型分析和建立地质、数学模型来模拟计算。在模拟计算中主要有两个方面，一是根据达西定律求解油、气、水在储层二次运移的饱和度方程、流体势方程，再由油、气饱和度在储层中的分布预测聚集量及其空间分布。目前国外流行的盆地模拟软件有德国的PetroMod、法国的Temispack和美国的BasinMod盆模系统。我国盆模软件有中国石油勘探开发研究院的BASIMS、中国海洋石油勘探开发研究中心的Probases和中国石油大学的BMPRS、中国地质大学的PSDS、胜利油田的SLBSS等盆地模拟系统等。

4. 地球有哪些特点

地球的主要特点
1、呈椭圆型，两端略扁。
2、自转方向：自西向东. 自转周期：一昼夜。
3、围绕太阳公转，而月球则围绕地球公转。
围绕太阳公转的周期约为365日。
4、从外太空看望地球，映入眼帘的大部分为水。所以地球又被成为“水之星球。”
地球的演化时期
在地球演化过程中，发生一些天文与地质事件，将事件的时间段叫做地质时期。
在不同的地质时期，地质作用不同，特征不同。 在各地质时期，在与地球相关的宇宙空间及太阳系和地球所发生的大事件，在地球自身、地壳运动、地层、岩石、构造、古生物、古地磁、古冰川、古气候等多方面都留下了记录。
将地球历史划分为：地球形成时期、地壳形成时期、进入太阳系前时期、进入太阳系时期、地月系形成时期、新生时期。
如果真有地心文明的存在，那说明地表和地心空间是有通道的，如果我们能够找到这条通道，或许就可以进入地心世界，那么这个通道会在哪里呢？这个地方必然是比较隐秘的，有人说南极的冰层下就有能往地心世界的通道，还有人认为，地球上不是有一些无底洞吗？这些无底洞中，估计会有一个是可以通往地心世界的。

5. 数值模拟技术简介

（一）研究现状

地下多相、多组分流体运移数值模拟是在质量和能量守恒的基础上，建立的多相流体运动以及反映地球化学运移扩散的数学模型，通过离散建立大量的线形或非线形方程组，然后利用计算机计算求解，再通过图像显示模拟结果，达到对工程问题和物理问题乃至相关其他问题研究的目的。CO₂地质封存数值模拟就是利用计算机模拟的方法，来解决CO₂进入地质封存系统后运移、转化、水-岩-气之间的相互反应、CO₂泄漏对浅部含水层影响及诱发的储盖层物性变化等一系列问题，从而指导CO₂地质封存工程的实施。

目前，国内外已开展的关于CO₂地质封存数值模拟的研究工作包括以下几个方面：

1.超临界CO₂-水多相流体运动模拟

Pruess等（2003）模拟了均质各向同性咸水含水层中以恒定流量灌注CO₂条件下，灌注井井周非等温径向流情况。当忽略重力和惯性力效应时，模拟结果中存在相似变量ζ＝R²/t（其中，R为径向流动距离，t为时间），CO₂饱和度、溶解CO₂质量分数、沉淀盐的体积分数及流体压力都是相似变量的函数。这与O' Sullivan（1981）及Doughty和Pruess（1992）的结果一致。两相流的模拟考虑了CO₂和水的相对渗透率及毛细管力作用问题（Van Genuchten，1980），考虑了流体密度、黏度和CO₂溶解性随压力、温度和含盐度的变化，以及盐的沉淀导致含水层渗透率的减小等因素。

Doughty和Pruess（2004）利用Fro咸水含水层封存CO₂监测资料，反推了CO₂灌注后发生的物理和化学过程。他们采用TOUGH2数值模拟软件对两相（液、气）三组分（CO₂、水和溶解NaCl）系统进行模拟。考虑15MPa和65℃条件下，超临界CO₂在咸水中为非混溶流体，并能部分溶解于咸水的情况，分析了多相流系统边界设定的影响及相对渗透率取值问题，即模拟中对侧向边界的设置为均开（或均闭），结果导致压力的模拟结果与实际相比过低（或过高）。研究表明，由于上覆断层对CO₂的封堵作用，侧向边界对CO₂弥散羽的影响不大。模拟结果还显示，相对渗透率函数对CO₂弥散羽的演化有很强的影响。如何确定一个合适的相对渗透率以表征CO₂灌注咸水含水层的变化，仍是亟待解决的问题。Doughty和Pruess模拟了两种CO₂残余饱和度条件下的CO₂羽扩展随时间的变化，发现存在较大差异。残余饱和度较大的情况下，CO₂羽表现出紧缩状，在浮力作用下运移较慢；相反，在残余饱和度较小的情况下，CO₂羽流弥散很快，溶解性显著提高。

