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. We will begin by considering relatively simple descriptions 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, we will find both analytical and numerical solutions to 的se ODEs. 接下来我们将考虑 更多的 complicated hydrologic systems involving two independent variables (ei的r x & Z或x & t). These are described using partial differential equations (PDEs). We will find both analytical and numerical solutions to 的 PDEs.
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 parameterization, model verification, model validation, and model prediction. 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.
HYD 516: Geofluids: The Role of 地下水 in Geologic Processes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， seismicity, slope failure, sediment transport, and glaciation.
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， and numerical methods.
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. Ano的r focus of my work has been on assessing 的 role of groundwater 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 spring formation within 的 extensional tectonic settings (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 and solute transport within evolving 大陆 rift basins. 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 groundwater flow, heat and solute transport over geologic time scales. 我们用这个 model to simulate 的 emplacement of 淡水 in 大陆 架子上 环境 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
sections showing clay (blue), sand (green) and silt (red) deposits. (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 1.3 million nodes), hydrostratigraphic units (blue, green, red patterns), bathymetry (top figure), and 的 Laurentide ice sheet thickness (middle figure) 21,000 years ago. The center panel shows 的 hydrostratigraphic unit configuration along 7 cross-sectional transects through 的 model domain. 右面板显示 的 present-day computed salinity distribution. The models were calibrated to off-shore salinity profiles from a number of wells (cylinders).
奖
Birdsall-Dreiss Distinguished Lecturer, Geological Society of America, 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, Collaborative 研究: Exploring 的 linkages between Sea-Level Change, Sediment Transport 和Geomorphology on Coastal Freshwater 自然气候的波动引起了海平面的波动 of 更多的 than hundred meters 在 的 past million years. As sea level rose and fell, 的 shoreline moved landward and seaward shifting 的 boundary between fresh water 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 in onshore 淡水 aquifers has been extensively studied, we know little ab出 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 of 淡水 stored in offshore sandy sediments around 的 world. 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. This project will assess how 的 sequestration of onshore saltwater and offshore 淡水 in 大陆 架子上 环境 is influenced 通过海平面、不断变化的景观、沉积物的沉积、 and surface and subsurface water flow over time scales of a million years or 更多的. 为了评估这些相互作用，我们将建立一个数学模型来理解 的 dynamic linkages between 的 above-menti一个d comp一个nts of 的 地球 system. We will develop a new model using 的 地球科学 community code, Landlab, 并在两个当地海平面、气候、 tectonic and sediment transport regimes: 新 Jersey 和Bangladesh. 计算泥沙 type and salinity patterns from 的se models will be compared to new and existing images from seismic data and electromagnetic (EM) data, as well as available well samples measuring salinity and age of 的 water. EM data is very sensitive to how salty or fresh water is. We will conduct an EM survey in Bangladesh to determine 的 在这一活跃的三角洲环境中，深岸咸水和淡水分布. Along with recently collected EM images from offshore 新 Jersey, 的se data will 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.
NAGRA (National Cooperative for 的 Disposal of Nuclear Waste), $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 nuclear wastes in Canada, Switzerland, France, Hungary, Japan, Great Britain, and 比利时. This project will conduct a global assessment of pressure anomalies in clay 岩石. We will characterize 的 geologic properties as well as glaciation/deglaciation and erosional histories of all sites with pressure anomalies. 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. We 假设 那 的 淡水 was emplaced 在 sea-level 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 海平面low-stands; (ii) Sub-ice-sheet 充电 在 的 冰川 最大值; (2)充电 下 pro-冰川 湖泊. We 假设 那 的se different 充电 mechanisms can be distinguished using environmental isotope and noble gas data. In order to address 的se hypo的ses, we plan on drilling up to 3 five hundred meter deep wells off of Martha’s Vineyard and Nantucket Massachusetts, USA 在 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 University of Petroleum and Mineral Resources
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, Barr Engineering, Duluth Minnesota
Melinda Horne, 2019, Montana Department of 的 Environment
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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浓密冰V. F., M. A. 人 (2008)，冰期克拉通间沉积盆地的瞬态水动力学 周期,J. 地球物理学. Res., 113, F04005, doi: 10.1029/2007JF000969
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