坑道直流电阻率法超前探测的快速反演

在坑道电阻率超前探测工作中，视电阻率异常极值位置与异常体位置、厚度、电性以及产状相关.设计有效的反演方法对异常体的各种参数综合反演是非常必要的.首先利用有限元数值模拟技术分析并消除坑道空腔对视电阻率的影响，并将坑道超前探测视电阻率曲线转化为全空间视电阻率曲线.然后采用最小二乘法对超前探测视电阻率曲线进行快速反演.反演结果可准确反映围岩电阻率、异常体的电性、位置和产状；而由于同层等值现象，反演结果只能确定异常体的厚度和电阻率的组合值.     

坑道直流电阻率法超前探测研究

坑道空腔的存在使其周围电场分布不同于全空间的电场分布.以无限大板状体为例求解全空间电场分布,提出探厚比概念以讨论超前探测极限问题.通过对比全空间与坑道内超前探测异常形态可知,坑道空腔只会影响极距较小时的视电阻率幅值,不会掩盖迎头前方地质体的异常响应.大量模型计算结果表明,电阻率异常极值位置与板状体位置之间的差异在5～10倍之间,且同时受到异常体厚度、电性以及板状体倾角的影响.仅利用电阻率极值位置准确解释超前探测异常的难度较大.     

高密度电阻率法对不同电极排列的分辨率响应研究

高密度电阻率法不同电极排列以及异常体尺寸和位置关系对探测结果有不同的分辨率响应,探明不同电极排列对分辨率的响应,对于科学合理地解析地电信息所揭示的地下构造具有重要的指导意义.通过Ansys中APDL命令流的方式对不同排列方式以及异常体尺寸进行模拟,分析了α、β以及γ等电极排列对水平异常体、竖直异常体以及异常体尺寸与其相邻位置的关系对分辨率的影响.研究表明,温纳电极排列的电极信号强,而且对竖直方向具有较好的敏感性.偶极排列对水平方向具有较好的敏感性,但其信号强度较弱.异常体水平排列时,异常体之间的距离大于其尺寸,能较好的分辨出其位置关系;竖直排列时,高密度电法难以探测出其异常体之间的信息.T比值参数结合了β、γ排列信息,对地下信息具有更清晰的分辨率,但T比值参数对于竖直方向,分辨率较低.     

掘进巷道直流电法四极装置超前探测的模拟及应用研究

为研究矿井直流电法四极装置在掘进巷道超前探测中的效果,本文以矿井直流电法超前探测原理为基础,通过分析COMSOL Multiphysics点电源正演模型模拟值与理论值的误差,验证了COMSOL Multiphysics研究直流电法超前探测的可靠性与可行性;建立巷道超前探测三维地电模型,通过正演模拟,分析了巷道空腔对数据的影响,对比了二极、三极装置与四极装置的探测效果及对不同距离低阻体的响应特征;基于相似性原理构建物理模拟实验,绘制了超前探测视电阻率等值线图,研究了四极装置对迎头前方不同形状、距离异常体的实际探测效果.研究结果表明：直流电法四极装置能够对迎头前方低阻体产生异常响应,探测数据剔除巷道空腔影响后,能够精准识别出异常体的横向位置;并且相较于板状异常体,四极装置对球状异常体的超前探测效果更好．通过将直流电法四极装置超前探测应用于工程实例中,经钻探验证与探测效果一致,说明该技术具有很强的实用性和推广性．     

地震CT在寻找隐伏铜镍矿中的应用

用透射地震ＣＴ方法在金川龙首矿进行了隐伏铜镍矿体的探测试验．试验是在地下５００ｍ的１２８０平面上进行的，覆盖面积３００ｍ×３００ｍ．使用ＥＳ－２４０１Ｘ型４８道高分辨数字地震仪．铜镍矿体为高波速值的超基性侵入岩，采用纵波速度作为层析物理量是敏感的．研究区划分成８１×６４个单元，单元体大小为４ｍ×４ｍ．有效地震射线７６１９条，使用联合迭代重建法（ＳＩＲＴ）求解慢度走时方程．速度图像及地质解释表明测区中西部有一个高波速异常体，推断与含铜镍矿体或花岗体有关；此外还发现一条近东西向的低波速带，推断为断裂．     

