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沁水盆地煤層氣的水文地質控製作用

更新時間:2020-12-03      瀏覽次數:2225

沁水盆地位於(yu) 華北地台西部, 是我國大的構造聚煤盆地, 也是國家勘探開發煤層氣的重點地區之一。在以往研究的基礎上, 本文*從(cong) 盆地基本水文地質條件出發, 分析沁水盆地煤層氣賦存及可采性的水文地質控製作用。

 

  地下水來源及逕流特征

 

  沁水盆地是向斜構造盆地, 被出露的寒武係、奧陶係高山或高地所環繞, 西緣的霍山(海拔2 .0 ~2 .5km)是區域性高地勢區。盆地內(nei) 多為(wei) 上古生界及中、新生界構成的低山、丘陵, 少部分為(wei) 平原區。

 

  盆地中北部(自霍山東(dong) 北翼至榆社縣與(yu) 太穀縣交界處的梁坪寨、走馬坪到昔陽縣的老廟山)呈北東(dong) —北北東(dong) 走向低山地帶, 構成盆地內(nei) 區域性分水嶺。霍山及該分水嶺大氣降水是盆地地下水主要補給源地, 年降雨量達500 ~ 650mm ;東(dong) 北部的太行山西翼及北部高地是盆地局部地區的地下水補給區。地表河流也是地下水補給源之一, 尤其地表切割較深的地區, 河水以垂向裂縫滲漏、側(ce) 向滲灌方式注入地層。

 

  地下水排泄區位於(yu) 盆地周緣低地勢區, 較大的排泄區為(wei) 岩溶泉區, 主要有陽泉地區娘子關(guan) 泉域、長治地區辛安泉域、陽城地區馬山泉域和太原晉祠泉域及介休西側(ce) 的洪山泉等(見圖1), 這些泉的流量可達1 .1 ~ 1 .6L/s 。盆地廣大地區為(wei) 地下水逕流區, 逕流的強弱主要取決(jue) 於(yu) 構造條件以及地層變化狀況, 基於(yu) 構造盆地特點, 地下水運動的驅動力主要是重力[ 1] , 因此傾(qing) 角相對較陡的西部單斜地層逕流條件應強於(yu) 盆地向斜軸部傾(qing) 角平緩區。岩溶泉區淺部地層逕流條件強於(yu) 深部, 如壽陽—陽泉地區地下岩溶水水力坡度平均為(wei) 0 .0101 , 其中補給區為(wei) 0 .06~ 0 .08 , 排泄區泉口附近為(wei) 0 .06 ~ 0 .012 , 而逕流區僅(jin) 為(wei) 0 .004 ~ 0 .001 。

 

  據全盆地數十口鑽孔統計, 地下水中Cl-離子含量一般為(wei) 10 ~ 150mg/L , 礦化度一般為(wei) 400 ~2000mg/L (為(wei) 3706 .8mg/L), 水型多為(wei) NaHCO3型, 少部分為(wei) Na2SO4 型, 表明地下水循環交替較為(wei) 強烈, 逕流條件較好。

 

  主要含水層與(yu) 煤層水力的盆地區域含水層可分為(wei) 3 類。

 

  新生界鬆散孔隙含水層距離石炭-二疊係主要煤層較遠, 新生界底部粘土層是良好的隔水層, 與(yu) 煤層發生水力的可能性極少。上古生界石千峰組百餘(yu) 米厚的泥質岩伏於(yu) 中生界裂隙含水層之下, 是區域隔水層, 使該含水層對煤層的影響甚微。下石盒子組有多層較厚泥質岩, 隔水性能良好, 上石盒子組砂岩裂隙含水層對煤層基本沒有影響。

 

  對山西組煤層有影響的含水層可能主要是其上、下圍岩裂隙含水層。作為(wei) 主煤層之一的3 號煤層, 其頂板砂岩裂隙含水層段位於(yu) 3 號煤層之上數米, 在盆地中部地區為(wei) 3 號煤層直接頂板, 由1 ~ 3層細—粗粒砂岩組成, 平均厚度約為(wei) 6m , 裂隙不發育或較發育地區被泥質或方解石充填, 富水性較弱。

