马克·珀森在马耳他科米诺岛进行瞬态电磁测量， 2018.
教学
H510 Quantitative Methods in Hydrology: 本课程向学生介绍分析和数值方法 used in 的 hydrologic sciences. 我们将从相对简单的描述开始 用常微分方程(ode)对水文系统进行分析 variable is ei的r space (x) or time (t). Building on what you learned in calculus, 我们将找到这些ode的解析解和数值解. 接下来我们将考虑 更复杂的水文系统涉及两个自变量(x & Z或x & t). 这些是用偏微分方程(pde)来描述的。. We 能找到偏微分方程的解析解和数值解吗.
HYD 547 Hydrological Modeling: 介绍有限差分(FD)，有限元(FE)和控制体积 应用有限元方法求解地下水流动、热和溶质输运方程 in two- (2D) and three- (3D) spatial dimensions. Analysis and syn的sis of hydrologic data using ma的matical modeling. Topics covered include model conceptualization and 参数化、模型验证、模型验证和模型预测. 学生 will be exposed to 的 后 modeling packages: MATLAB和MODFLOW. 学生 will be expected to develop MATLAB 程序来解决各种简单的二维有限元和有限差分近似 of flow and transport problems.
地质流体:地下水在地质过程中的作用本课程将探讨地球内部不同的流体驱动机制 crust to depths of 10 km. Topics covered would include 的 role of groundwater in 沉积油气生成/运移、超压/欠压形成 盆地，热液矿床形成，接触变质作用，地热系统， 地震活动，边坡破坏，泥沙运输和冰川作用.
研究
主要研究方向: 古水文学，低温地热系统，诱发地震活动，水文地球物理学， 数值方法.
我的研究兴趣主要集中在研究地下水流动系统 在地质时间尺度上的演化，以及地下水流系统如何影响地质过程. 我研究的一个重点一直集中在评估更新世冰川是如何 影响了沉积盆地内的区域地下水流动系统(人 等. 2007; Bense and 人, 2008) and on 的 大陆 架子上 (人 等. 2003; Cohen等人. 2009; Defoor 等. 2011; Post 等. 2013). While this topic may sound 深奥的是，它与世界干旱地区的沿海城市有关 高水平核废料处置库选址工作，如瑞典、加拿大、 和瑞士. 我工作的另一个重点是评估地下水的作用 flow in petroleum generation (人 和Garven, 1992; 人 等. 1995),石油 migration (人 等. 2012), and triggered seismicity (Zhang 等. 2013; 2017). 我也感兴趣的渗透断层系统如何影响地下水流动和热 伸展构造环境下的弹簧形成(Bense 等 .). 2008; 人 等. 2012; Howald 等. 2012; Pepin 等. 2015). In 2014, my lab acquired a magnetotelluric, 音频大地电磁(AMT)、瞬变电磁(TEM)系统. Zonge International (http://zonge.com/). 和博士一起. Shari Kelley of 的 NM Bureau of Geology & 矿产资源及 助理教授Jesus Gomez-Velez说，我们正在使用这些系统来研究深层地下水 里奥格兰德裂谷断裂结晶基底岩内的流动系统.
我一直积极参与开发新的水文模型来重建 groundwater flow system 在 的 geologic past. Early in my career, my graduate students and I developed RIFT2D (Wieck等人. 1995; Mailloux 等. 1999), a Fortran based groundwater flow code which simulates basin evolution (i.e. sedimentation, subsidence, erosion) along with heat 演化中的大陆裂谷盆地内溶质运移. 最近，丹尼斯 Cohen, Peng Wang and I developed PGEOFE. 该三维地下水流动模型是平行的，是变密度的 地质时间尺度上的地下水流动、热量和溶质输送. 我们用这个 模型来模拟淡水在大陆架环境中的安置 in 新 英格兰 在 periods of glaciations (Cohen等人. 2009). Currently I am developing 与大学的沃恩·沃勒教授合作的控制体积有限元模型 of Minnesota and Yipeng Zhang (doctoral student). We are using this hydromechanical 研究冰盖荷载对地下水流动和岩石破坏/渗透性影响的代码 increases 在 的 更新世 glaciations.
(A)显示用于构建三维空间的截面位置的底图
PGEOFE groundwater flow model of 新 英格兰 Continental Shelf. (B) Hydrostratigraphic cross
显示粘土(蓝色)、沙子(绿色)和淤泥(红色)沉积物的剖面. (C) Computed present-day
salinity patterns on 新 英格兰 大陆 架子上. 来自Cohen等人. (2009).
新英格兰大陆的三维高性能水文地质模型 架子上, USA used by Cohen等人. (2009) to estimate 的 volume of 淡水 sequestered 在更新世冰期和海平面波动期间的可渗透砂层内 (1300立方千米). The bottom figure in 的 left panel shows 的 PGEOFE numerical grid (ab出 1.300万个节点)，水文地层单位(蓝色，绿色，红色) 模式)、测深(上图)和劳伦泰德冰盖厚度(图中) figure) 21,000 years ago. 中图为水文地层单元构型 沿7个横断面穿过模型域. The right panel shows 的 present-day computed salinity distribution. The models were calibrated to off-shore salinity profiles from a number of wells (cylinders).
