渗透率是反映地层介质流体通过的能力，是很重要的一个基本物理量。采用井水位潮汐响应来反演地层渗透率是一个既经济又可以实现连续观测的好途径，但是在反演渗透系数时，大多数研究都没有考虑非饱和层的影响，导致反演得到的渗透率偏差大。因此，研究非饱和层对地下水系统的潮汐响应至关重要。

在这项研究中，我们应用二维多层数值模拟来研究越流含水层中非饱和流对固体潮的响应。结果表明，地下水位以上的非饱和水流会显著影响越流含水层的潮汐响应，非饱和带越厚，对地下水对固体潮的响应影响越大。此外，引入了无量纲量ω? 来估算非饱和流影响。当ω? > 10?0.5时，非饱和水流对潮汐响应的影响明显；否则，影响可以忽略。同时，应用上述数值模型解释了中国云南丽江井的潮汐响应。很好地解释了当地下水位低于地表时，相移和振幅比分别以指数形式减小和增大的特点。

图1 非饱和多层各向异性数值模型

图2 非饱和层厚度的影响

图3 非饱和层水力参数的敏感性分析

图4 云南丽江井的潮汐响应随季节性的变化

本研究在如下方面有所创新：

1. 新方法：采用了有限元模拟的方法，和目前大多采用的解析解来反演地层渗透率，本研究给出的方法更准确。

2. 新认识：地表的非饱和层对地下越流层影响很大，如果不考虑非饱和层的影响，在反演地层渗透率时，结果会偏差大。目前的研究中考虑非饱和层影响的研究很少。

3. 新发现：无量纲量ω? 来估算非饱和流影响。当ω? > 10?0.5时，非饱和水流对潮汐响应的影响明显；否则影响可以忽略。

本研究强调在多层模型中考虑非饱和流的必要性，以提高预测越流含水层渗透率的准确性。这项研究成果可以应用在我国川南页岩开采区，用以监测回注井的渗漏问题。第二个应用价值为研究深注水诱发地震力学机理模拟提供更为可靠的渗透率参数。第三个应用是连续监测地层渗透性，用于探索地层渗透性变化和地震孕育发生之间的关系。

研究成果2021年发表于学术期刊《Lithosphere》（Zhu, A. Y. (2021). Unsaturated Flow Influences the Response of Leaky Aquifer to Earth Tides. Lithosphere, 2021(Special 3), 6415482.）。研究受国家重点研发计划项目（项目编号：2018YFC1503200）资助。

【作者简介】

祝爱玉，女，北京理工大学应用数学博士毕业，香港科技大学博士后，美国加州大学伯克利分校访问学者。目前主要从事地球动力学数值模拟，深注水诱发地震数值模拟，地震潮汐响应数值模拟等方面的研究工作。