 

  盆地南部ZK-2 孔抽水試驗, 該含水層湧水量為(wei) 0 .0011L/s·m ;東(dong) 部潞安常村井田內(nei) 的部分鑽孔該含水層一抽即幹。這表明3 號煤層頂板砂岩裂隙含水層對煤層影響不大, 同時也表明開采山西組煤層氣具備有利的水文地質條件。

 

  裂隙岩溶含水層與(yu) 煤層水力關(guan) 係複雜。在太原組煤層圍岩岩溶含水層中, K2 、K3 、K4 灰岩層分別是15 號、13 號和11 號煤層的直接頂板, 岩溶不發育, 裂隙不發育—較發育, 且多被方解石充填, 富水性較弱, 因此不可能導致其下伏煤層開采時發生大規模水竄或漏失。但不能排除局部地段富水性較強(如壽陽寨底煤礦井筒揭露太原組灰岩湧水量達到8 .102L/s)可能帶來的不利影響。奧陶係馬家溝組區域性灰岩裂隙岩溶含水層對煤層氣開采可能造成潛在影響。該承壓含水層水頭標高一般高於(yu) 15 號煤層底板標高, 如壽陽—陽泉地區其水頭標高為(wei) 400 ~ 900m(見圖2a), 高於(yu) 15 號煤層底板標高(100~ 700m), 陽城地區其水頭標高為(wei) 500 ~ 575m(見圖2b), 亦遠高於(yu) 15 號煤層底板標高;除西部外, 愈向盆地內(nei) 部, 這種標高逆向關(guan) 係就愈明顯, 地下水湧入煤層的可能性就愈大。地下水能否突入煤層, 還要看隔水層情況。奧陶係灰岩含水層頂麵與(yu) 15 號煤層底板間一般相距5 ~ 60m , 其間地層北厚南薄,由砂質泥岩、泥岩、頁岩及薄砂岩和灰岩組成, 可作隔水層。煤層勘探和生產(chan) 礦井資料表明, 該層段在正常情況下, 能阻隔奧陶係灰岩水突入15 號煤層。

 

  但是在構造裂隙發育的地帶, 尤其在斷層切割劇烈部位, 奧陶係灰岩水可沿斷裂或構造裂隙上竄至煤層。同時, 在煤層氣開發中應注意不能將奧陶係灰岩承壓含水層壓穿。

 

  煤層與(yu) 圍岩的水力溝通程度主要取決(jue) 於(yu) 圍岩的裂隙開啟及岩溶發育程度。石炭係、二疊係砂岩裂隙含水層富水性較弱, 泥岩隔水層發育, 對煤層氣開采影響有限。奧陶係灰岩和石炭係太原組局部灰岩層富水性強, 在斷裂及岩溶陷落發育地區對煤層有直接影響, 不利於(yu) 煤層氣開采。

 

  對煤層含氣性的影響

 

  沁水盆地煤層含氣性主導因素是煤級。據不*統計, 盆地石炭係、二疊係煤層平均含氣量(帶可燃基的噸煤含氣量)瘦貧煤為(wei) 11 .73 ~ 14 .41m3/t ,無煙煤為(wei) 15 .3 ~ 24 .46m3/t 。煤層含氣性的後期影響因素中, 水文地質條件與(yu) 地層抬升或斷裂作用密不可分。沁水盆地地下水水動力條件較強, 對煤層可能造成衝(chong) 洗作用, 溶解並運移部分煤層氣, 降低煤層含氣性。三疊紀末期以來的構造抬升使盆地南部及周邊地層遭受剝蝕, 煤係地層出露地表, 接受大氣降水及地表水補給, 促進了地下水與(yu) 大氣水的交替循環, 不利於(yu) 煤層氣的保存。燕山期及喜山期斷裂作用使盆地東(dong) 部、西北部地區產(chan) 生眾(zhong) 多張性斷裂, 無疑會(hui) 形成一定的地下水壓降漏鬥, 使煤層中氣體(ti) 得以解吸和擴散, 降低煤層甲烷含量。此外, 地下水的溶蝕作用和奧陶係灰岩中岩溶陷落柱的發育, 也能引起煤層甲烷的解吸和逸散。

