基于離散裂隙-等效連續介質耦合模型的哈爾克山裂隙網絡模擬

關鍵詞：離散裂隙網絡模型;等效連續介質模型;哈爾克山;離散裂隙-等效連續介質耦合模擬;水文地質doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240011 中圖分類號：TU45；P641.135 文獻標志碼：A

Abstract：Halk Mountains are situated in the northern Tianshan range. Their complex geological structure and intense topographic dissection have resulted in well-developed fractures and wel-developed fissures within river valleys. This area significantly impacts the overall water resources and ecological environment of the northern Tianshan piedmont. To evaluate groundwater infiltration capacity in this region and explore the permeability characteristics of bedrock fractures in Halk Mountains area，this study proposes a coupled simulation method of discrete fracture-equivalent continuous medium based on the theoretical foundations of discrete fracture network （DFN） model and equivalent continuous medium （ECM） model. Firstly it analyzes the spatial characteristics of regional fissures by integrating the hydrogeological background and natural fissure network characteristics，then performs discrete fissure network simulation according to the natural fissure network characteristics to establish a discrete fissure network model consistent with the regional actual geological conditions，and finally achieves fissuregeological unit coupling based on the equivalent medium model theory to calculate the equivalent permeability of the fissure network.The results indicate that：Fractures in the study area are influenced by Halk Mountain fault structure， with an overall strike predominantly NWW and NEE； The fissure widths follow a log-normal distribution，and the spatial distribution of fissures adheres to a Fisher distribution;The equivalent radius of the fissures ranges from 312.9-780.6m ， the fissure width spans 1.43-25.19mm ， the permeability varies from 2.3-66.7mD ，and the fissure density ranges from 0.10- （204號 5.25m^-1 ; The equivalent permeability values are 0.050-1.877mD in the xx direction， 0.050-1.947mD （204號 in the yy direction，and 0.100-2.825mD in the zz direction，with the permeability of the entire region being less than 3mD. . The bedrock fissure network in Halk Mountains area exhibits relatively low permeability， with fault zones and river valley fissure development zones serving as the primary pathways for groundwater flow in the mountainous region. Comparing the simulation results with previously conducted hydrogeological test results shows good agreement，validating the reliability of the coupled discrete fracture-equivalent continum simulation method.

Key words： discrete fracture network model; equivalent continuous medium model; Halk Mountain；discrete fracture-equivalent continuous medium coupled simulation； hydrogeology

0 引言

隨著社會的發展和進步，諸如石油和天然氣開采、二氧化碳和核廢料的地質封存、地下開挖等地質工程建設越來越多，對地下水環境的保護越來越重要。裂隙巖體是地下水滲流遷移的主要通道，因此對于裂隙巖體滲透性的準確描述和定量估計逐漸成為研究熱點[1-3]。宋曉晨等[4]認為在地質演變的漫長過程中，巖體受到構造運動、卸荷作用、風化作用等影響，巖石內部和表面形成了各種類型的不連續結構面，形成裂隙巖體。對于裂隙巖體而言，裂隙的過流能力會比多孔基質的過流能力高出數個數量級，這意味著裂隙及其網絡可以強烈影響甚至支配巖體的滲透能力和流動路徑[5-7]。Zhao等[8]在研究中發現裂隙對流體流動的影響比孔隙更顯著，裂隙網絡的幾何特征和連通性對巖體的滲透特性具有重要影響。Zhang等[9]發現由于裂隙在巖體中發育極不規則，裂隙網絡的幾何構成非常復雜，由此帶來的非均質性異常明顯，使得地下流體的滲流過程具有很強的不連續性和復雜性。因此，對于裂隙介質中水流的運動路徑和滲透性的刻畫一直都是地下工程及地下環境保護的重難點，裂隙巖體滲透參數的確定對工程實踐及開展地下環境保護都有著巨大的參考價值，同時裂隙巖體流場的準確預測在確保工程實踐的成功方面起著重要作用[10]

