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近10年北京平原区地下水水位变化及与地面沉降的关系研究

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地质学报 2024年

作者：赵龙蒋小伟李玉梅罗勇崔文君田苗壮王树芳田芳许亮刘元章沙特王新惠齐鸣欢中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京市地质环境监测所中国地震局发展研究中心城市地下水安全防控技术创新基地中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京市生态地质研究所

北京地区地下水过度开采引起的环境地质问题日益受到关注。2010年以来,北京实施了地下水压采、限采、生态补水等积极措施来缓解严重的地下水超采问题。为进一步分析2010年以来多项水资源管理措施的实施对区域地下水和地面沉降的影响,本... 详细信息

北京地区地下水过度开采引起的环境地质问题日益受到关注。2010年以来,北京实施了地下水压采、限采、生态补水等积极措施来缓解严重的地下水超采问题。为进一步分析2010年以来多项水资源管理措施的实施对区域地下水和地面沉降的影响,本文基于长序列监测数据,分析2010～2020年间区域地下水动态演化特征,量化不同措施对地下水水位下降减速的贡献,研究地下水水位回升条件下土层变形特征。结果表明:(1) 2010～2020年,平原区地下水水位下降速度减缓,在冲积平原大部分地区地下水水位仍持续下降,在冲积扇扇顶、扇中、扇缘及冲积平原的部分地区地下水水位出现大幅抬升现象。(2)潮白河冲积扇顶、扇中和扇缘处地下水水位大幅抬升主要受潮白河生态补水影响;地下水压、限采是其他区域地下水水位大幅抬升的主要原因;生活用水的增加是导致冲积平原地区地下水水位持续下降的主要原因。(3)监测时段内第三和第四含水层组为主要沉降层,年沉降速率为11.07～12.80 mm/a;第一、二含水层地层出现少量回弹,最大累计回弹量为5.6 mm。(4)水位抬升导致土体发生剪切膨胀,在此过程中地层存在两种变形模式,一种是与地下水水位变化同步的弹性变形,另一种是滞后于地下水水位变化的残余变形。本文研究成果为掌握不同水资源管理措施的效果,开展区域地下水资源管理及地面沉降精准防控提供有效技术支持。

关键词：地面沉降北京平原区地下水水位降水量灰色关联度分析

北京平原区第四系热物性参数特征及对浅层地热能开采的影响因素分析

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中国地质 2022年第5期49卷 1543-1554页

作者：李娟郑佳雷晓东杜境然李富贾子龙刘爱华北京市地热调查研究所北京102218 自然资源部浅层地热能重点实验室北京102218 北京市生态地质研究所北京100120 北京市华清地热开发集团有限公司北京102218

【研究目的】岩土热物性是影响浅层地热能资源评价及利用的重要参数。【研究方法】在北京平原区各冲洪积扇采集了695件第四系岩土样品进行热物性及土工参数测试,分析了热物性参数特征及其对浅层地热能开采的影响。【研究结果】北京平原... 详细信息

【研究目的】岩土热物性是影响浅层地热能资源评价及利用的重要参数。【研究方法】在北京平原区各冲洪积扇采集了695件第四系岩土样品进行热物性及土工参数测试,分析了热物性参数特征及其对浅层地热能开采的影响。【研究结果】北京平原区第四系岩土热导率平均值为1.465~2.022 W/(m·K),热扩散率平均值为0.450×10^(-6)~0.841×10^(-6)m^(2)/s,比热容平均值为2.323~3.080 MJ/(m^(3)·K),热导率(λ)与热扩散率(κ)值存在一定的线性关系,相关方程为λ=1.6973κ+0.6127。第四纪松散沉积物颗粒越细,热导率值越低;含水率0~5%范围内,热导率随含水率增加迅速增大,含水率5%~20%范围内,热导率增加变缓并趋于稳定,含水率20%~40%范围内,热导率随含水量增大而降低;在天然状态下,热导率随着密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而降低;样品温度在0~40℃范围内,热导率随温度升高呈先减小后增大的趋势,20℃时热导率最低。【结论】第四系热物性参数随地质条件变化而变化,热物性参数大小会影响浅层地热能储存、采集和扩散能力,热导率、热扩散率及比热容越大,岩土蓄热和导热能力越强。