水下激发极化测深异常特征研究

利用有限单元法对水下激发极化测深进行数值模拟以研究其异常特征和适用条件.水下的电阻率测深和激电测深均可对水底地质体进行近距离探测,提高探测分辨率.而水底地形对视电阻率测深的影响很大.水底极化体有限元正演模拟的结果表明,水底地形对激发极化测深结果没有影响.采用水下激发极化法进行地质体探测是可行、有效的.通过计算不同水体和水底岩石电阻率对视极化率幅值的影响发现,水体电阻率是影响水下极化率测深的主要因素.由于海水的电阻率过低,观测视极化率异常微弱而不适合开展水下激电工作.     

三维高密度电阻率ESCAN法有限元模拟异常特征研究

工程电法勘探中，常需要探测埋深不大、规模较小、分布复杂的目标体，对探测方法的精度要求较高.由于三维高密度电阻率法数据采集密度大，可对目标体进行多方位观测，是目前工程探测中常用的方法之一.本文对三维高密度电阻率ESCAN法的视电阻率异常特征进行研究.设计几种典型地质体模型，利用有限单元法进行正演计算，并分析其异常特征和分布规律.算例结果表明，ESCAN法对低阻体的分辨能力强于高阻体.无需对所有电极进行扫描供电观测，即可分辨地质体电性特征及水平位置，但观测结果难以分辨地质体纵向延伸.     

三维高密度电阻率E SCAN法有限元模拟异常特征研究

工程电法勘探中，常需要探测埋深不大、规模较小、分布复杂的目标体，对探测方法的精度要求较高.由于三维高密度电阻率法数据采集密度大，可对目标体进行多方位观测，是目前工程探测中常用的方法之一.本文对三维高密度电阻率E SCAN法的视电阻率异常特征进行研究.设计几种典型地质体模型，利用有限单元法进行正演计算，并分析其异常特征和分布规律.算例结果表明，E SCAN法对低阻体的分辨能力强于高阻体.无需对所有电极进行扫描供电观测，即可分辨地质体电性特征及水平位置，但观测结果难以分辨地质体纵向延伸.     

坑道隐伏陷落柱直流电阻率法超前探测分析

随着我国煤层开采不断趋向深部,坑道掘进过程中常遭遇陷落柱等含水地质构造,实际中常采用直流电阻率法进行超前探查.为研究该方法对陷落柱探测的可靠性,以圆柱体模型代替陷落柱目标体,推导了全空间点源超前探测视电阻率计算公式,提出了探半比概念以讨论超前探测极限问题.通过对不同地质参数模型的视电阻率进行计算与分析,结果表明:三极装置对应的视电阻率异常极值位置是目标体的距离2～3倍,且具有较高的视电阻率异常幅度,但受到目标体方位、电性及半径等参数的综合影响,仅利用视电阻率异常极值位置难以实现目标体的准确定位.理论分析与工程实践进一步指出,该方法存在探半比偏小及异常信息提取难度大等不足,需深入开展针对性的研究工作.     

浅海域海底极低频电磁响应特征研究

极低频电磁探测方法(WEM)是一种新型人工源低频电磁探测技术,目前尚未见极低频电磁探测方法的海区研究,缺少相关经验.为测试WEM在海洋环境中的电磁响应特征,本文将"地-电离层"全空间电磁波传播理论应用到含海水介质的"地-电离层"全空间模型,由地表处数值格林函数出发,利用空气层与海水层界面谢昆诺夫势函数满足的边界条件,推导了海底界面的场强表达式.采用高采样密度的Hankel数字滤波方法进行数值模拟计算.为探究WEM在海洋油气资源探测中的适用性,建立简化海洋地电模型,通过分析WEM对不含异常体的背景场和含高阻油气异常体时的电磁响应曲线差异来检测WEM探测海底高阻油气层的可行性.并讨论不同观测方式、不同收发距以及海水层厚度、油气层埋深和油气藏厚度对WEM电磁响应特征的影响.研究结果表明,WEM可在数百千米收发距下探测浅海区域海底下方电性异常体的存在.     