目前對于研究裂隙介質中流體流動和溶質運移的模擬方法主要分為兩大類：等效連續介質模型（ECM）和離散裂隙網絡模型（DFN）。

等效連續介質模型最早由Barenblatt等[11]提出，之后Snow[12]、Long 等[13]、Oda[14]、杜延齡等[15]、周志芳等[16]、張有天[17]和田開銘等[18]國內外學者都對此模型進行了理論研究。Nian等[19]基于雙連續體模型分析了裂隙巖質邊坡降雨入滲邊界條件與穩定性。Frehner 等[20]、Ritz 等[21]、Sladek等[22]、Starnoni等[23]則分別采用有限元、有限差分、有限體積、邊界元與無網格法等連續介質模型，對巖體的動力學、滲流行為與穩定性等進行了研究，并在工程實踐中取得了良好的應用效果。李博南等[24]提出了一種基于頻變AVO理論與Chapman等效介質模型的同步反演方法，用于反演裂縫密度和流體時間尺度因子。該方法以等效連續介質模型作為理論基礎，該模型將裂隙介質近似為多孔介質，其核心在于能夠充分利用連續介質領域中成熟的理論體系展開分析研究。其不僅擁有堅實的理論支撐，還積累了豐富的案例，在解決問題方面展現出可靠性和有效性[25-27]。然而，等效連續介質模型也存在局限性，其僅適用于裂隙分布廣泛且密集的裂隙巖體，對于孤立裂隙較多或裂隙連通性差的巖體則不適用。此外，該模型在應用中存在兩個難點，一是模型的有效性難以判斷，二是巖體裂隙等效滲透張量的確定較為復雜。

離散裂隙網絡模型最早由Louis提出，之后Koyama 等[28]、Min等[29]、Nordqvist等[30]基于該模型，針對二維和三維滲流問題，對裂隙巖體的滲透性能展開了深入研究。張奇華等[31]則基于單純形積分理論，利用全空間塊體搜索技術構建了離散裂隙網絡模型，實現了三維任意結構面的網絡滲流計算。張雨晴等[32]以渤海花崗巖地區為例，建立了離散裂隙網絡模型，對其儲存裂縫進行成因分析，構建了強風化帶裂縫分布趨勢模型。Li等[33基于離散裂隙網絡模型，提出了一種研究裂隙巖體中地下水流動與耦合行為的方法，發現裂隙中的水分對流會顯著影響溶質濃度的分布，表明離散裂隙分布在加速物質運移過程中起到了重要作用。Karimzade等[34]利用代碼構建了離散裂隙網絡模型，對地下工程實際涌水量進行了模擬預測，預測結果的準確性在伊朗某地下工程中得到了驗證。自前，離散裂隙網絡模型發展迅速，但這種模型因忽略巖石基質的透水性，僅適用于裂隙網絡貫通良好的場景。同時，其無法有效反映孤立裂隙對整體滲透性的影響，有一定局限性。

哈爾克山地處天山北部，受復雜地質結構和強烈地形切割作用影響，區域內斷裂發育密集，河谷裂隙廣泛分布。該區域對天山北麓的水資源及生態環境具有重要影響，因此開展哈爾克山地區地下水滲透能力評價研究意義重大。深入探究該區裂隙巖體的滲透能力，對有效保護和合理利用自然資源、促進天山北麓生態保護具有重要作用。本文以哈爾克山為研究對象，通過定量分析研究區裂隙空間展布特征與發育規律，采用離散裂隙-等效介質混合模型方法，構建離散裂隙網絡模型，并在此基礎上，計算區域內裂隙等效滲透張量。研究成果旨在為評價該區地下水滲流能力提供依據，并為未來哈爾克山區域裂隙水研究提供新的技術方法和理論支持。

