三维高密度电阻率法在堤坝工程中的模拟试验

为检测堤坝中裂隙、洞穴及渗漏层等隐患的存在,利用三维高密度电阻率法对数字模型和物理模型建立的裂隙隐患进行探测,结果表明室内建立的物理模型在立体图和分层切片图中裂隙的形态有些变化,但其分布范围、位置与相对各自模型中实际的比例尺寸相差不大,说明数值模拟得出的结论可以为实际工程进行理论指导,具有一定的参考价值。     

徐州地区全新世古河道地电特征研究

古河道调查对于防震减灾、城市规划和地下水资源合理开发利用具有重要意义,本文针对徐州地区岩、土层具有显著电性差异的特点,采用高密度电阻率法对全新世古河道进行探测。首先通过地电模型数值模拟和钻孔附近现场试验探讨高密度电阻率法探测全新世古河道的有效性及装置形式选择;然后对高密度电阻率法断面、平面及三维成果图进行分析;最后通过钻孔资料对高密度电阻率法探测结果进行验证。理论研究及工程实践结果表明,徐州地区全新世古河道在电阻率图件上表现出典型的电场响应特征,通过响应特征分析可以获得古河道形态及地层结构等信息;高密度电阻率法偶极-偶极装置对覆盖层结构变化极为敏感,异常强度大,并且在地层分层方面具有明显优势,可作为古河道调查的首选装置;通过在调查区内布置多条测线,并借助三维可视化软件平台可以实现目标体三维空间解释,解释结果直观地展现出全新世古河道三维形态及空间展布特征。     

基于环形扫面测量的三维直流电阻率法任意各向异性模型响应特征

高精度地下任意各向异性介质电性分布特征识别是当前的热门研究课题。本文以国内外前人工作为基础,基于非结构化网格,利用基于梯度恢复的后验误差估计指导网格自适应细化过程,实现了直流电阻率法三维有限元数值模拟。通过与一维模型半解析解的对比,验证了本文算法的有效性。考虑到电各向异性介质在观测中存在视电阻率反常现象,本文采用了环形扫面测量方法。通过对几种典型各向异性模型的模拟分析,得到了相应的各向异性影响规律和识别特征,各向异性主轴电阻率之间的比值大小决定了椭圆型视电阻率极性曲线长轴与短轴的比值大小,主轴电阻率的旋转方向会改变视电阻率极性曲线的形状。本文的算法研究及数值模拟技术可为直流电法数据精细处理和解释提供技术支撑。     

跨孔条件下椭球模型的视电阻率异常特征

在跨孔条件下，利用积分方程法计算了孔区内外不同位置、不同产状的三维椭球体模型视电阻率异常。根据所得的典型数值模拟结果，借助视电阻率异常信息剖面图，对异常进行研究，总结了异常特征及其变化规律，并以此为基础分析和认识了其他模型的异常特征。     

时移可控源音频大地电磁法三维反演研究

时移地球物理监测是观测地下物性参数随时间动态变化的有效方法。地球物理反演结果会受到测量误差、测量环境的噪声污染以及地球物理反演多解性等系统性因素的影响。如果对时移地球物理数据进行不同时刻数据的单独反演,可能会导致不同时刻的反演结果可对比性差,从而影响时移地球物理的监测效果。针对可控源音频大地电磁法在监测领域的实际需求,将不同时刻的观测数据放在一起反演,不同时刻的电阻率模型相互约束,实现了时移可控源音频大地电磁法三维反演。设计三种类型模型进行合成数据的单独反演和时移反演对比试算,验证了时移反演算法的有效性。反演结果表明：通过加入相邻时刻模型约束,时移反演可以更好地聚焦异常体的位置,降低噪声以及测量环境变化对反演结果的影响,防止反演伪影掩盖真实的地下变化。研究成果为时移可控源音频大地电磁法的实际应用奠定了良好基础。     

电阻率法监测地下地质变化的数值模拟

通过有限元数值模拟方法,研究了电阻率法监测地下地质变化的可行性,提出了基于多期次观测的地下电阻率监测方法,应用二维电阻率正、反演程序对模型进行了数值模拟。结果表明,电阻率相对变化率可以较好地指示电阻率变化的区域和位置。高精度、大数据量的地电阻率观测,以及基于2D或3D的电阻率正、反演计算使得应用电阻率法监测地下地质变化成为可能。     

双巷三维并行电法数值及物理模型试验研究

电法勘探是一种以研究地下探测目标体与周围介质之间的电性差异的地球物理探测方法,通常采用的二维电法勘探只能得到一条垂直于测线的视电阻率剖面,如果不能确定测线位置正好在异常体的正上方,这时就难给出较准确的结论。三维电阻率法采集数据量大,可获得三维电性数据体,而且可方便地根据需要实现水平及垂直切片,有着二维电法探测不能比拟的优点,实现对目标体的准确定位及全面透视。通过对构建的三维地质模型体进行数值模拟和物理模拟,表明双巷并行三维电法对地质异常体可以进行有效的探查并获得良好的探测效果。     