2.多组分反应地球化学运移模拟

水-砂岩-CO₂相互作用往往形成一系列次生矿物，或次生矿物组合。Worden et al.（2006）通过岩石学和CO₂灌注长石砂岩的地球化学模拟表明，北海Magnus油田上侏罗统浊积亚长石砂岩中的铁白云石、高岭石和石英可能具有成因联系。其中，铁白云石中的碳来自有机成因的CO₂。Watson et al.（2004）通过CO₂气与CH₄气储集砂岩的比较岩石学研究，证实澳大利亚Otway盆地Ladbroke Grove CO₂气储集砂岩中与CO₂气灌注有关的次生矿物组合为铁白云石-高岭石-次生石英。

Xu et al.（2005）利用一维砂岩-页岩系统模型模拟了储层中灌注的CO₂与矿物发生的化学反应过程，以及对储层环境的影响。模拟显示，在砂岩环境下，CO₂主要被方解石所固定，而方解石的沉淀导致孔隙度减小，进而导致渗透率相应减小。10万年间，砂岩封存能力达到90kg/m³的封存能力，这些被矿物固定下来的CO₂可以永久封存。Zwingmann等运用地球化学模拟软件EQ3/6进行的水-矿物-CO₂相互作用模拟也表明，若将CO₂灌注到日本本州岛中北部新潟盆地更新世灰爪组砂岩，CO₂以溶于水和形成碳酸盐矿物两种形式封存，其中后者封存量最大为21.3mol/kgH₂O，可达总封存量的90％，形成的碳酸盐矿物中也出现了片钠铝石。

3.耦合岩石力学模拟

从目前发表的论文及各国研究计划的综合报告上看，在CO₂咸水含水层封存研究方面，对于CO₂运移机制的分析和模拟很少考虑应力场的耦合作用。事实上，CO₂灌注压力和超临界CO₂的浮力作用将改变地层应力状态，即CO₂在上浮运移和侧向扩散过程中，孔隙压力可能会对原始裂隙和断裂产生影响；CO₂在咸水含水层中的长时期（千年级尺度以上）的封存，将改变含水层的地球化学状态，CO₂-咸水-含水层矿物的化学作用将可能导致岩体力学和水力学性质发生变化。

日本因位于4大板块交界处与环太平洋构造带中，活断层密集发育，地震频繁，地应力分布复杂，在CO₂地质封存评价方面，非常重视CO₂地质封存的力学稳定性研究（李琦等，2002；李小春等，2003）。李琦等（2002；2004；2006）提出了一个考虑初始地应力场、灌注压力、CO₂浮力及含热传导作用的热-水-力（THM）耦合模拟框架，考虑盖层底部附近存在不同倾角断层的二维平面应变地质封存问题。采用有限元算法，对灌注CO₂流体对断层稳定性的影响进行模拟分析。计算结果表明，为了避免断层位移需要特别注意对灌注压力的控制，因为CO₂灌注压力对断层滑动的影响远大于CO₂羽流浮力带来的影响。停止灌注CO₂后，CO₂羽流的上升则成为应力场扰动的主要因素。

（二）主要软件介绍

近年来，计算机模拟技术在许多研究领域得到了广泛的应用，开发出了许多优秀的模拟软件和程序。同样，可用于研究CO₂地质封存的数值模拟软件也很多，主要有PHREEQC、GEM、ECLIPSE、TOUGHREACT、PetroMod、MUFTE-UG和NUFT等，它们都有各自的特点和适用性。在进行数值模拟之前，需对这些数值模拟软件进行评价分析，选择适用于所研究问题的模拟软件。现对国际上常用的几款软件简介如下。

1.PHREEQC

PHREEQC是一款用于计算多种低温水文地球化学反应的计算机软件。以离子缔合水模型为基础，PHREEQC可完成以下任务：(1)计算物质形成种类与矿物的溶解饱和指数；(2)模拟地球化学反演过程；(3)计算批反应与一维运移反应。另外，与多组分溶质-运移模型耦合的PHREEQC可生成PHAST，一个用于模拟地下水流系统的三维反应-运移模拟器。但由于PHREEQC是在单相水流的基础上建立的模型，因而不能模拟超临界CO₂-水的两相流运动。