1 地質概況

研究區位于新疆哈爾克山區域內。哈爾克山呈近東西向條帶狀展布，地貌上為侵蝕中一高山區。其南北兩側邊界為NW向和NEE向的逆沖斷裂，北界為昭蘇盆地南緣斷裂，南界為哈爾克山斷裂。那拉提斷裂以北為那拉提隆起。該隆起帶呈NEE向，遭受強烈擠壓，主要由中深變質巖系和花崗巖組成。其高程 1 700～4 000m ，相對高差大于 1500m ，地形切割劇烈，溝谷發育。研究區邊界北部以昭蘇盆地南緣斷裂帶基巖為界，西、南邊界為阿克牙孜河分水嶺，東部邊界為庫克蘇河。研究區地層巖性主要為古元古界木扎爾特巖群斜長片麻巖，石炭系大哈拉軍山組中段安山玢巖、英安斑巖夾流紋斑巖，石炭系阿克沙組灰巖等。侵入巖為華力西中期侵入巖，巖性主要為花崗巖（圖1），巖石堅硬，礦物成分主要為石英、斜長石、鉀長石、黑云母等。

研究區地表水由南向北徑流，物理風化作用強烈導致地表巖體破碎，巖屑堆積物厚度巨大。在地表較大坡降條件下，即使是穩定融化的雪水也能迅速下滲進入堆積層和基巖裂隙，形成基巖裂隙水，僅少量形成地表徑流。該地段潛水位很高，含水帶厚度不均勻且起伏較大；同時受冰雪季節性消融及降水影響，地表水水量變化及地下水水位變幅較大。

.晚更新世洪積層； Qh^al .全新世沖積層； HtM .古元古界木扎爾特巖群； C₁d² .大哈拉軍山組中段； C_1-2a .阿克沙組； N_1-2k .康村組； C₂δ .晚石炭世閃長巖； C₁γβ 早石炭世黑云母花崗巖； C₁ηγ .早石炭世二長花崗巖； C₁δo .早石炭世石英閃長巖； C₁γδσ .早石炭世英云花崗 巖； Pξγ ，二疊紀正長花崗巖； Pβμ .二疊紀輝綠巖； 志留紀英云閃長巖； S₃γ ，晚志留世破碎花崗巖； sinγ .志留紀二長花崗巖； ChA_.³ .阿克 蘇巖群白云母石英片巖。

圖1 研究區區域地質圖

2 模型理論

2.1 離散裂隙網絡模型

離散裂隙網絡模型將每個裂隙抽象為特定幾何形態的薄盤，通常假定為圓形或正多邊形。每條裂隙由其中心點位置、直徑、產狀和開度定義。模型由下述性質定義：圓盤中心點構成一個三維泊松點過程；圓盤直徑相互獨立，具有相同的分布；圓盤產狀相互獨立，具有相同的分布；直徑和產狀相互獨立；裂隙開度相互獨立，具有相同的分布[4]。離散裂隙的生成模型包括分形模型（fractalmodel）、最近距離模型（nearestneighbormodel）與Baecher模型，經過前人[35]多種假設和研究后認為，Baecher模型將裂隙假定為圓盤最為可靠。離散裂隙網絡模型是基于已有的裂隙進行概率統計后，根據得到的概率分布參數進行確定的隨機模擬，從而生成離散裂隙網絡。

2.1.1 裂隙密度

裂隙密度是衡量區域裂隙發育程度的參數，其不僅反映裂隙發育的密集程度，而且控制著巖體的完整性。一般情況下，裂隙面發育越密集，巖體的強度越低，完整性越差，巖塊越小，巖體力學性質越差，滲透性越強。根據尺度的不同，裂縫密度又分為線密度 （P₁₀ ）、面密度 （P₂₀） ）、體密度 （P₃₀） 、累積密度等表示方式[36]。其中：線密度定義為在裂縫法線方向上單位長度的裂縫數量；累積密度能夠直觀反映裂縫密度的垂向分布，便于進行明確的垂向分區。本文采用線密度進行密度約束，采用累積密度進行井段分區。

2.1.2 裂隙直徑

裂隙大小是決定巖體滲流、力學等性質的重大因素，目前現有的技術水平無法直接獲取裂隙大小。在Baecher模型中一般用裂隙直徑表征裂隙大小，其獲取手段是根據地表出露的跡長結合區域實際大小、地質背景進行推測分析。前人[37計算裂隙直徑的基本研究思路為：首先假設裂隙圓盤的大小服從某種概率分布；再通過對裂隙跡長的觀測值進行擬合分析，進而確定該分布特征的幾何參數。一般認為，跡長和裂隙直徑符合對數正態分布[4]

