Measuring and modeling solute transport in Ryukyu limestone

测量和模拟琉球石灰岩中的溶质迁移

基本信息

批准号：
22K20602
负责人：
倉澤智樹
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，琉球石灰岩内部の3次元間隙構造モデルを取得するためのプログラム開発と間隙構造分析に注力した．開発したコードを利用することで，直径50mmの琉球石灰岩ボーリングコアのCT画像を解析したところ，間隙率（全体積中における間隙体積の比率）が約0.2と推定された．この値は，先行研究にて実験的に推定された結果と一致しており，開発コードによる解析の妥当性を示している．また，石灰岩内部の間隙構造に目を向けると，内部の間隙は連続的なものと，独立して存在している小さなものが共存しており，間隙クラスターの体積のヒストグラムは3オーダーを超えた幅広い分布を示した．これは，琉球石灰岩内部における地下水の通過する流路幅が多様であり，時間スケールの大幅に異なる地下水流動と特異な物質輸送特性を有している可能性を示唆する．このような時間スケールの大幅な違いが存在する条件下での物質輸送の基礎的な知見を取得するため，高透水部（時間スケールが小さい）中に低透水部（時間スケールが大きい）を有するシンプルな地盤モデルを対象に，ラボでのカラム実験を実施した．結果的に，物質濃度が長時間に渡ってゼロに到達しないテーリング現象の発現を確認した．さらに，取得した3次元間隙構造モデルの内部において，Navier-Stokes方程式と移流拡散方程式を数値的に解くことで，複雑な間隙構造における水溶性物質の遷移状況の捕捉にも成功した．また，フィールド試験としては，沖縄県にあるギーザ地下ダムの帯水層を対象として単孔式希釈試験を実施し，琉球石灰岩における物質輸送特性を現地調査した．結果的に，流速が地表面からの深さに応じて大幅に変動する状況を補足した．これは琉球石灰岩が空間的に大きな不均一性を有していることを示唆する．

今年，我们专注于制定一个计划，以在Ryukyu石灰石内获取三维差距结构模型并分析差距结构。使用开发的代码，分析了直径为50 mm的Ryukyu石灰石钻孔的CT图像，并估计孔隙率（总数中的间隙体积比）约为0.2。该值与先前研究中实验估计的结果一致，表明使用开发法规的分析有效性。此外，查看石灰石内部的间隙结构，内部内部的间隙与连续和小的独立空间共存，并且间隙簇体积的直方图显示出了三个以上的范围。这表明通过Ryukyu内部石灰石的地下水的流动路径宽度各不相同，并且可能具有明显不同的时间尺度地下水流量和独特的材料运输特性。为了在时间尺度存在显着差异的条件下获得材料转运的基本知识，在高渗透率部分（大时标）的简单地面模型上进行了实验柱实验。结果，我们确认当物质浓度在很长一段时间内未达到零时，就会发生尾巴现象。此外，通过数值求解所获得的3D间隙结构模型中的Navier-Stokes方程和对流扩散方程，我们还成功地捕获了复杂间隙结构中水溶性物质的过渡情况。此外，作为现场测试，在冲绳县的Giza Underground Dam上进行了单孔稀释测试，并对Ryukyu Licestone的材料运输特性进行现场研究。结果，我们补充了流速度根据地面深度显着变化的情况。这表明Ryukyu石灰石具有较大的空间异质性。