PHREEQC最简单的应用就是计算溶液中各种化学物质的分布，以及溶液中矿物与气体的饱和状态。反演模拟功能可推导和量化在流动过程中，能够反应化学物质变化的化学反应方程。PHREEQC可处理的反应方程包括建立矿物、表面配合物、阳离子交换剂、土壤溶液、气体组分单位分压、给定压力或给定体积气相间平衡的物质运移反应。在模拟这些均衡反应的同时，PHREEQC还可以模拟动力化学与生物反应，以及模拟从简单的线性衰变（代谢物降解或放射性衰变）到复杂的依赖于溶液化学组成和微生物数量确定的反应速度。这些反应处理功能可在批反应模拟或一维对流、弥散、反应型运移模拟中使用。

2.GEM

GEM v.2009.13（Nghiem et al.，2004）是一款用来模拟利用CO₂和酸性气体提高石油采收率的模拟器，该模拟器完全耦合了地球化学组成状态方程。GEM采用一步求解法进行状态方程的求解。GEM可以用来模拟：对流和弥散流体、油（或超临界CO₂）、气和咸水间的平衡、水相物种间的化学平衡，以及矿物的动态溶解和沉淀。该模拟器采用自适应的隐式离散技术利用一维、二维或者三维模型来模拟孔隙介质中溶质的运移。油相和气相用一个状态方程来模拟，气体在水相的溶解度采用亨利定律模型来计算。水通过蒸发进入到气相、盖层的穿透、热效应和裂隙的封闭作用也可以利用GEM来模拟。

3.ECLIPSE

ECLIPSE是一个并行化的可以模拟黑油、组分、热采等问题的成熟软件。1994年，胜利石油管理局引进了ECLIPSE油藏数值模拟串行软件，广泛开展了从油藏到气藏，从常用油田到特殊油气田、从常规模拟研究到特殊模拟研究等多方面的应用。主要模块有主模型、黑油、组分、热采、流线法、运行平台和ECLIPSE Office等。

ECLIPSE是一个商业软件，在使用中其内核部分是封闭的，使用者只能将其作为一个“黑箱”来操作。其不足之处有：不可能免费的获得和随意地使用和修改；无法耦合最前沿的地质流体热力学模型；无法加入更多影响因素来研究具体问题。因此，ECLIPSE不适宜用于前沿科学研究。

4.TOUGH2/TOUGHREACT

TOUGH2是Transport of Unsaturated Groundwater and Heat（非饱和地下水流及热流传输）的英文缩写，是一个模拟一维、二维和三维孔隙或裂隙介质中，多相流、多组分及非等温的水流及热量运移的数值模拟程序。TOUGH2使用积分有限差分（Integral Finite Differences，IFD）（图3-8）的方法来解决多相流动和多组分化学运移模拟中的空间离散化问题（Pruess et al.，1999s；Xu et al.，2004）。为了满足大规模计算需要，Zhang et al.（2008）开发了TOUGH2的平行计算版本，即TOUGH2-MP。

该方法在对地质介质的离散化上是比较灵活的，允许使用不规则的网格，十分适合对多区域非均质系统和裂隙岩石系统中流体流动、运移和水岩相互作用的模拟。而对于规则的网格剖分，积分有限差分方法相当于传统的有限差分法。其中，对于任意区域Vn，它的质量（对于水、气体和其他化学组分）和能量（对于热）守恒方程可以用积分的方式（式3-5）表达：

图3-8 积分有限差分法中的空间离散化和几何参数数据构成图

中国二氧化碳地质封存选址指南研究

式中：下角标n为表示一个单元格；下角标m为表示和单元格n互相连接的网格m；Δt为时间步长；M_n为单元格n的平均质量或能量密度；A_nm为单元网格n和m交界的面段；F_nm为通过面积为A_nm的质量或能量通量；q_n为单元格n内单位体积的平均源汇率。