 

  對煤層氣可采性的控製作用

 

  決(jue) 定煤層氣可采性的地質因素中, 受水文地質控製或影響的主要有地層壓力、煤儲(chu) 集層特征及含氣飽和程度等。

 

  1  煤係地層壓力及壓力變化分析

 

  過高或過低的地層壓力均不利於(yu) 煤層氣開采。

 

  沁水盆地大部分地區煤係地層基本為(wei) 正常壓力, 僅(jin) 東(dong) 部及北部部分地區屬於(yu) 欠壓。

 

  沁水盆地煤係地層應當具有正常壓力。石炭係、二疊係在盆地形成之前已經被充分壓實, 盆地形成後, 地下水主要在重力驅動下從(cong) 高地勢的霍山地區向低地勢的盆地東(dong) 部、南部等地區順層逕流。在盆地西部單斜高勢能區, 地下水在勢能差或水頭差作用下, 向盆地向斜軸部區流動, 軸部區地層雖平緩, 埋深較大或靜岩壓力較高, 但寬緩褶皺仍較發育,地層裂縫並未閉合, 地下水也並未停滯(地下水中Cl-離子含量及礦化度沒有明顯增高), 隻是逕流速度有所減緩, 在這種背景下應當具有正常的地層壓力, 形成大麵積異常高壓的可能性極小。在盆地東(dong) 部、南部單斜區, 地下水主逕流方向與(yu) 地層傾(qing) 向相反, 地下水運動不僅(jin) 要克服水與(yu) 岩石顆粒的吸附力和摩擦力, 還要克服水自身重力, 地層越陡, 這種阻力就越大, 需要的傳(chuan) 動能量就越多, 同時地下水對隔水層的壓力也越大, 地層的壓力就越大, 這樣的地帶應具有較高的壓力, 如盆地南部的陽城—端氏地區(見表2)。盆地東(dong) 部及北部也應同南部一樣具有正常地層壓力, 但現今地層處於(yu) 欠壓狀態, 表明這些地區在地質曆*發生過地層泄壓過程, 可能是斷裂或岩溶陷落作用的結果, 如長治—潞安及陽泉地區等, 張性斷裂及岩溶陷落柱十分發育, 引起地下水排泄, 降低了地層壓力, 對煤層氣開采有一定影響。

 

  2  儲(chu) 集層特征

 

  沁水盆地煤儲(chu) 集層特征可用水文地質參數來表征, 這是由於(yu) 煤層割理及裂隙不僅(jin) 是煤層氣體(ti) 的運移通道, 而且也是地下水賦存空間和有效運移途徑。

 

  通常, 自流超壓區反映了較高滲透率[ 2] 。如盆地南部潘莊井田正常壓力區, 煤層試井滲透率可達3 .6×10-3μm2 , 煤層氣產(chan) 量達到4000 ~ 6000m3/d ;盆地北部壽陽礦區局部正常壓力區試井滲透率高達0 .5×10-3 ~ 6 .7 ×10-3μm2 。反之, 具有較高滲透率的煤層不一定處在異常高壓或正常壓力狀態, 如盆地東(dong) 部欠壓區, 煤層試井滲透率接近1 ×10-3μm2 。

 

  這可解釋為(wei) 地層泄壓後, 煤層上覆地層厚度小(一般小於(yu) 1000m), 沒有足夠的靜岩壓力促使煤中割理或裂隙閉合, 從(cong) 而使煤層具有一定的滲透性。

 