2.1.3 裂隙開度

裂隙開度一般指裂隙兩壁間的垂直距離，是地下流體流動的主要通道，開度的大小一般決定了流體流動速度的大小。裂隙開度是當前研究的熱點課題之一。眾多學者研究[37]表明，裂隙開度的分布特征通常服從對數正態分布或冪律分布。但是在天然裂隙系統中，很難描述每個裂隙開度的分布。因此，通常用最大開度 （d_max ）或平均開度 （d_ave=πd_max/4） ）來代表單裂縫的開度。Olson[38]在研究中使用了一個非線性冪律關系：

式中： L 為裂隙長度； α 為冪律指數； λ 為與圍巖力學參數相關的指數，表示為

式中： K_lc 為裂隙的韌性； u 為巖石的泊松比； E 為巖 石楊氏模量。Olson[3]進一步指出，密集裂縫間的 力學作用會導致指數 λ 隨裂隙間距而變化。

大量的統計測量表明， 0.22lt;λlt;0.69 ，均值為0.50。而裂隙的滲透率則通過立方定律[37計算：

式中， K_f 為裂縫的滲透率。

2.1.4 裂隙空間分布特征

在實際地質情況中，裂隙巖體中流體的流動方向一般由裂縫方位控制，因此在構建地質裂隙模型的時候，需要著重注意裂隙方位的刻畫，使其更好地符合實際的裂縫分布情況，從而使擬合效果更具有代表性和真實性。目前，Fisher分布是最常見的描述裂縫方位分布的概率密度函數，單變量Fisher分布是球面上的正態（高斯）分布，當裂縫方向受巖石性質、應力條件等多個不相關變量控制時，單變量Fisher分布在理論上是合理的[39]

Fisher分布由概率密度函數定義：

f（θ^′，φ^′）=

式中： κ 為裂隙分布參數，表示裂隙濃聚度； θ^′ 為裂隙方位角； φ^′ 為偏離平均裂縫軸的角度。

Fisher分布是單峰的，且圍繞 φ^′ 軸對稱。增加κ 會使分布更加集中在 φ^′ 軸周圍。

2.2 等效連續介質模型

等效連續介質模型將裂隙巖體概化成具有連續性的滲透等效介質。該模型未考慮單個裂隙結構面在流體滲流過程中的具體作用機制，而是將其影響統一整合到介質的等效滲透特性之中。等效連續介質模型一般將研究區域剖分成若干有限單元體。首先根據裂隙網絡構建合適的REV（representativeelementaryvolume）單元體；然后采用有限差分法將單元體內裂隙耦合進單元體，計算單元體等效滲透張量，通過有限單元體構建的連續體模型，從而刻畫區域的宏觀滲透性。目前常用的裂隙耦合方法是基于 Oda^[40] 提出來的方法。Oda裂隙張量是在滲流區域內任取一體元，地下水僅沿裂隙流動，忽略巖塊滲流，將裂隙概化為半徑為 r 的圓盤，裂隙開度為b ，裂隙面法向單位矢量為 ，某一裂隙可用 （n，2r ，b ）來表示，水流沿 （n，2r，b） 裂隙流動可概化為理想化的厚度為 η（η=b ）的板內層流問題，裂隙的滲流遵循立方定律。含有一定數量裂隙單元體的滲透張量可用下式表示：

k_ij=_μ（A_kkδ_ij-A_ij）;

$E ＼left（ n ， 2 r ， b ＼right） ＼mathrm { d } ＼Omega ＼mathrm { d } （ 2 r ） ＼mathrm { d } b ＼ 。$

式中： k_ij 為裂隙滲透張量， i，j 為三維空間坐標索引，取值1，2，3對應 x，y，z 方向； A_ij 為裂隙幾何張量； A_kk 為張量 A 的跡，三維空間中 A_kk=A₁₁+A₂₂+ A₃₃：δ_ij 為克羅內克（Kronecker）符號； b_m 為開度最大值； 2r_m 為直徑最大值； 為空間角度域; 為單位向量 的分量； 為裂隙分布的概率密度函數； μ 為無量綱常數，如果測定裂隙連通性好，則 μ 取 1/12 。

