基于电学测量的物理一致渗透率预测模型：揭示多孔介质中电输运路径与流体流动轨迹的差异

《Geosciences》：An Analytical Pore-Scale Model for Predicting Permeability from Electrical Conductivity

　　基于电学测量预测渗透率可实现非侵入式地下水文地球物理表征。然而，广泛采用的阿尔奇-科泽尼-卡曼（Archie–Kozeny–Carman）框架依赖于经验假设，过度简化了孔隙几何结构，可能无法充分表征非均质多孔介质，从而导致渗透率估计出现偏差，且与底层输运物理机制不一致。本文从纳维-斯托克斯方程和欧姆定律出发，推导出一个闭式模型，将渗透率描述为电导率和孔隙几何结构的函数。新模型揭示了多孔介质中四种不同的电输运路径，其中仅有一种在机制上与流体流动轨迹一致。这一差异为电导率与渗透率之间的非唯一关系提供了物理解释。新模型在包含6288个实验室样品的全球数据集上与十种广泛使用的渗透率模型进行了基准测试，取得了优越的预测精度（R2 = 0.70；RMSE = 0.47，MAE = 0.34，偏差 < 0.01，均以log?? m2为单位），在不同土壤质地间保持稳定，并在高达47%的数据不确定性下仍保持良好性能（R2 > 0.60），上述结果通过蒙特卡洛模拟验证。相比之下，仅从孔隙面积预测渗透率可能产生跨越数个数量级的误差。本研究为预测渗透率提供了一种物理上一致的经验近似替代方案。