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.     

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.     

坑道直流电阻率超前聚焦探测的影响因素及最佳观测方式

本文在简要介绍坑道超前聚焦探测原理的基础上,对坑道直流电阻率超前聚焦探测的影响因素及最佳观测方式进行了研究.通过有限元法对不同尺度的坑道、不同距离的旁侧异常体以及不同观测方式等条件下的地电模型进行了模拟计算.结果表明:旁侧异常体距离坑道越近,对异常曲线影响越大;坑道大小对超前聚焦的影响可忽略.在压制旁侧干扰方面A-M-A0装置要优于A-M装置,实际工作中应尽量增大供电电极距A0A,并使测量极距A0M与供电极距A0A满足A0M/A0A=0.6关系时,可达到最佳探测效果.     

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.     

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.     

地下洞体的三维电阻率探测方法

高分辨电阻率法采用单极-偶极装置,对老窑等地下洞道非常敏感,可以提供快速、准确、直观的成像反演解释方法.为进一步提高探测的准确性、避免旁侧影响,将单极-偶极装置以网格方式布设在地面上进行面积测量,在纵横两个方向都形成对地下分析分辨单元的多次覆盖观测,实现三维电阻率勘探.在三维高分辨电阻率探测中,直接成像解释方法仍然有效,获得的地下洞体的位置和影像更为精确.     

隧道强干扰环境瞬变电磁响应规律与校正方法:以TBM为例

以隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)为例模拟了隧道强干扰环境下,瞬变电磁超前探测的响应曲线,系统分析了异常体(以直立充水断层为例)与掌子面距离、围岩电阻率差异、TBM长度、异常体规模等条件下的曲线特征和影响规律,发现TBM干扰源表现为低电阻率目标特征,其影响主要集中在早期,对于电性差异较大或目标规模较大的低电阻率异常(充水断层)模型能够明显地通过衰减曲线区分.根据电磁场叠加原理,将隧道腔体中包含TBM模型的响应减去纯隧道腔体响应可以获得TBM的响应信号,以此作为干扰背景,从实际包含TBM和充水断层的隧道模型总响应中减除,获得去除TBM干扰的响应信号.通过8组算例进行对比,发现经过校正的衰减曲线与模型计算曲线吻合较好,视电阻率曲线差异相对较小,能够表现探测区域的电性分布情况,确认该方法在不同情况下的适用性.即使在TBM响应计算时给定背景电阻率与实际电阻率差异达到100%的情况下,依然能够通过校正获得合理的响应信号和视电阻率曲线.该方法不仅仅适用于隧道环境,对于其他诸如地面、航空、半航空、海洋瞬变电磁勘探同样适用.     

三维高密度电法在底板水探测中应用

针对目前采用二维高密度探测矿井底板水, 只能获得巷道底板的富水性特征, 而不能获得工作面内部的底板富水性情况的现状,研制出了通过在工作面周边铺设电缆,采集工作面底板三维数据体的设备及数据处理软件,并结合三维成像技术,实现了工作面底板富水性采前三维探测、三维数据体垂直及水平切割技术.结合新汶煤田协庄煤矿71504W工作面应用实例,介绍了三维高密度电法技术在底板水探测中的应用, 实现了对工作面底板富水性采前三维数据体的采集、采场底板含水性三维电阻率成像, 可方便地进行水平及垂直切片, 将工作面底板富水状态直观地表现出来,说明了该技术的实用性和有效性.     

煤层底板变形与破坏规律电法动态探测研究

采用直流电法,并按照回采进度测取工作面不同时期煤层底板电场变化特征,进一步反演其电阻率值,对煤层底板受采动影响的破坏规律进行研究.通过在淮北某矿1028工作面风巷中煤层底板位置施工2个钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,并根据工作面回采进度探测不同时期岩层电场变化特征,进一步反演其电阻率值,得出煤层底板采动...     

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.     

矿井瞬变电磁法全空间处理及三维解释方法研究

矿井瞬变电磁法得到了广泛应用,但其数据处理解释方法研究相对滞后,为提高勘探精度本文对全空间处理及三维解释方法进行研究.以均匀全空间磁偶极源瞬变响应为基础,探讨全空间磁感应强度垂向分量Bz及其时间变化率Bz/T的核函数曲线特征,并给出全区视电阻率数值计算方法.研究结果表明Bz的核函数Y(Z)存在一个转折点Z=1,以转折点为界可以划分为两个单调区间;Bz/T的核函数Y′(Z)存在两个转折点Z=0.707和Z=1.732,以转折点为界可以划分为三个单调区间,在单调区间内通过二分搜索算法可以计算区间内视电阻率值,各区间视电阻率曲线通过转折点可构成全区视电阻率曲线.采用Voxler软件平台实现矿井瞬变电磁三维立体解释,并给出数据三维可视化的具体步骤.应用实例表明本文提出的全空间处理及三维解释方法可以实现工作面内煤层及其附近岩层三维电阻率成像,直观展现富水异常体三维空间展布特征,方法实用性强、探测效果较好.     

基于贝叶斯二维反演的地下连续墙隐患电阻率成像

针对城建深基坑围护和水利防渗的地下连续墙病害隐患探测难题及特点,考虑到地连墙渗漏会造成墙体内外电阻率显著的变化,可引入地球物理探测方法中的直流电法技术,但传统地面电法的隐患探测效果不理想.考虑到地下连续墙施工时在墙体中设置测斜管,因此可开展地连墙内部缺陷的跨孔电阻率层析成像.而鉴于非线性反演具有对初始模型依赖性不强的特点,提出了基于贝叶斯反演理论的电阻率层析成像.在MATLAB开发环境下,编程完成的多组不同地电异常体的数值模拟反演计算表明,反演结果的信息丰富,对异常体的成像准确高效,且反演结果的稳定性好.     