3 模型構建

3.1 區域裂隙網絡生成

本文基于研究區前期測井數據及14d的野外踏勘數據，對已有的裂隙數據進行分析處理，構建區域離散裂隙網絡。先基于六組測井裂隙數據，繪制了井中裂隙分布圖（圖2）、井中裂隙走向玫瑰圖（圖3）和井中裂隙等值線圖（圖4）。再根據井中裂隙分布特征得到了測井裂隙線密度分布（表1）及測井裂隙空間Fisher分布模型分析結果（表2）。根據前期地質勘查及實際野外踏勘數據，假定研究區裂隙隙寬服從對數正態分布，則裂隙直徑由隙寬與直徑關系式推導計算。

圖2井中裂縫分布圖

圖3井中裂縫走向玫瑰圖 （30^°） （20

Fig.3 Rosechartoffracturestrikeofthewell （30^° 0

研究區域在地質形成過程中受到塔里木和伊犁兩個古陸塊的對擠形成了一系列斷裂帶，其中主要為昭蘇盆地南緣斷裂帶及喀拉古溫泉斷裂帶。根據地質測繪及遙感解譯對研究區域斷裂進行分析刻畫，初步判定研究區域內發育26條中小型斷裂，斷裂帶內巖石破碎，充填大量的膠結物，孔隙發育，其滲透能力遠遠大于巖體裂隙；因此斷裂帶是研究區域不可忽視的滲流通道，在區域滲透率研究中必須考慮斷層的影響。同時研究區域內還發育三條中大型河谷，河谷區域因卸荷作用形成大量裂隙，滲透率顯著高于正常巖體。這使得河流入滲補給成為區域地下水流系統的主要補給方式。因此，在數值模型構建過程中，也必須考慮河谷區域這個關鍵因素。通過坐標投影和層面概化的方式，將斷裂與河谷導入數值模型中（圖5）。依據區域裂隙特征分析獲得的裂隙參數，結合測井與踏勘數據分布位置及研究區域地質構造的發育情況，在數據分布較為集中的海拔 1370m 至地表的垂向范圍開展數值模擬。

圖4井中裂縫等值線圖

Fig.4 Fracture contour map of the well

表1測井裂隙線密度分布

Table 1 Linear density distribution of logging fractures

本文采用Baecher模型構建區域裂隙網絡進行數值模擬。建模過程對研究區域裂隙網絡作如下假定：1）所有裂隙均可以用圓盤近似表達，裂隙直徑服從對數正態分布，裂隙隙寬與裂隙長度服從相同分布且具有數學關系；2）此次建模過程不考慮裂隙之間相互截斷過程，即裂隙間截斷概率設置為0；3）研究區域具有相同的地層巖性，區域裂隙網絡具有一致性；4）單個裂隙內為光滑平行面，認為根據隙寬與長度關系得到的隙寬是真實隙寬，滲透率計算過程中不考慮實際地質的表面摩擦系數及隙寬誤差，即計算的絕對滲透率為實際滲透率。

3.2 區域等效介質

本文裂隙模擬垂向范圍為海拔 1370m 至地表區域，考慮到區域地形起伏較大，結合裂隙直徑大小及計算機算力，在垂向上將整個 1 370m 至地表的空間均勻剖分成5層。在水平方向考慮研究區域面積及裂隙分布情況，將網格剖分成 100m×100m 的規則網格，即將研究區域在空間上剖分成529690個網格。首先根據Oda裂隙耦合方法，利用有限差分計算將網格體內裂隙耦合嵌入網格體，同時考慮巖體基質滲流作用，對整體的網格體賦予基質滲透率；再根據研究區域地層巖性特點，結合前期的巖心流動實驗，設置模型基質滲透率為 z 方向 0.1mD x，y 方向 0.05mD ;最后根據前期室內實驗結果可知，區域內基巖孔隙度在 6% 以下，主要集中在1%～4% 之間，結合區域地質背景，設置模型基質孔隙度為 4% 。