奖
Birdsall-Dreiss杰出讲师，美国地质学会，1997
威尼斯人app下载 Distinguished 研究 Award, 2016
O.E. Meinzer Award, Geological Society of America, 2021
服务
Editor, Geofluids, Blackwell-Wiley, 2011-2016
活跃的资助
National Science Foundation, $2.1M, 2019-2024, 合作研究:探索海平面变化、沉积物之间的联系 Transport 和Geomorphology on Coastal Freshwater 自然气候的波动引起了海平面的波动 在过去的一百万年里，超过了一百米. As sea level rose and fell, 海岸线向陆地和海洋方向移动，改变了淡水之间的边界 onshore and salt water offshore. As a result, saline groundwater is found 下 coastal z一个s onshore and 淡水 is found offshore. While saltwater intrusion 在陆上淡水含水层已被广泛研究，我们所知甚少 负责在海洋中安置淡水至半咸淡水的机制 环境. We estimate 那 的re is over 100,000 km3 储存在世界各地近海沙质沉积物中的淡水. 把这个数字写下来 从这个角度来看，估计每年从岸上含水层抽取的地下水总量 within 的 United States in 2015 was 117 km3. 近海淡水是一种巨大的未开发的，尽管是不可再生的水资源， for coastal megacities. 本项目将评估如何对陆上进行封存 大陆架环境中的咸水和近海淡水受到影响 通过海平面、不断变化的景观、沉积物的沉积、 地表水和地下水在一百万年或更长的时间尺度上流动. 为了评估这些相互作用，我们将建立一个数学模型来理解 地球系统上述各组成部分之间的动态联系. We 将利用地球科学社区代码开发一个新模型， Landlab, 并在两个当地海平面、气候、 构造和沉积物运输机制:新泽西州和孟加拉国. 计算泥沙 这些模式的类型和盐度模式将与新的和现有的模式进行比较 从地震数据和电磁(EM)数据中获取图像，以及可用井 samples measuring salinity and age of 的 water. EM data is very sensitive to how salty or fresh water is. 我们将在孟加拉国进行电磁调查，以确定 在这一活跃的三角洲环境中，深岸咸水和淡水分布. 再加上最近从新泽西州近海收集的电磁图像，这些数据将有助于 be used to inform and constrain our numerical modeling. We will also develop three-dimensional 新泽西州和孟加拉国的地下水生产模型，以评估是否或 随着时间的推移，水平井并不能有效地开采近海淡水 scales of 30 years or 更多的. Our study has important societal impacts for coastal 孟加拉国的吉大港和巴里萨尔等城市正在迅速发展 are running 出 of drinking water of acceptable quality.
国家核废料处理合作社， $244,269, Interpreting Pressure Anomalies in Clay Rock Formations:正在评价粘土岩作为高级别隔离的潜在地点 加拿大、瑞士、法国、匈牙利、日本、英国和 比利时. 该项目将对粘土中的压力异常进行全球评估 岩石. 我们将描述地质性质以及冰川作用/消冰川作用 以及所有压力异常地点的侵蚀历史. We will try to ascertain 的 mechanisms for anomalous pressure generation.
综合海洋钻探计划(IODP)，新英格兰陆架水文地质考察队406; $21,000,000 (Pending): 在世界各地的许多沿海地区都有大量的新鲜到半咸淡水 water up to 100 km offshore. Yet little is known ab出 的 timing or mechanisms of 淡水 emplacement. 我们假设淡水是在海平面上升时被安置的 low stands 在 的 更新世 (2.5 Ma). In 新 英格兰, USA 的 Laurentide Ice 薄层延伸到大陆架几次，提供了额外的 potential source to 淡水 emplacement. We 假设 那 的 快速 入侵 of 淡水 出 成 的 大陆 架子上 沉积物中 新 英格兰 可以 一直在 引起的 by 一个 or 更多的 of 的 后 机制: (i) 陨石 充电 在 更新世 sea-level low-stands; (ii) Sub-ice-sheet 充电 在 的 冰川 最大值; (2)充电 下 pro-冰川 湖泊. 我们假设这些不同的充电机制可以用 environmental isotope and noble gas data. 为了验证这些假设，我们计划钻探3500个 在美国马萨诸塞州的玛莎葡萄园岛和楠塔基特岛附近一米深的井 2025年的夏天. We will conduct pumping tests and date groundwater using 81Kr, 14C and noble gas methods.
Current 研究生
Mohamad Gad, 2020, MSc, King Faud石油与矿产资源大学
Max Briggs, BS, Fort Lewis College
Dolan Lucero, BS Geology, University of Utah
船座Sazeed. BS Disaster Science, University of Dhaka
应届毕业生
Elizabeth Evenocheck, 2021年，Barr Engineering，明尼苏达州德卢斯
梅林达·霍恩，2019，蒙大拿州环境部
Sofia Avendano, 2019, Los Alamos National Laboratory
马特·福尔松，理学硕士. 2017年，ORMAT，内华达州里诺市
约翰·奥尔蒂斯理学硕士. 2017, Johns Hopkins University
Dr. 艾米·乔丹博士.D. 2016, Neptune LLC, Los Alamos NM
David Bulter，理学硕士. 2014, CH2M-Hill, Seattle WA
张一鹏，博士.D., Postdoc, University of Malta
杰夫·佩平博士.D., US Geological Survey, Albuquerque, NM
论文引用
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