许天福等（1998）在TOUGH2的框架基础之上，增加了多组分溶质运移和地球化学反应的模拟功能，形成了一套较为完善的可变饱和地质介质中非等温多相流体反应地球化学运移模拟软件——TOUGHREACT。该软件不仅包括了TOUGH2的全部功能，而且适用于不同温度、压力、水饱和度、离子强度、pH值和氧化还原电位（Eh）等水文地质和地球化学条件下的热-物理-化学过程。还可以应用于一维、二维或三维非均质（物理和化学的）孔隙或裂隙介质中的相关数值模拟研究。在理论上可以容纳任意数量的以固相、液相或气相存在的化学组分（但是在实际模拟中会受到计算能力和计算时间等硬件条件的限制），并且考虑了一系列化学平衡反应，如溶液中的配合反应、气体的溶解或脱溶、离子吸附作用、阳离子交换及受平衡控制或反应动力学控制的矿物溶解或沉淀反应等。可以说TOUGHREACT、是TOUGH2的升级版，近年来在世界范围内CO₂地质封存研究和工程实践中得到了广泛的应用。

除包含TOUGH2所有的功能外，TOUGHREACT还可以应用于一系列的反应性流体和地球化学迁移问题。比如：(1)伴随Kd线性吸附和放射性衰变的污染物迁移问题；(2)在周围环境条件下，自然界中地下水的化学演变；(3)核废料处置地点评估；(4)深部岩层的沉积成岩作用；(5)CO₂地质处置。多相流体运动，多组分反应地球化学，各种封存形式封存量以及随时间空间变化；(6)矿物沉积（如表生铜矿富集）；(7)自然和补给环境下热水系统中的矿物变化。

通过最近几年相关研究者的不懈努力，TOUGHREACT在实际应用中得到了进一步完善和提高，增加了部分新功能，如水相内部反应动力学和生物降解作用，改进了矿物-水反应表面积计算方法，以及气-水反应中气的活度系数的修正等。

5.PetroMod

由德国IES（Integrated Exploration System）公司研究开发的PetroMod多组分、多相态的多维含油气系统模拟软件综合平台已被世界石油业所公认。该软件融入了断层活动性、盐丘上涌和刺穿、火山岩的侵入、气体扩散效应、油气水三相运移和油气吸附模型等相关技术。

该模拟软件平台推出和采用的油气运移组合模拟算法（Hybird）是当今最先进的油气运移模拟算法，既可以保证模拟的精度，又可以极大地提高模拟的运算速度。其中的PetroFlow3D用于油气运移、聚集、圈闭和散失等情况的模拟，同时PetroCharge Express为我们提供了基于图件的油气运移和圈闭模拟的快速分析工具。

6.MUFTE-UG

MUFTE-UG是MUFTE和UG.MUFTE的结合。MUFTE即多相流（Muliphase Flow）、运移（Transport）和能量（Energy）模型。该软件包主要包括物理模型概念和孔隙裂隙介质中等温和非等温多相多组分流动和运移过程的离散方法（Helmig，1997；Helmig et al.，1998）。它能对裂隙孔隙介质进行离散性描述（Dietrich et al.，2005）。UG是非结构性网格（Unstructured Grid）的缩写，它提供的数据结构能快速解算以平行、自适应多网格法为基础的离散型偏微分方程。具有模块化结构的MUFTE-UG很容易解决各种有特殊要求的问题。

模块化结构的MUFTE-UG具有许多不同的环境与技术应用。例如，在环境应用领域，MUFTE-UG能够模拟如下两个问题。

（1）NAPL（非液相流体）向饱和与非饱和土壤的渗流。优化改进的修复技术在MUFTE中具有广泛的研究和发展空间。

（2）地下CO₂的消散。CO₂以高温高压灌注地表以下几百米的地层中，MUFTE-UG可用于非均质含水层（对流和弥散运移）中羽状体演化评价，伴随温度效应（由于膨胀和压缩）和组分间相互溶解（卤水和CO₂）。

7.NUFT

NUFT（Nonisothermal Unsaturated-Saturated Flowand Transport model）是一套用来解决在多孔介质中多相、多组分非等温流动和溶质运移过程中地下污染物运移的数值解法器。此软件利用简单的代码来利用通用的实用程序和输入文件的格式。最近，此代码在Unix和DOS系统下运行成功。

该程序利用一套完整的有限差分空间离散法求解平衡方程组。每一个时间步长内利用Newton-Raphson方法求解非线性方程组，而在每一步迭代过程中利用直接解法和预共轭梯度法求解线性方程组。该模型可以解决一、二和三维水流及溶质运移问题。将来该模型会耦合进毛细滞后、非正交网格离散、有限单元剖分和固体非线性等温吸附等功能。