关键词：热导率热扩散率比热容第四系浅层地热能地热调查工程北京平原区

利用TPCA分析北京平原区地面沉降的时空演化特征

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武汉大学学报（信息科学版） 2022年第9期47卷 1498-1506页

作者：赵亚丽王彦兵王新雨田秀秀李小娟余洁首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室北京100048 首都师范大学水资源安全北京实验室北京100048 北京市测绘设计研究院北京100038

时间主成分分析(temporal principal component analysis,TPCA)可用于地学领域中提取时空数据的时序特征和空间分布特征,北京平原区的地面沉降具有典型的时序和空间特征。在利用永久散射体干涉测量技术获取的北京平原区2003—2010年地... 详细信息

时间主成分分析(temporal principal component analysis,TPCA)可用于地学领域中提取时空数据的时序特征和空间分布特征,北京平原区的地面沉降具有典型的时序和空间特征。在利用永久散射体干涉测量技术获取的北京平原区2003—2010年地面沉降数据的基础上,采用TPCA方法分析了北京平原区地面沉降时空演化特征。经分析发现:(1)TPCA分析得到的第一主成分反映了地面沉降在该长时序阶段的空间分布特征。(2)第二主成分得分为正的空间点与可压缩层厚度在130 m以上的区域在空间分布上有一致性和相关性。(3)在空间上,第一主成分为负值与第二主成分为正值的永久散射体点分布在年均沉降速率30 mm/a以上的严重沉降区域。严重沉降区具有明显的南北沉降分类现象和季节性差异,具体表现为:北部沉降区在春夏季节的沉降量大于秋冬季节;南部沉降区则与之相反。总之,基于时间主成分分析方法可分析得到研究区的地面沉降时空演化规律,为城市安全监测提供数据支撑。

关键词：北京平原区地面沉降时空演化特征时间主成分分析季节性形变

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北京平原区断裂构造重力异常识别研究

地球物理学报 2021年第4期64卷 1253-1265页

作者：雷晓东戚帮申关伟赵玉杜东闫广新刘宏伟尤志鑫北京市地质勘察技术院北京100120 中国地质调查局天津地质调查中心天津300170 中国地质科学院地质力学研究所北京100081

区域重力异常蕴含丰富的断裂构造特征信息.采用小波多尺度分解、归一化总水平导数垂向导数(NVDR_THDR)和剖面2.5D重力异常反演方法对北京平原区高精度区域重力资料进行了处理,获得了主要断裂构造平面位置、长度、规模、汇交关系及深浅... 详细信息

区域重力异常蕴含丰富的断裂构造特征信息.采用小波多尺度分解、归一化总水平导数垂向导数(NVDR_THDR)和剖面2.5D重力异常反演方法对北京平原区高精度区域重力资料进行了处理,获得了主要断裂构造平面位置、长度、规模、汇交关系及深浅延伸特征,分析了利用重力异常识别断裂的效果.结果表明:(1)北京平原区NE向断裂平面延展长度大、连续性强,NW向断裂分段性明显,连续性弱,但NW向断裂对NE向断裂有切割改造迹象.近EW或SN向断裂分布较为局限.(2)主控断裂平面和垂向延伸特征差异明显,顺义断裂、孙河断裂、永定河断裂等为盖层断裂;南口断裂、孙河断裂西段、二十里长山断裂和张喜庄断裂为基底断裂;黄庄—高丽营断裂南段、南苑—通县断裂、礼贤断裂、夏垫断裂和皮各庄断裂东段为地壳断裂.(3)利用NVDR_THDR峰值异常带的连续性、幅值、宽度及错切关系可有效识别断裂的平面展布特征,通过小波变换获得的不同深度等效层异常结合2.5D剖面反演可有效研究断裂在基岩内部的深浅延伸情况,但重力异常的垂向分辨能力弱,断裂在新生界内部延伸特征需结合其他地质资料进一步分析.