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常,更需要查明灾害体的地质构造,为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此,将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中,期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先,根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场;然后,利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型,利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像;最后,综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释,判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常,但是异常分布范围略有增加,且不易判断倾斜角度;而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确,更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置,但是异常形态与实际模型略有偏差;偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态,预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明,虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布,又能识别灾害体电性分界面,为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。      

矿井电阻率法监测系统在采煤工作面水害防治中的应用

煤矿智能化、无人化开采迫切需要水害隐患地质透明化为其保驾护航。矿井电阻率法监测系统针对工作面回采过程中的水害问题,采用伪随机信号发射和全波形数据采集提高设备的抗干扰能力,采用电极接地条件一致性校正和监测数据归一化处理等手段压制假异常,采用时移电阻率成像实现水害隐患电阻率异常响应的识别和提取,通过监测工作面回采过程中顶、底板电阻率变化对水害风险进行判识,实现采动工作面水害隐患的地质透明化。结合矿井电阻率法监测系统近年来的井下现场试验,分别介绍其在顶、底板水害监测中的应用案例。井下试验结果显示,电阻率法监测可以有效捕捉顶、底板出水过程的前兆信息。但在实际应用中,矿井电阻率法监测系统依旧面临强电磁干扰以及采空区监测线缆难以保护等问题,并且采掘扰动对煤岩电阻率的影响机理研究不足,导致对电阻率异常进行分析解释时存在较大争议,还需要进一步开展相关研究工作。      

水泥土防渗墙完整性多电极电阻率法检测研究

基于不同水灰比水泥土防渗墙成墙后较短时间内的电性变化特征,沿墙体走向利用布设在墙体上方的多个电极对设有不同缺陷的防渗墙进行了电性探测试验。防渗墙施工过程中形成的深度不够、序间接缝、桩体开叉、搅拌不匀等完整性缺陷会引起探测剖面上电异常特征变化,异常区分布位置和缺陷位置具有对应关系。2.5维有限元方法数值模拟计算结果和模型试验结果具有相同的特征,并进一步表明不同缺陷的异常特征受缺陷类型、缺陷位置的电性特征、缺陷尺寸控制。     

基于断层模型的AMT数值模拟及其应用

为研究音频大地电磁测深法(AMT)在识别断层模型方面的可行性,结合实际电性特征,建立了不同倾角、不同倾向和不同电性的地质模型,进行了AMT的正演数值模拟;通过ZONDMT2D软件的正演计算,得出关于正演模型的视电阻率和阻抗相位拟断面图,分析了在普通和某种特定地质模型下的AMT正演响应,为之后AMT实测资料的处理和解释提供了参考。数值模拟表明:1在二维介质中,TE模式视电阻率信息对目标体反映良好,但相位资料易产生虚假异常中心;TM模型视电阻率易受静态效应影响,对横向不均匀电性体的差异具有"放大作用",其阻抗相位资料质量好,可信度高。2当断层倾角分别为30°,60°,90°时,TE、TM模式的阻抗相位拟断面图都明显优于视电阻率图。3在TM模型中,对于正断层模型,AMT正演结果会在断层顶部对应地面的投影位置附近产生一个相对"凹陷"的曲线形态;逆断层模型则会在相应位置出现相对"凸起"的曲线形态。最后,通过对西藏扎西康铅锌多金属矿整装勘查区的实测资料的分析,圈定隐伏断层在剖面上的展布,经过实际钻孔的验证,证实该正演模拟结论对于实测资料的处理和解释具有参考价值。     

全空间定点三维瞬变电磁探测技术研究及应用

为了使掘进巷道前方和回采工作面内部导含水构造准确定位和直观显示在成果图件中。基于原有的瞬变电磁探测技术设计定点三维超前探测技术,采用三维物理模拟技术,对煤矿中不同空间位置和形态的导含水构造进行模拟研究,分析其三维视电阻率空间分布的规律特征,结果表明:多匝小线圈具有一定的方向性,当收发线圈的法线接近模拟体时,才会产生较明显的瞬变电磁响应信号;不同位置和形态的导含水模型,其视电阻率三维空间等势面范围与其实际体积尺寸基本吻合。在平朔井工一矿19108工作面内部隐伏陷落柱的探测应用中,工作面内部的陷落柱能够在三维异常空间中准确地显示出来,为煤矿巷道掘进和工作面回采前的地质预报提供了有效的技术手段。     