（三）研究方法

通常情况下，CO₂地质封存数值模拟包括以下主要过程。

（1）建立概念模型：根据各种方法获取的实际资料来概化和建立CO₂地质封存概念模型，包括边界范围、地层或储盖层高程、储盖层确定、参数及分区、源汇项、主要物理化学过程以及模型维度（一维、二维和三维）。

（2）建立数学模型：建立一套描述深部咸水层中多相流动和多组分反应性溶质运移的偏微分方程组，包括初始条件和边界条件问题。

（3）模型离散化：把概念模型中的各种信息通过网格剖分进行离散，形成大量的网格单元，然后通过有限差分、有限单元和积分有限差分等方法转化成单元的质量和能量守恒方程组，再用多种方法将非线性方程组线性化，形成线性代数方程组，然后求解方程组。

（4）模型识别和校正：根据模型计算结果和实际监测数据进行对比拟合，适度合理调整参数，使模型能够综合反映实际情况。在历史拟合过程中出现较大误差，应重新检查概念模型，修正概念模型。对所建模型进行参数敏感性分析，对于较敏感的参数应该慎重选取，甚至需要做大量的试验来确定。

（5）模型预测：建立了可靠的模型后，便可以进行模拟预测。

数值模拟的关键是地质模型概化、计算精度和计算速度。由于计算的精度取决于离散的程度，而离散的程度又决定了计算的速度，这是一对矛盾，要根据解决问题的需要来选择离散化的程度和计算速度。

CO₂在储层中的运移、溶解以及与围岩的化学反应形成了一个多相、多组分的反应体系，涉及的主要数学方程有超临界CO₂-水的两相流体运动控制方程、溶质运移控制方程和化学反应方程等。建立数值模型时，通常采用有限差分法、有限元法和积分有限差分法等。

由于实际应用时多采用已有的数值模拟软件对CO₂地质封存的某一过程进行模拟，不涉及软件的开发及程序代码的编写，只需根据研究的需要选择合适的软件进行模拟预测，而软件一旦选定，数学模型和数值模型基本上已经确定。