微重力和微动法相结合的隐伏岩溶探测效果分析——以长宁某页岩气钻井平台为例

微重力测量相较于传统重力测量方法,其观测研究的对象是在尺度规模上越来越细小、在重力信息上反应越来越微弱的密度异常体,更加突出“微”的性质与特点.利用该方法能精准识别地下岩溶的平面位置,但推测目标体的垂向埋深需结合其他先验信息进行反演;微动法采用天然源信号,具有抗电磁干扰、抗振动干扰能力强、纵向分辨率高等优点,可准确识别地下岩溶的空间位置,特别适用于强干扰环境下的地质勘察.将微重力和微动两种方法相结合进行岩溶探测,优势互补,能准确确定地下岩溶的空间位置和形态规模.本文通过微重力、微动两种测量方法在长宁页岩气区块某钻井平台场地岩溶探测的具体实例,来分析两种方法组合在工程场地隐患排查中的效果.实践证明,应用微重力、微动方法组合在探测近地表的溶洞、地下河、孔穴以及规模较小的地质构造等异常体方面有广泛的应用前景．     

利用远震地震波形畸变现象探测地幔低速体

地幔低速异常体的精确探测对于研究热点/地幔柱的成因至关重要.但是,由于观测手段以及波前愈合现象的影响,远震走时层析成像在探测地球深部的低速异常体时具有极大的限制.因此,越来越多的学者利用地震波穿过低速体后产生的绕射波和直达波.干涉造成的波形畸变信息来研究地幔低速体.本文通过三维地震数值模拟来拟合长白山、黄石公园地区宽频地震记录,分析绕射波和直达波相互干扰造成的波形畸变现象.模拟结果显示,绕射波/波形畸变对于探测地幔深处的低速体具有较高分辨率;目前常用的基于互相关测量的有限频层析成像方法对于深部低速体速度异常低估现象明显.如果将有限频层析成像结果在深部的速度异常值放大到原来的2倍,数值模拟可以很好的拟合观测到的地震波形畸变现象.通过对长白山地区、黄石公园地区记录的地震波形畸变现象的拟合,我们进一步确认了长白山、黄石地区下方分别在400~600 km、700~1000 km处存在地幔低速体,并对低速体速度异常值进行了矫正.     

探地雷达及EH4对钼矿采空区的综合探测

采空区严重威胁着地面建筑物和矿山的安全,对采空区探测方法的研究有着重大的现实意义.本文探讨了探地雷达及EH-4电导率成像法对某露天钼矿采空区探测的方法技术及其应用效果.探地雷达对浅层地段不仅有很高的探测精度和高分辨率,能达到对浅部采空区的精确定位.EH-4电导率成像系统的探测深度大,通过电阻率断面图的局部异常体,可以直观的来判断采空区的位置从而查明深部采空区,结合二者对采空区进行综合探测.     

多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究

直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符.     

电场约束法煤巷综掘超前探测数值模拟研究

为探测掘进前方隐伏的含水构造,预防地质水害,解决煤巷综掘过程中日益突出的"探、掘"矛盾,论文提出和研究电场约束法煤巷综掘探测方法.该方法利用电场同性相斥的原理,使发射电场被约束在一定范围内,达到定方向定距离探测的目的.根据该方法基本原理,建立超前探测有限元仿真模型,开展相应的数值模拟.论文主要从探测基本方法,激发极化程度、异常体的体积大小及巷道内金属体对于超前探测的影响展开模拟研究.结果表明,该方法可以有效探知掘进面前方的含水地质异常,其探测有效距离约为10m.该研究为电场约束法煤巷综掘超前探测方法的实现奠定了理论基础,对综掘超前探测技术的发展具有重要的推动作用.     