表2測井Fisher分布模型分析結果

Table2Analysisresults of well logging Fisher distribution model

圖5裂隙模擬區地質示意圖

Fig.5 Geological diagramoffracture simulation area

研究區域地質條件復雜，發育昭蘇盆地南緣斷裂帶及喀拉溫古泉斷裂帶兩條大型斷裂帶，并由此衍生出26條中小型斷裂帶。根據前期開展的地質調查和現場物探數據可知，研究區斷裂帶充填較好，破碎程度一般，計算認為研究區斷裂帶區域的平均滲透率為 230.71mD ，區內斷裂帶平均寬度為160m;因此在本次模擬中對于距離斷裂中心位置 80m 的網格滲透率設置為 230.71mD 。區域發育有三個較大的河谷裂隙區，根據前期水文地質調查，設定河谷裂隙區的平均滲透率為 420.5mD ，影響范圍為300m ，即在數值模型中將距河谷層面 150m 網格的滲透率設置為 420.5mD 。結合裂隙網絡耦合的等效滲透率，疊加計算得到研究區域綜合滲透率。

4模型成果及檢驗

4.1 模型成果

4.1.1 區域裂隙網絡結果

根據3.1小節對區域測井的裂隙數據進行分析處理得到模型裂隙參數，以及不同走向及其對應的線密度數據，共同構建了10個離散裂隙集，與區域斷裂帶、河谷裂隙區共同組成了研究區域的裂隙網絡（圖6）。對整個區域裂隙的傾角和走向進行統計，繪制裂隙傾角直方圖和裂隙走向直方圖（圖7）。從傾角直方圖（圖7a）可以看出，模型區裂隙主要為高角度裂隙，主要原因在于裂隙發育受到區域斷裂帶的控制。該研究區域內的26條斷裂帶幾乎貫穿整個模擬區，且其傾角在 70^°～88^° 之間，屬于近垂直斷層的高角度斷層。此外，模型裂隙的主要走向為NWW向和NEE向（圖7b），這是由研究區構造時期的NW向和NEE向逆沖斷層影響所導致。模型模擬的裂隙網絡等效半徑為 312.9～780.6m ，裂隙隙寬為 1.43～25.19mm ，而裂隙網絡滲透率則在 2.3～ 66.7mD 之間。研究區域裂隙網絡隙寬大多分布在8～18mm 之間，滲透率集中在 6.3～25.0mD 之間。裂隙網絡整體滲透率較低，主要原因是研究區地質構造復雜，裂隙之間相互截斷并彼此影響，致使裂隙網絡整體呈現低滲特征。結合3.2小節對斷裂帶及河谷裂隙區的分析可知，模型中斷裂滲透率為230.71mD ，影響范圍為 160m ；河谷裂隙區滲透率為 420.5mD ，影響范圍為 300m 。

圖6研究區裂隙網絡模型示意圖

4.1.2 區域等效介質結果

法，計算得到研究區的單元體滲透率與孔隙度。滲透率耦合結果為 xx、yy、zz、xy、xz、yz 共6個方向的滲透率，其中： xy?xz?yz 方向的滲流能力極差，滲透率均小于 0.001mD ，可忽略不計； xx 方向滲透率為 0.050～1.877mD 圖 8a）sy 方向滲透率為 0.050～1.947mD （圖8b）； zz 方向滲透率為 （圖8c），等效介質孔隙度為1.00%～13.62% （圖8d）。結果表明，模擬區域整體滲透性較低，孔隙發育程度較弱。同時，考慮區域斷裂帶的影響，對受斷裂影響網格進行單獨賦值（圖9）。計算所得區域裂隙密度為 0.10～5.25m^-1 ，表明區域裂隙發育程度較低。區域綜合滲透率的結果表明，研究區域巖體滲流能力較弱，整體小于 3mD 屬于低滲區域。研究區斷裂破碎帶和河谷裂隙區的滲透能力顯著強于基巖裂隙區，是區域內典型的高滲透區域，也是研究區地下水滲流的主要通道。高滲通道不僅是地下水滲流的主要通道，也是地下水環境保護中需要著重考慮的區域，在實際應用中，需采取有效措施阻隔污染物通過高滲通道侵入地下水系統，避免引發區域性地下水污染。