  3  含氣飽和程度

 

  含氣飽和程度也是製約煤層氣可采性的關(guan) 鍵地質參數, 用煤層實測含氣量與(yu) 該煤層地質條件下的理論吸附氣量的比值(百分數)表示。根據煤層實測含氣量、試井壓力及模擬地下煤層條件的等溫吸附曲線特征(見圖3), 初步估算出沁水盆地山西組和太原組煤層的含氣飽和程度為(wei) 55 %~ 87 %, 顯然煤層中氣體(ti) 是欠飽和的。

 

  盆地自三疊紀末期以來, 一直以抬升剝蝕為(wei) 主。燕山運動期火成岩的侵入使地溫劇增, 該期既是石炭-二疊係煤層的主要生氣期, 也是煤係地層強烈抬升、地層壓力下降、氣體(ti) 大量散失時期。盆地僅(jin) 在中北部的榆社、武鄉(xiang) 一帶沉積了中侏羅統(厚為(wei) 400多米), 新生界除晉中斷陷沉積較厚外, 其它地區一般僅(jin) 幾十至百餘(yu) 米。因此, 盆地石炭-二疊係煤層不具備二次生氣的條件, 煤層中含氣量沒有提高, 大部分地區煤儲(chu) 集層壓力也沒有大幅度增加。由圖3 可見, 煤層氣理論吸附量沒有相應增大, 含氣飽和程度也就不會(hui) 降低太多, 因此, 構造變動不是引起盆地煤層氣欠飽和的主要原因。

 

  沁水盆地自三疊紀末期以來一直具有較充足的大氣水及地表水補給條件和較好的逕流條件, 煤層及其圍岩中地下水的交替活躍, 不斷地溶解和運移由煤層擴散的氣體(ti) , 這可能是造成該盆地煤層氣欠飽和的主要地質因素。

 

  從(cong) 水文地質條件預測有利勘查區煤層氣的排水降壓開采必須要有一定的水文地質條件和地層壓力相匹配。在煤割理較為(wei) 發育、煤層水與(yu) 圍岩或大氣水交替不太活躍的地區, 煤層往往具有較好的煤層氣保存條件, 含氣飽和程度和儲(chu) 集層壓力較高。沁水盆地南部(尤其是潘莊地區),煤層處於(yu) 正常壓力或微超壓狀態, 煤層割理發育,滲透性能較好, 並具有較高的含氣飽和程度, 是有利的勘查區;其次是盆地北部某些地區(如壽陽地區的南部), 煤層具有較好的地下水補給條件, 滲透率、含氣飽和程度較高, 儲(chu) 集層壓力正常, 也是有利的煤層氣勘查區。盆地東(dong) 部地區煤層具有一定的滲透性和較高的含氣飽和程度, 雖地層普遍欠壓, 但並不會(hui) 導致大範圍煤層割理的閉合, 且煤層埋藏較淺, 因此,仍是較為(wei) 有利的煤層氣勘查區。盆地中西部緊鄰西部供水區, 補給條件充足, 靠近盆地向斜部位, 煤層氣保存條件好, 並具有正常地層壓力, 推測煤層有一定的滲透性, 是潛力的後備勘查區。

 

  結  論

 

  沁水盆地地下水補給充足, 逕流條件較好, 重力是地下水逕流的驅動力。奧陶係灰岩層是盆地區域性含水層, 對石炭-二疊係煤層氣開采具有潛在的不利影響, 石炭係灰岩層局部富水性較強, 對煤層氣的開采可能造成直接影響。煤係地層處於(yu) 正常壓力至欠壓狀態, 斷裂作用及岩溶陷落的發育是導致地層欠壓的主要原因, 對煤層氣可采性具有一定影響。

 