关键词：断层小波变换归一化总水平导数垂向导数 2.5D重力反演北京平原区

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北京平原区粮菜林三地类时空转变特征

农业工程学报 2017年第6期33卷 257-264页

作者：奉婷张凤荣聂鑫谢臻汪晗广西大学公共管理学院南宁530004 中国农业大学资源与环境学院北京100193

该文利用遥感与地理信息系统技术研究北京平原区农用地内部粮田、菜地和林地三大类农地利用类型的变化。结果表明:2004年至2014年这10 a间,粮田转变为林地与菜地是北京平原区农地利用变化主流。粮田转变为林地面积是969.97 km^2,其土地... 详细信息

该文利用遥感与地理信息系统技术研究北京平原区农用地内部粮田、菜地和林地三大类农地利用类型的变化。结果表明:2004年至2014年这10 a间,粮田转变为林地与菜地是北京平原区农地利用变化主流。粮田转变为林地面积是969.97 km^2,其土地利用变化重要性指数高达72.11%,在各类农地利用变化类型中居首。而粮田转为菜地则主要是粮田转变为设施菜地,10 a间粮田转变为设施菜地面积是163.53 km^2,其土地利用变化重要性指数为12.16%,在各类农地利用变化类型中居次;同时,10 a间北京平原区农地利用变化存在空间分异特征。主城近郊区与远郊平原区农地利用变化主要是粮田转为林地,两大分区中该变化类型土地利用变化重要性指数分别为84.18%、76.21%,明显高于其他农地利用变化类型土地利用变化重要性指数。在城市新区,粮田则分别转为林地与设施菜地;10 a间北京平原区农地利用空间分布均具有圈层特征,由近郊向远郊,农地内部结构都呈现林地为主类型,到粮田、菜地与林地混合利用类型,再到粮田与林地组合利用类型的空间格局。而10 a间随着主城区的外扩,上述农地利用圈层特征出现了由近郊向远郊外移、且林地与蔬菜面积占比增加的现象。研究认为:农地内部粮、菜、林3地类的转变和农地利用圈层外移是农户追求经济效益最大化与政府为改善生态环境所致;而改善生态不应以牺牲粮田为代价,应充分利用粮田的生态系统服务功能以实现生态绿化目的。

关键词：土地利用遥感地理信息系统农地利用变化时空转变特征北京平原区

北京平原区地质剖面的初步建立-太古宙结晶基底和元古宙地层

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中国地质 2016年第3期43卷 879-889页

作者：吕金波郑桂森李良景王海波刘凯王纯君北京市地质调查研究院北京102206 北京市地质矿产勘查开发局北京100195 北京市地质研究所北京100120 北京市水文地质工程地质大队北京100195

北京平原目前尚未建立系统的地质剖面。1867年庞培莱将北京西山分为3大系,1871年李希霍芬提出震旦系、划分12层。1922年葛利普将震旦系限定在前寒武系,1923年田奇镌将南口剖面划分为7个岩组,1934年高振西将震旦系3分(南口群、蓟县群、... 详细信息

北京平原目前尚未建立系统的地质剖面。1867年庞培莱将北京西山分为3大系,1871年李希霍芬提出震旦系、划分12层。1922年葛利普将震旦系限定在前寒武系,1923年田奇镌将南口剖面划分为7个岩组,1934年高振西将震旦系3分(南口群、蓟县群、青白口群)。1976年乔秀夫3分青白口群(下马岭组、龙山组和景儿峪组),1980年汪长庆等将十三陵剖面分为4系12组,1991版《北京市区域地质志》将十三陵剖面分为3系12组。本文初步建立平原区地层表,详细描述太古宙结晶基底和元古宙地层剖面,在京南大兴区的榆垡(兴热-1井)和安定(兴热-2井)发现太古宙片麻岩,在京热-70井、京热-59井、京热-71井和京热-75井编录蓟县纪地层,利用亦庄小学钻孔厘定待建系下马岭组、青白口纪龙山组和景儿峪组。