4.2 模型檢驗

前期水文地質勘查工作在模擬區內開展抽水試驗12次、壓水試驗301段。其中抽水試驗選擇各單一巖性鉆孔段開展，壓水試驗在裂隙發育及基巖地區均開展實驗。通過抽水試驗和壓水試驗的數據，大致計算出各種巖性區域的滲透率平均值。根據地質背景分析，該地區內主要巖石類型包括玻屑晶屑凝灰巖、黑云母二長花崗巖、花崗巖、輝長巖、閃長巖和斜長片麻巖，它們的滲透率分布在 0.72～3.5mD 之間。根據模擬區巖性分布情況，對研究區內對應巖性地層滲透率進行初步劃分，結果顯示其主要集中在 0.8～3.2mD 之間（圖10）。為了進一步了解裂隙特性，在LZK5、LZK7和LZK35等裂隙發育程度較高的地區開展了裂隙壓水試驗。通過對滲透率數據和裂隙網絡模型進行對比分析可知，鉆井裂隙壓水試驗測得的滲透率范圍為 1.07～88.65mD ，而裂隙網絡模型給出的結果則為 2.35～66.98mD （圖11）。結果表明，數值模擬結果與水文地質試驗結果近乎相同，表明本文構建的數值模型能較好地反映實際區域的水文地質特征，模型模擬結果具有較高的準確性和可靠性。由于數值模擬未能全面考慮到裂隙與巖石基質間相互作用對滲流場產生的影響，僅考慮了裂隙流動與基質滲透簡單疊加的情況，因此模擬結果的滲透率與實際現場的試驗結果存在偏差。

由3.2小節區域地質網格等效滲透系數的方

圖7裂隙網絡屬性統計直方圖

Fig.7 Statistical histogram of fracture network attributes

圖8等效模型模擬結果示意圖

圖9 斷裂河谷滲透率示意圖

Fig.9Permeabilitydiagramofthefractured valley

圖10抽水試驗巖性滲透率與模擬結果對比

圖11壓水試驗鉆孔裂隙段滲透率與模擬結果對比 Fig. 11 Comparison between permeability and simulation results of borehole fracture section in water pressure test

5 結論與建議

1）受復雜地質結構和強烈地形切割作用的影響，哈爾克山斷裂發育密集，河谷裂隙廣泛分布。區域內裂隙網絡受到哈爾克山構造成因的影響，整體裂隙走向主要為NWW向和NEE向。

2）哈爾克山地區地層巖性主要為花崗巖和變質巖，裂隙發育程度較低，張開度較小，致使整體區域基巖滲透能力較低。因此，區域內發育的斷裂帶及河谷裂隙成為區域地下水主要的補給通道與滲流通道，也是地下水遷移的主要路徑。

3）本文采用了離散裂隙-等效連續介質耦合方法進行模擬，該方法能夠較為準確地模擬出裂隙網絡，并計算出區域的等效滲透系數。模擬結果與實際水文地質試驗參數相近，證明本文提出的離散裂隙-等效連續介質耦合模擬方法具有可行性。本文方法不僅考慮了裂隙在滲流中的優勢作用，還能簡化后期滲流過程的計算量，從而更高效地分析計算大尺度區域的滲透率。

4）受軟件計算能力的限制，本文數值模型構建的離散裂隙網絡主要選取對區域滲透率有顯著影響的大裂隙，未考慮區域內的中小裂隙（直徑 lt;100 m）。裂隙模型精細度不足且未考慮基質與裂隙滲流場的相互作用，僅對基質與裂隙的滲流能力進行了簡化處理。在未來研究中應進一步完善不足，使模型更加符合實際情況。

致謝：北京遠望景盛科技發展有限公司提供了Fracman軟件及技術支持，特此致謝。

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