  異常高壓及正常壓力往往反映出煤儲(chu) 集層具有較高的滲透性, 有利於(yu) 煤層氣開采。盆地石炭-二疊係煤層含氣飽和程度屬中等—較高, 欠飽和的主要原因可能是地下水與(yu) 煤層水交替活躍, 降低了煤層含氣量。煤層氣勘查有利區是盆地南部的潘莊地區和北部的壽陽地區南部, 較有利區是盆地東(dong) 部, 盆地中、西部為(wei) 煤層氣勘查後備區。

 

 

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若置與(yu) U形管外,請小心操作,做好電纜防護,防止在安裝過程中電纜被劃傷(shang) ,以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
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地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法:
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淺層地溫能監測係統概況:

地源熱泵空調係統利用土壤作為(wei) 埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建築物進行供熱和供冷,在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱係數是很重要的參數,而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱係數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定後的流體(ti) 進出口及不同深度的溫度會(hui) 影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳(chuan) 統的地源熱泵測溫電纜設計方法,2024美洲杯视频在线观研發的數字總線式測溫電纜因為(wei) 接線方便、精度高且不受環境影響、性價(jia) 比高等優(you) 點,目前已廣泛應用於(yu) 地埋管及地源熱泵係統進行地溫監測,因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證並取得了較好的口啤。

   為(wei) 方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方麵的可靠研究或溫度測量,目前地源熱泵地埋管測溫電纜對於(yu) 地埋換熱井,有口徑小,深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井,要放12路線PT100傳(chuan) 感器。12根測溫線纜若平均放置,即10米放一個(ge) 探頭,則所需線材要1500米,在井上需配置一個(ge) 至少12通道的巡檢儀(yi) ,若需接入電腦進行溫度實時記錄,該巡檢儀(yi) 要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計,這口井進行地熱測溫至少成本在8000元,雖然選擇高精度的PT100可提高係統的測溫精度,但對模擬量數據采集,提供精度的有效辦法是提供儀(yi) 器的AD轉換器的位數,即提供巡檢儀(yi) 的測量精度,若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫,能夠做到0.5度的精度,則是非常不容易。針對這一需求,2024美洲杯视频在线观推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應係統。礦井深部地溫監測,地源熱泵溫度監測研究,地源熱泵溫度測量係統,淺層地熱測溫係統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與(yu) 傳(chuan) 統測溫電纜對比分析:
   傳(chuan) 統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為(wei) 溫度敏感元件,因其是模擬量,要對溫度進行采集,若需較高精度,需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路,近距離時,其精度及可靠性受環境影響不大,但當大於(yu) 30米距離傳(chuan) 輸時,宜采用三線製測方式,並需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時,需每個(ge) 測溫點放置一根電纜,因電阻作為(wei) 模擬量及相互之間的幹擾,其溫度測量的準確度、係統的精度差,會(hui) 受環境及時間的影響較大。模塊量傳(chuan) 感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在,而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素,這些因素會(hui) 對電信號產(chan) 生較大的幹擾,從(cong) 而影響傳(chuan) 感器實際的測量精度和係統的穩定性,每年需要進行校準,因而它們(men) 的使用有很大的局限性。

    2024美洲杯视频在线观研發的總線式數字溫度傳(chuan) 感器,具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性,總線式數字溫度傳(chuan) 感器采用測溫芯片作為(wei) 感應元件,感應元件位於(yu) 傳(chuan) 感器頭部,傳(chuan) 感器的精度和穩定性決(jue) 定於(yu) 美國進口測溫芯片的特性及精度級別,無需校正,因數據傳(chuan) 輸采用總線方式,總線電纜或傳(chuan) 感器外徑可做得很小,直徑不大於(yu) 12mm,且線路長短不會(hui) 對傳(chuan) 感器精度造成任何影響。這是傳(chuan) 統熱電阻測溫係統*的優(you) 勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳(chuan) 感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器,直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳(chuan) 輸的數字信號,而每個(ge) 傳(chuan) 感器本身都有唯的識別ID,所以很多傳(chuan) 感器可以直接掛接在總線上,從(cong) 而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平台建設