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.     

三维侧向测井电极系设计及其响应模拟(英文)

本文提出了一种将高分辨率阵列侧向和方位电极系综合在一起的三维侧向测井电极系3D-LS,该电极系具有径向、纵向和周向探测能力。通过有限元数值模拟计算,考察了井眼尺寸、冲洗带电阻率、侵入深度、层厚及围岩电阻率对六种不同探测模式的影响,确定了电极系尺寸和探测特性。分析伪几何因子,低侵时电极系的探测深度最深可达1.5m,其值接近斯伦贝谢双侧向电极系深探测深度,而大于高分辨率方位侧向成像仪深探测深度,并且三维侧向测井电极系可提供多条径向不同深度曲线,可更好地描述地层侵入剖面。无限厚地层条件下,方位电极可识别出厚度0.1m的异常体,利用方位侧向曲线半幅点对应异常体厚度判断,对异常体纵向分层能力可达0.5m。高阻背景下,异常体的电阻率越低,越靠近井眼,方位越大于15度,越易被方位电极探测。数值模拟结果为后续三维侧向测井电极系的研究奠定了基础,对低阻异常评价具有一定的指导意义。     

铁轨干扰浚县地震台地电阻率观测的有限元分析

2016年5月浚县地震台地电阻率EW向测值出现明显变化,为正确评价该变化,依据浚县地震台地质资料、岩层电性资料和EW向电测深曲线,将该台地下介质电性分布简化为二维电性结构,建立三维有限元模型。通过数值模拟,计算测区内地表铁轨干扰对地电阻率观测的影响形态和幅度。结果表明,由数值模拟所得干扰幅度、形态与实际测值的异常变化较吻合,因此从数值分析的角度确定了铁轨对浚县地震台地电阻率观测的干扰。     

地球物理方法在含油工业污水管道渗漏探测中的应用

基于含油污水管道渗漏形成土壤污染区的物性改变，利用高密度电阻率法、自然电位法、探地雷达的方法对污染区进行了探测，试图通过污染区的分布特征确定渗漏点的存在.基于异常区布设的钻孔取样分析资料显示，含油污水的侵入会引起地下粘土层的电阻率增高，随着侵入量的增大电阻率越大，相应的探测电剖面异常区表现为高阻特征；相应位置的自然电位曲线显示低电位特征，探地雷达图像则表现为低频，高幅的特征.基于异常区的分布特征可以确定渗漏点的分布位置.研究结果证实了地球物理方法对此类工业污水污染区探测的可行性.     

巷道超前探测的并行Monte Carlo方法及电阻率各向异性影响

直流电阻率法通过观测单极-双极装置视电阻率曲线最小值位置估计掌子面前方低阻异常体距离,在巷道超前探测及矿井水害预测与防治工作中有广泛应用,并形成多种经验预测模型.本文基于直流电法巷道超前探测的各向异性电阻率三维有限元数值模拟,给出超前探线性预测模型.然而,实际井下地质结构复杂,异常大小不定且任意分布,而且可能存在有电阻率各向异性,使得目前由简单模型实验或数值模拟获得的预测公式不确定性较大,而且可靠性难于评价.Monte Carlo方法用随机化思想解决非确定性问题,我们将该方法与并行算法结合,对大量不确定的随机模型进行三维数值模拟,以验证各预测模型的准确度及可靠性.结果表明,本文的超前探线性预测模型较其他预测模型更为准确及可靠.但介质各向异性的影响很大,尤其当围岩电阻率具有各向异性时,所有预测模型的准确度及可靠性较差,给安全生产带来很大隐患.     

大柏舍地电阻率干扰分析

对大柏舍地震台地电阻率常见干扰因素进行调研,分析干扰产生原因及识别方法,着重分析不同干扰源引起的曲线变化特征,以期对地电阻率资料处理、异常识别等工作具有指导意义。     

基于空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方法(英文)

三维电阻率探测反演存在着多解性的固有难题,增加已知数据和先验信息、施加先验约束是压制反演多解性的可行途径。针对该问题,将地质推断或其他地球物理勘探方法获得的确定性的异常体空间形态信息作为一种重要的已知先验信息,提出了一种基于异常体空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方法,利用已知异常体边界的三个正交方向向量(法向量及两个切向量)及各向异性的权重系数来控制异常体边界区域的法方向及切方向电阻率差异程度,从而实现已知异常体边界空间形态的刻画及其先验约束的表征。将上述异常体空间形态先验约束施加到三维电阻率反演目标函数中,并建立了基于空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方程。然后,开展了基于空间形态先验约束的数值反演算例,对三维电阻率反演方向向量及其权重进行了系统探讨,得到了方向向量权重合理的取值范围,验证了空间形态先验约束在降低多余构造,压制多解性方面的可行性和有效性。最后,将该方法用于广州地铁含水层探测中,将地质地雷得到的异常体空间形态施加到三维电阻率反演中,较准确的反演出地下含水层的位置和形态,通过与现场钻孔对比,可发现空间形态约束方法显著的压制了三维电阻率探测反演的多解性问题,具有良好的实用性。