6. 影响地球物理数值模拟的重要因素有哪些

M30砂浆配合比：在施工中碰见了要求用M30的砂浆配合比，而且给出了比例为1：1：0.45不要求用减水剂，水泥现在使用的42.5水泥，用于锚杆填充用的，给你参考一下！咨询了老试验工程师，他给出的大致想法是假设砂浆每立方总质量为2200kg,在用总2200除以2.45得898水泥，砂则为897，水为404。大致是这个意思。不知道大家都还有什么想法一起说出来，共同讨论一下。可以参考一下，配合比一般是1：1-1：2之间比较合理，之前用过1：3.3的砂浆根本不能用，老爆管是水泥砂浆,是直径10cm的孔,灌注用的,锚杆直径是28mm.我现在有个配合比,42.5的水泥:中砂:水=606kg:1m3砂:0.3m3水,我想增加水泥,水也增加一点,不知是否合理?不是用于梁的压浆M30有水泥砂浆也有水泥净浆两种．两种都比较常见．如桥梁预应力管道注浆就用净浆，隧道砂浆锚杆就用的砂浆注浆的．加砂主要是降低造价和防开裂．为保证强度和流动度可加减水剂有做过，结构部位是锚杆的，大概控制在水泥：砂=1：2左右，砂浆一般很难压进去,设计上一般是水泥:砂=1:1,水灰比为0.45,砂采用特细砂,可加高效减水剂.我们这就是用于锚杆锚索注浆.但实际用净浆,资料做成砂浆就可以了.大家都知道压砂浆是骗人的,因为根本压不进。谁说的锚杆灌砂浆压不进去，纯粹的无稽之谈，你以为锚杆灌的砂浆就是普通砂浆的吗？它有流动性要求，你以为就是某某稠度就可以的吗，还说是搞工程的，不知道不要乱说！你也不要听图纸上说水泥：砂=1：1，或者说什么水灰比0.45之类的，他也只是建议，他告诉用什么砂什么水泥没有嘛，既然材料都不一样难道配合比会一样的吗？灌浆只要它的的稠度能满足施工要求就能灌进去，何来说砂浆不能灌进去之说！我们用了几个工地的砂浆灌浆完全没有问题，稠度16~20S仅供大家参考，根据这个设计出满足要求的强度的砂浆就可以了！还有就是膨胀剂必须要加，减水剂视材料工作性加与不加！还有谁说什么特细砂之类自己把规范好好看看，要求是小2.36mm的砂，免得让大家误会必须用特细砂一样！还有哪个谁说砂浆达不到M30，自己用脑袋好好想想，我用32.5级水泥配不出来就不能用42.5级水泥的吗，而且调整还可以调整水泥用量的撒？真不知道大家一天干什么去了，书上很多东西有说！类土质是花岗岩熔岩等火山岩风化而成,继承了原岩各向异性的土体物质或破碎岩体物质,其本身在未经搬运时具有岩体结构特征,包括硬岩的全风化、残积层,软岩的全风化、强风化及残积层。本论文主要依托海南东环城际铁路客运专线,分析沿线的花岗岩残积层等的物理、化学性质,探寻类土质影响工后沉降控制较为严重的物化指标。作者主要讨论了类土质自身的8个物化指标:矿物成分、含水量、塑性指数、颗粒级配、孔隙特征、压缩特性、结构特征以及风化程度,即类土质的组成、结构和力学方面的性质。其次整理沉降监测资料,分析上述指标与沉降控制间的相关关系,相关系数的大小则反映了对沉降控制影响的大小。最后,借助FLAC~(3D)数值模拟软件以及理正岩土工程计算软件对显相关的前3个指标进行模拟,预测各阶段路基的沉降值,再以现场实际的沉降监测资料,对数值模拟的结果给予检算和验证。论文取得的研究成果主要有以下几个方面:(1)论文详细的阐述了类土质的成因、组成以及物理、化学性质:其形成主要是由于软硬岩自身不同物质成分的物理、水理、化学以及热学性质等的差异,导致岩石在遭受风化作用时的胀缩、热分布、含水特征等不同,岩石内部出现差异风化,从而,岩石的结构、构造、化学成分、颗粒大小等逐渐发生变化,岩石发生不同程度的风化,类土质由之形成。同时,论文在以往类土质定义的基础上,主要针对类土质本身的物理化学性质,从类土质的成因、结构、物质组成方面完善其定义:类土质是由岩体风化而成的、物理化学及力学性质明显区别于均质土体、岩石的土体物质或破碎岩体物质,包括岩体全风化物以及全风化残积物。其中,全风化物保留或部分继承了原岩的结构、构造特征;全风化残积物已丧失了原岩的结构、构造特征,但物质成分同全风化物相似。(2)影响工后沉降的因素很多,就类土质本身的物理、化学性质而言,都难以计数,而且各影响因素之间还存在或多或少相互牵连。作者在阅读大量已有花岗岩全风化文献的基础上,分析整理出类土质的8个物理、化学指标:矿物成分、含水量、塑性指数、颗粒级配、孔隙特征、压缩特性、结构特征以及风化程度。之后,通过初期对上述8个指标分别做沉降监测,基于它们各自对沉降的贡献,分析它们对沉降控制的相关程度,按照相关系数由大到小排序依次为:含水量、颗粒级配、矿物成分、风化程度、残余结构、孔隙特征、塑性指数和压缩特性。(3)变形的实质即是原有应力场或应变场的改变,路基的沉降即是在进行路基填筑过程中,由于上部荷载的作用,使路基新的应力场生成。FLAC~(3D)基于有限差分原理,摩尔—库仑材料模型能够有效模拟土质材料地应力场的生成;另外,理正(软土)路基设计软件是工程中较为常用的路基沉降计算软件,因此论文选取了FLAC~(3D)数值分析软件及理正(软土)路基设计软件对路基的工后沉降做模拟分析。FLAC~(3D)模拟了基床开挖、换填,路堤填筑时地应力场的变化,总的趋势表现为换填压实过程,路基以均匀沉降为主,横向边界由于边界效应影响,其位移矢量与路基中心相比,相对较小;路堤填筑过程中,路堤下部基床则以盆型曲线沉降,沉降量随深度的递增而减小。FLAC~(3D)计算类土质路基最终沉降量为:362.4mm。理正忽略了开挖对路基应力场的影响,通过路基类土质分层赋予不同的力学参数,综合考虑路基表层换填、路堤类土质填筑、路床及以上列车、轨道等荷载以及超载预压等载荷情况,分别计算出沉降基准期(路堤填筑完成时)沉降量、超载预压结束时沉降量和最终沉降量。预压结束时,路基的沉降值为275mm,最终沉降量为329mm,残余沉降量为54mm,符合工后沉降控制要求。即含水量、颗粒级配、矿物成分对类土质路基的工后沉降控制影响较大。这点在后续的沉降监测中也得到验证。希望对你有用和帮到你。