一、係統介紹

1、建設自動監測監測平台,可監測大樓內(nei) 室內(nei) 溫度;熱泵機組空調側(ce) 和地源側(ce) 溫度、

壓力、流量;係統空調側(ce) 和地源側(ce) 溫度、壓力、流量;熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數;地溫場的變化等,實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測,異常情況預

警,做到真正的無人值守。可對熱泵係統的長期運行穩定性、係統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價(jia) ,為(wei) 進一步示範推廣與(yu) 係統優(you) 化的工作提供數據指導依據。

具體(ti) 測量要求如下:

1)各熱泵機組實時運行情況;

2)室內(nei) 溫度監測數據及變化曲線;

3)室外環境溫度數據及變化曲線;

4)機房內(nei) 空調側(ce) 出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線;

5)機房內(nei) 地埋管側(ce) 出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線;

6)機房內(nei) 用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線;

7)地溫場內(nei) 不同深度的地溫監測數據及變化曲線;

8)能耗綜合分析、係統 COP 分析以及係統節能量的評價(jia) 分析。

2、自動監測平台建成以後可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示,可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳(chuan) 輸分析,並可實現數據異常情況預

警,做到實時監管,有地熱井運行的穩定性。

1)開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線;

2)開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線;

3)開采井井內(nei) 水位監測及變化曲線;

 

 

推薦產品如下:

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關(guan) 鍵詞:地熱水資源動態監測係統/地熱井監測係統/地熱井監測/水資源監測係統/地熱資源回灌遠程監測係統/地熱管理係統/地熱資源開采遠程監測係統/地熱資源監測係統/地熱管理遠程係統/地熱井自動化遠程監控/地熱資源開發利用監測軟件係統/地熱水自動化監測係統/城市供熱管網無線監測係統/供暖換熱站在線遠程監控係統方案/換熱站遠程監控係統方案/幹熱岩溫度監測/幹熱岩監測/幹熱岩發電/幹熱岩地溫監測統/地源熱泵自動控製/地源熱泵溫度監控係統/地源熱泵溫度傳(chuan) 感器/地源熱泵中央空調中溫度傳(chuan) 感器/地源熱泵遠程監測係統/地源熱泵自控係統/地源熱泵自動監控係統/節能減排自動化係統/無人值守地源熱泵自控係統/地熱遠程監測係統

地熱管理係統(geothermal management system)是為(wei) 實現地熱資源的可持續開發而建立的管理係統。

我司深井地熱監測產(chan) 品係列介紹:

1.0-1000米單點溫度檢測(普通表和存儲(chu) 表)/0-3000米單點溫度檢測(普通顯示,隻能顯示溫度,沒有存儲(chu) 分析軟件功能)

2.0-1000米淺層地溫能監測/高精度遠程地溫監測係統采集器采用低功耗、攜帶方便;物聯網NB無線傳(chuan) 輸至WEB端B/S架構網絡;單總線結構,可擴展256個(ge) 點;進口18B20高精度傳(chuan) 感器,在10-85度範圍內(nei) ,精度在0.1-0.2

3. 4.0-10000米分布式多點深層地溫監測(采用分布式光纖測溫係統細分兩(liang) 大類:1.井筒測試 2.井壁測試

4.0-2000NB型液位/溫度一體(ti) 式自動監測係統(同時監測溫度和液位兩(liang) 個(ge) 參數,MAX耐溫125攝氏度)

5.0-7000米全景型耐高溫測溫成像一體(ti) 井下電視(同時監測溫度和視頻圖片等)

6. 微功耗采集係統/遙控終端機——地熱資源監測係統/地熱管理係統(可在換熱站同時監測溫度/流量/水位/泵內(nei) 溫度/壓力/能耗等多參數內(nei) 容,可實現物聯網遠程監控,24小時無人值守)

有此類深井地溫項目,歡迎新老客戶朋友垂詢!2024美洲杯视频在线观

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【地下水】洗井和采樣方法對分析數據的影響

 

 

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