瞬变电磁法对隐伏岩溶探测的影响因素研究

发育于地下灰岩地区中的隐伏岩溶给隧道、桥梁以及高速公路等工程的建设与运行带来了极大的安全隐患.城市中常见的路面塌陷情况,多数也是由于岩溶发育导致.利用岩溶与其周围灰岩之间的物性差异,多种地球物理探测方法对隐伏岩溶结构进行有效探测.瞬变电磁法由于其探测效率较高、勘探成本低且对低阻异常体灵敏等特点,近年来在地下隐伏岩溶探测...     

地质雷达井下探测瓦斯富集区特征研究

地质雷达由于能够直接识别地下目标体,井下探测快速,不影响生产,分辨率高,在煤矿瓦斯灾害防治方面有较大的优势.本文基于地质雷达基本原理,探讨井下探测工艺,分析井下数据处理的方法,对井下瓦斯富集区异常特征进行分析,并与其他地质异常进行了比较.研究结果表明若在传播距离范围内存在明显的回波异常,则有可能存在瓦斯富集区.随着研究的深入,地质雷达有望突破瓦斯富集区探测的难题.     

高密度电法数值模拟及其在寻找北京人头盖骨化石中的应用

为寻找埋藏在地下两米以内深度装有文物的木箱,采用高密度电阻率方法进行了探测.在完成三维正演与二维反演数值模拟的基础上进行了野外数据的反演解释工作,利用三维局部异常体的正演响应特征及二维反演结构与真实模型的对应关系,对实际的数据进行了认识解释,得到了目的层的异常体可能是地道而不是木箱的初步结论.实际表明,利用高密度电法来进行浅层的探测是可行的.     

基于ANSYS全空间直流电法异常体正演模拟

利用直流电法技术在探测煤矿岩层富水性时,顶板或者底板的低阻异常体彼此容易引起旁侧干扰,传统的数据处理过程并没有对其处理,致使成果图中出现一些假异常,给解释工作带来很大困难.为了准确探查目标区,本文基于以上问题,利用ANSYS软件自带的APDLP模块进行编程,建立全空间环境下不同位置异常体的三维模型,使用三极装置模仿现场数据采集,提取模拟数据并成图,得到不同位置异常体电阻率变化曲线,分析电阻率曲线变化特征,剔除旁侧干扰,为准确探测目标区岩层富水性打下基础.     

钻孔瞬变电磁法扫描探测RCQPSO-LMO组合算法2.5D反演

利用钻孔进行超前探测地质构造及含水体是地下开挖工程中的常规手段,如何利用这些钻孔进行钻孔瞬变电磁法扫描探测,从而实现钻孔孔壁外围地质异常体的精细探测,对实现地下工程地质透明化具有重要的指导意义.本文提出钻孔瞬变电磁法扫描探测2.5D反演的数据解译方法,首先针对随机性反演算法时效性低,易陷入局部最优解,而确定性反演算法依赖初始模型的问题,提出了组合策略的量子粒子群优化算法用来随机搜索最优初始模型.在此基础上,利用Levenberg-Marquarat方法求解Occam反演的目标函数,形成了RCQPSO-LMO组合算法进行2.5D反演,通过对比组合算法和单一算法,验证了组合算法具有更精确的反演结果.其次结合屏蔽条件下扫描探测,对比分析了有无屏蔽的2.5D反演结果,通过设定屏蔽系数对非探测方向信号进行部分压制,可以较好地解决钻孔径向扫描探测中对非探测方向信号部分屏蔽下的反演及成像.最后建立三组理论模型进行组合算法2.5D反演,结果表明：组合算法反演结果与理论模型的一致性较好,对低阻异常体的反演精度较高,验证了组合算法对钻孔孔壁外围低阻异常体具有较高的反演精度和分辨能力.