[发明专利]借助于分析颗粒的多孔介质定量化的方法及其用途

说明书

本发明涉及一种用于多孔介质的定量化方法并涉及为此特别设计的分析颗粒并涉及其用途，例如以便确定岩石的水渗透性作为用于以下的先决条件：开发用于地下水运动或者多孔材料或岩石层的材料特征的标准，或者用于监测化学、生物和/或生物技术反应器、水箱、蓄水池和水管系统，或者用于医学体内方法中。

本发明涉及用于将多孔介质以及特别设计的分析颗粒(以下也称为“颗粒”)定量化的方法，及其应用，例如用于确定岩石的水渗透性作为用于以下的先决条件：用于开发地下水运动或者多孔材料或岩石层的材料特征的标准，或者用于监测化学、生物和/或生物技术反应器，或者用于医学体内方法中。

从现有技术中已知水文学中的示踪系统。对于根据DIN 4049-1和/或DIN4039-3的定义的水文地质学的基础是地下结构的知识。这基于地下地质的地质图、钻探结果和三维模型。用于分析和监测地下水的工具和方法是遥感、地球物理方法、钻探、地下水测量点、抽水试验、实验室试验和水化学分析。碎裂的岩石或多孔材料中的地下水可以以层流方式流动，但也可以以湍流方式流动。

由于岩体或多孔材料中的流路及其性质很少完全了解，所以难以估计它们在总地下水流量中占的份额。然而，总的来说，认为湍流对水压渗透性和流速的影响很小。因此，裂隙含水层主要用连续模型以简化的方式和运动仅为层流来描述。在液压方法中，例如在长期抽水试验的情况下，已知的信号(正或负压力改变)作用于称为含水层的几乎未知的系统。

在试验期间，每单位时间记录系统的反应(压力下降、压力上升或水位下降、水位上升)。在信号结束后，也可以测量系统返回其平衡状态。在长期抽水或注水试验中，在更长时间内监测传达至含水层的水位或压力的改变。根据STOBER(1993)，关于流动行为或含水层模型的陈述只能在长期抽水试验中做出。对于所有其它水力试验，隐式指定评价模型。

通过封隔器(井眼)的封隔器试验，即在井眼或井中的水力试验的总称，其在单封隔器试验中，在位于封隔器上方或下方且水力分离的部分中进行，在双封隔器试验中，也在两个封隔器之间延伸的部分中进行。单封隔器试验在部分打开的、置于低于水位的井眼中进行。将较薄的套管穿过封隔器，通过其可以进行对下部井眼部分有效的填充试验、段塞试验(slug test)或振荡试验，以确定含水层的水力参数。双封隔器试验在无套管的井眼中进行，可以使用以上列出的试验来测试两个封隔器之间的部分。

结果的可靠性取决于封隔器的密封性、井壁和周围岩体的性质，或者可能由于岩体中的渗漏和/或侧向渗漏而降低。对于岩石-力学分析，使用经由单个或两个封隔井眼部分的水压试验，其中在不同压力下将水压入以确定固体岩石的kf值，例如在水坝的地下(Lexicon der Geowissenschaften,Spektrum Verlag)。在岩土工程中使用渗透率K，以将土壤和岩石对液体和气体(例如地下水、石油或天然气)的渗透性定量化。此处说明的渗透系数kf值也与其紧密相连。渗透系数(或水力传导率)也将土壤或岩石的渗透性定量化，然而，此处还考虑流体的密度和粘度(Bernward Wilhelm G.Coldewey:Hydrogeologie:Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie.6.Auflage.Elsevier Spektrum Akademischer Verlag,Munich 2005)。

示踪法也用于水文学中，与抽水试验组合或不与其组合。示踪剂是人造或天然的物质(示踪物质)，其在引入水文系统后，能够或广泛的各种分析。

电解质示踪剂(NaCl、MgCl₂)：将示踪物质置于上游测量站(测量点)或坑洞(下沉部分)中。电阻测量在井中进行。在这样做时，随时间测量地下水进入的离子浓度的增加。还可以在输入水位站测量稀释度。