音频大地电磁法在怀化方石坪村红层找水中的应用研究

文章采用音频大地电磁法,在怀化方石坪村红层进行找水应用研究。结果表明:（1）音频大地电磁法在该红层区是一种有效的物探方法,虽然该红层区电阻率值低,电性差异小,但音频大地电磁法是综合利用岩土层（体）的电性特征和磁性特征来分辨异常,电性差异对其影响相对较小;（2）数据处理的结果能很好地指示出异常特征和比较具体的异常位置,推断结果与钻井验证结果基本一致,最大涌水量为82.94 m3·d-1 ;（3）钻孔处视电阻率测深曲线ρs能有效地对地下电性结构进行评价,其K曲线将ρs 曲线中的微弱变化进行放大,突出异常,标示该红层区地下异常比较具体的深度和分层位置,分层结果与钻孔结果基本一致。      

中条山铜矿某工区激发极化法三极测深及其三维反演效果

文章简单描述了时域激电法原理、技术和测区地质概况及岩(矿)石电性特征.单极-偶极装置测深电阻率和充电率二维反演模型能够有效地圈定电性体在纵向和横向的分布特点,依据二维测深数据进行三维反演可获得电阻率和充电率异常曲线图,推测了不同深度范围内断裂和主要岩性分界,极化体空间分布位置和走向,钻探验证见铜矿化于划分的激电异常带,激电二维测深及其数据三维反演取得了较好的地质效果.     

2.5维各向异性介质直流电法异常场的正演模拟

为了提高二维直流电阻率法的数值模拟精度,这里实现了2.5维各向异性介质点源直流电场异常场的数值模拟。首先推导出2.5维各向异性介质总场和异常场满足的变分问题;然后采用矩形内三角网格的方式进行单元剖分,三角单元内二次场值和异常电阻率均设计为线性变化。为了简化背景场的计算,将背景介质的电性主轴与观测坐标系的夹角设计为零,从而避免了直接计算任意各向异性介质电位的傅里叶变换步骤。同时对计算中点源波数的选择和适用情况进行了讨论。最后通过对简单层状模型的计算,与解析解进行对比,验证了本数值算法的正确性和可靠性。比较常规各向同性介质模拟方式,本数值模拟发现直流电阻率法对横向电阻率的变化更为明显。     

大倾角地形下视电阻率数值模拟

为解决大角度起伏地形即陡峭地形(如河流阶地、冲沟、堤坝、山谷、山脊等)对实测视电阻率的影响问题,这里优化了三维有限元数值模拟中的单元积分形式,使之适合大倾角地形条件下对电阻率的数值模拟.为验证方法的正确性,采用保角变换计算了相近地形在均匀电流场情况下,陡峭地形引起的视电阻率变化特征.计算表明,对于缓倾斜地形,有限元数值...     

时移电阻率反演模拟研究

电阻率法可用于地表浅层的探测,也可用于对动态地下目标进行监测。对于监测数据的反演,不同数据集的单独反演存在一定缺陷,为此本文在常规电阻率反演算法的基础上,推导了时移电阻率反演公式,实现了时移反演算法程序;为了论证时移反演算法对动态地下目标成像的优越性,建立一组多个正演模型,利用模拟数据进行单独反演和时移反演,并对比两种方法的结果。研究表明,尽管两种算法都能圈定动态地下目标体,但时移反演算法可以消除不同观测数据集中所包含的随机误差,减少假异常的出现。     

工作面底板变形与破坏电阻率特征

通过建立回采过程中底板岩层变形破坏过程的地球物理数值模型,采用正演计算方法分析底板破坏带的电阻率变化特征,并在五矿8403工作面布置网络并行电法探测系统,进行现场观测。模拟数据和现场探测结果表明,煤层底板视电阻率值与工作面开采过程密切相关,在回采工作面后方电阻率剖面图出现明显高阻异常,其高阻异常位置与底板破坏位置相对应;在回采工作面前方出现相对低阻异常,其低阻分布位置与矿压引起的高应力区相当;随着工作面的推进,高、低阻异常同步变化。根据这种底板岩石的电阻率变化,结合矿井水文地质特征,可进行煤层底板破坏规律的动态勘探,有利于底板破坏突水的预测预报工作。      

煤矿井下孔中直流电法超前探测数值模拟研究

为解决煤矿井下独头巷道超前探测问题,对层状介质下钻孔内供电、接收工作模式三维直流超前探测模型,采用有限单元法进行了数值模拟。结果表明,钻孔内供电并接收,极大提高了异常幅度,简化了视电阻率曲线与异常的对应关系,极大提高了对未知致灾隐患的探查能力。     

三维高密度电法高分辨数值模拟与分析

随着三维高密度电阻率法在工程中的推广与应用, 提高资料的处理与解译的分辨率的研究显得十分重要。本文基于三维高密度电法的理论, 提出建立不同地电模型、利用有限差分法和最小二乘法进行资料处理。论文进一步对模拟结果进行空间定位分析和形态效应分析, 进而得出异常体的变化规律。模拟与分析表明, 三维高密度电法在探测异常体的空间定位上具备较好的准确度。