7. 地球居然可以被搬进实验室，这是可观的吗

我国是第一个研制出地球系统数值模拟科学装置的，该装置将用于测算出大气圈、水圈、冰冻圈等的运动变化趋势，对地球的以往开展反演、对如今开展观察、对将来开展预测。

把地球搬入试验室，是怎样保证的？地球五个圈层怎样相互之间危害？在我国地球模拟装置特性怎样？

地球系统数值模拟装置：是能够模拟地球的奇妙手机软件

地球系统数值模拟装置，说白了，就是用以模拟地球绿色生态系统的一种装置。地球系统数值模拟装置尽管被称为装置，但事实上，它并不是大家熟识的类似高性能计算机的大中型装置，而是一种硬件软件融合且以手机软件为关键的装置，学者必须运用部署在高性能计算机上的这种手机软件，及其一些有关的标值来进行科学研究。

在我国的地球系统数值模拟装置的水准怎样？

地球系统数值模拟装置测算全过程繁杂，对电子计算机规定高，既依靠硬件配置，又依靠手机软件及其优化算法和数据信息，仅有整体实力强劲的我国才有工作能力开展这些方面的研发。

在我国尽管在上世纪五六十年代就已进行有关科学研究，但大概在上世纪八十年代，在我国才开发设计出一个详细好用的地球系统数值模拟方式。从八十年代迄今，在我国的方式也在持续的改善健全。在我国的地球系统数值模拟装置在刚完工时要远远地落伍于日本等资本主义国家，但现如今我们与资本主义国家在这些方面的科学研究水准已基本上处在并跑情况。

张贺表明，大家的硬件配置装置所选用的集成ic是中国芯片，其特性在一些层面乃至稍强过英特尔芯片，与此同时在基本建设全过程中在我国也自主研发了很多新的优化算法，在提升测算高效率的与此同时也提升了测算的精确性。在我国地球系统数值模拟装置发展趋势正向着领跑全球的水准不断进步，将来将为我们的日常生活产生大量好的更改。

8. 怀柔科学城规划占密云哪些村

法律分析：怀柔科学城规划用地从41.2平方公里调整到100.9平方公里，其中，密云区共有32.5平方公里纳入规划范围。据了解，怀柔科学城密云地块的建设用地面积共有7.2平方公里，主要分布在密云经济技术开发区内。据密云经济开发区管委会副主任王武军介绍，开发区内新建项目已经暂停，部分企业还将外迁，为科学城项目腾出土地。预计今年5月，将出台怀柔科学城总体规划和控制性详细规划，拟将预留出土地空间建设基础设施，为科研人员解决餐饮、住宿、子女上学等问题。

此外，为保障开发区供电，满足科研项目需要，密云经济技术开发区今年将新建110千伏变电站，以及两座电力开闭站。还将新建一台80蒸吨燃气锅炉，增加供暖面积。

目前，怀柔科学城首个落地项目——地球系统数值模拟装置项目完成了前期手续办理，已具备开工条件。据王武军介绍，该项目是“十二五”《国家重大科技基础设施项目》15个项目之一，通过地球系统数值模拟装置平台，为全球气候与环境变化等预测建立科学基础，从而提高气候变化、大气严重污染等预测水平。

此外，密云区积极“筑巢引凤”，做好科学城相关产业发展规划，吸引世界一流创新要素聚集，“环境污染物识别与控制协同创新平台”等五大平台将于年内落地，前期准备工作已经启动。

法律依据：《中华人民共和国城乡规划法》

第十四条 城市人民政府组织编制城市总体规划。

直辖市的城市总体规划由直辖市人民政府报国务院审批。省、自治区人民政府所在地的城市以及国务院确定的城市的总体规划，由省、自治区人民政府审查同意后，报国务院审批。其他城市的总体规划，由城市人民政府报省、自治区人民政府审批。

第十五条 县人民政府组织编制县人民政府所在地镇的总体规划，报上一级人民政府审批。其他镇的总体规划由镇人民政府组织编制，报上一级人民政府审批。

9. 中科院地球系统数值模拟装置有什么用

试题答案：(1)原始地球；原始大气   (2)闪电和宇宙射线   (3)原始海洋   (4)有机小分子   (5)原始生命；有机物