关键词：地质剖面太古宙片麻岩中新元古代地层北京平原区

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北京平原区浅层地温场特征及其影响因素研究

中国地质 2010年第6期37卷 1733-1739页

作者：卫万顺郑桂森栾英波北京市地质矿产勘查开发局北京100195

本文在大量钻孔测温资料的基础上,系统分析了平原区浅层地温场分布特征,对影响浅层地温场的多种因素进行了系统研究。该区20～300 m深度内平均地温梯度为7.2℃/100 m,高于北京深部（基岩）地温梯度2.5~3.0℃/100m,大地热流值为66.35~84.... 详细信息

本文在大量钻孔测温资料的基础上,系统分析了平原区浅层地温场分布特征,对影响浅层地温场的多种因素进行了系统研究。该区20～300 m深度内平均地温梯度为7.2℃/100 m,高于北京深部（基岩）地温梯度2.5~3.0℃/100m,大地热流值为66.35~84.14 mW/m2,较高的热流值显示岩石圈相对较薄且存在隐伏断裂。该区现今浅层地温场与深部地温场联系密切,形态分布与平原区重要隐伏活动断裂走向基本一致,主要受新构造运动控制,地下水、岩土体岩性及结构是浅层地温场分布的重要影响因素。

关键词：现今浅层地温地温梯度影响因素北京平原区

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北京平原区新近沉积土基本工程地质特性分析

第四纪研究 2005年第1期25卷 93-99页

作者：袁仁茂孙宏伟马凤山李树德邓清海中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 北京市堪察设计研究院北京100038 北京大学环境学院北京100871

文章通过各种实验,分析了北京市新近沉积土的物质组成、化学成分、矿物成分及其基本的岩土工程特性。结果表明,新近沉积土在总体上是工程地质性质较差的地层,一般来讲呈欠压密状态,具有较高的压缩性,强度相对较低。但是对于新近... 详细信息

文章通过各种实验,分析了北京市新近沉积土的物质组成、化学成分、矿物成分及其基本的岩土工程特性。结果表明,新近沉积土在总体上是工程地质性质较差的地层,一般来讲呈欠压密状态,具有较高的压缩性,强度相对较低。但是对于新近沉积的砂质粉土而言,即当塑性指数Ip区分。

关键词：新近沉积土工程地质特性北京平原区

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北京平原区地源热泵换热能力现场测试研究

现代地质 2014年第5期28卷 1046-1052页

作者：栾英波卫万顺于湲杨俊伟北京市地质矿产勘查开发局北京100195 中国地质调查局浅层地温能推广中心北京100195 北京市地质勘察技术院北京102218

岩土体不仅决定地温场的展布形态,而且也是浅层地温能资源评价和工程设计的关键因素,掌握区域岩土体的热物性及换热性能,是保障热泵高效稳定运行的关键。根据北京地区在施地源热泵工程对现场换热能力测试结果,系统地研究了地层结构及岩... 详细信息

岩土体不仅决定地温场的展布形态,而且也是浅层地温能资源评价和工程设计的关键因素,掌握区域岩土体的热物性及换热性能,是保障热泵高效稳定运行的关键。根据北京地区在施地源热泵工程对现场换热能力测试结果,系统地研究了地层结构及岩性、水文地质条件、回填材料等因素对综合热导率的影响。研究结果表明:在相同条件下选择适当回填材料有利于提高系统换热性能,膨润土和水泥基作为回填材料,比中细砂作为回填材料的换热性能分别提高了17.6%和19.7%;岩土体和地下水是热能赋存和传播的物质基础,地下水与地层结构决定着地温场分布形态和换热效率,地埋管换热器的换热能力与土壤颗粒、地下水位、地下水渗流存在直接关系,土壤颗粒越大,地下水位埋深越浅,渗流越快,对地埋管换热器换热能力具有明显的强化作用。

关键词：浅层地温能综合热导率热响应地源热泵北京平原区