地质雷达电磁干扰分析及在隧洞岩溶探测中的应用

将地质雷达用于千岛湖配水工程某隧洞岩溶探测,分析了倾斜状电磁干扰异常与溶洞雷达异常差异,通过雷达剖面及疑似异常区单道时间-频率谱的分析,推断了隧底岩溶的性质及空间分布特征,含水溶洞在雷达剖面反映为同相轴错断,强振幅及能量高衰减的特性,高频干扰波振幅幅值较异常区小且能量不满足随时间推移逐渐衰减的规律,雷达成果为隧洞安全施工提供了准确的参考。      

基于Curvelet变换的隧道裂隙水GPR数据处理研究

应用地质雷达探测隧道内部裂隙水的分布状况时,受隧道钢筋网的影响以及噪声干扰,导致探测信号中弱有效信号难以识别。Curvelet变换可以对二维信号从频率、角度和空间位置实现有效反射波和干扰波的分离及降噪处理,应用Curvelet变换对含钢筋网干扰的裂隙水模型的探地雷达模拟数据进行波场分离和降噪处理,在压制直达波、去除钢筋层反射信号及多次反射的基础上,可以有效地提取出含裂隙水所引起的反射波信号。将该方法应用到汝郴高速某隧道实测探地雷达数据中,较好地去除了钢筋层反射信号的影响,准确地判断出了裂隙水的空间分布位置,证明了所提出方法的有效性。     

地质雷达地瑞金沙州坝岩溶塌陷调查中的应用效果

从分析已知塌陷区的雷达波的异常特征入手,建立了典型异常解释模型,对未知区的雷达异常波进行了辨识,推断了隐伏区的岩溶发育情况,结果表明,地质雷达在岩溶塌陷调查中应用效果较好。     

地质雷达在瑞金沙州坝岩溶塌陷调查中的应用效果

从分析已知塌陷区的雷达波的异常特征入手,建立了典型异常解释模型,对未知区的雷达异常波进行了辨识,推断了隐伏区的岩溶发育情况.结果表明,地质雷达在岩溶塌陷调查中应用效果较好.     

紫金山金-铜矿露天采矿场地下不明空区的地质雷达探测

采用先进的地球物理技术探明露天采矿场地下不明空区的分布情况,准确确定其平面分布范围、顶面埋深及空间高度,对保障露天采矿作业的安全进行、预防突发性事故的发生具有十分重要的意义。运用地质雷达对福建紫金山金铜矿露天采矿场地下不明空区进行探测,在两个不同探测区块共完成18条探测剖面,剖面线总长近4km;经处理后的实测地质雷达剖面具有高清晰度、高分辨率,能准确反映地下各种不同规模的不明采空区的属性、平面位置、顶板埋藏深度、空区大致高度;地质雷达探测共查明较大空区异常55个。采用50MHz天线的地质雷达系统在该露采场的有效探测深度可以达40m以上。在露天采矿场,地质雷达探测受矿区地形条件及环境影响很小,可直接在岩（矿）石表面进行,不受第四系覆盖层对雷达波衰减吸收的影响。因此,地质雷达非常适应露天采矿场地下采空区的探测及定位。     

煤矿复杂地质条件精细预测预报技术及应用

三维地震勘探信息挖掘不足及与矿井采掘地质信息脱节是矿井地质保障工作中存在的普遍现象。针对影响郭家河煤矿安全生产的主要地质问题,利用采区三维地震勘探成果和矿井采掘信息的集成和融合,对煤层厚度、地质构造、水害等矿井地质条件进行精细预测预报研究。建立了以矿井开采和测井资料为约束条件、多参数反演煤层厚度的综合预测技术,使煤厚预测准确率提高15%;采用地震属性融合技术提高小构造的识别能力,预测地质构造准确率提高30%。基于三维地震信息识别含水砂体的空间分布,建立了充水含水层富水性层次分析结构模型和水害危险性地质预测方法。研究成果对复杂地质条件煤矿的安全高效生产提供了低成本但有效的地质支撑。     

B-1型冰川测厚雷达试验装置

用无线电回波探测冰川厚度的方法在许多国家早已应用。1979年5月我国也首次使 用国产KDL-A型矿井地质雷达,在祁连山羊龙河冰川上获得了清晰的冰川底面回 波。之后,我所根据高山冷性冰川的特点,进行改制,做成了B-1型冰川测厚雷达 试验装置。     

薄互煤层中透射槽波探测断层的正演模拟

为了研究西南地区矿井薄互煤层中透射槽波探测断层的可行性,选择具有代表性的攀枝花煤业集团某矿为研究对象,根据实际地质资料建立不含夹矸、含3层夹矸、含3层夹矸和断层的3个薄互煤层的地质模型,通过三维弹性波正演模拟分析槽波的波场特征和频散特征,总结振幅衰减系数成像在薄互煤层中槽波探测断层发育位置及延展方向的有效性;并结合实际应用,探讨了透射槽波在薄互煤层中的传播速度及频散特征,以及断层、夹矸对槽波传播的影响。结果表明:薄互煤层中透射槽波探测,断层在影响薄互煤层槽波传播中占主导作用;0.5 m以下夹矸对槽波的发育和能量成像影响不大;在煤厚相同的情况下,含夹矸层状模型相比不含夹矸层状模型的槽波主频低,槽波对煤厚2 m、夹矸厚度0.5 m以下的薄互煤层能够进行比较准确的探测。透射槽波可在薄互煤层中探测断距大于1/2煤厚的断层位置、走向及延展长度,可为西南地区薄互煤层中构造探查提供参考。      

非接触式瓦斯突出预测方法

依据瓦斯突出矿井的条件和其地球物理场的特征,提出了点面结合的以电磁法为主的非接触式瓦斯突出预测方法。区域性预测采用无线电波透视法和槽波地震法;局部性预测采用地质雷达法和层内电测深法。并且进行了电波透视技术的生产实际应用。对减轻和防止煤矿瓦斯突出自然灾害具有重要意义。     

地质雷达频率补偿与校正技术

雷达波在地下传播过程中会发生衰减、频散和受到其他干扰的影响,这在一定程度上限制了地质雷达的探测分辨率和最终解释效果。为了降低这些影响,在地层系统响应模型基础之上,通过从原始记录中求取频率补偿与校正因子,既而对原始记录的频谱进行补偿校正,达到改善地质雷达剖面记录,提高探测分辨率的目的。为了更好地了解频率补偿与校正技术的有效性,从原理到应用效果给予了详细的介绍,同时与尖脉冲反褶积的应用效果作比较,进一步说明了频率补偿与校正技术在降噪和提高分辨率处理上的一些技术特点。      

管线渗漏异常探地雷达数据的电场分量成像分析

探地雷达（GPR）是管线渗漏探测的有效方法,但是当地下介质分布较为复杂时,难以直接从GPR数据剖面图中准确识别出渗漏异常区。为此,针对渗漏异常区含水量高的特点,根据反射波系数与介电常数的关系,提出了GPR数据的电场分量成像技术。利用时间域有限差分法（FDTD）模拟了不同介电参数的地质模型在GPR中的电磁波响应,由正演模拟结果可知分界面两侧介质的介电常数差异性越大反射波能量越强。最后将GPR数据的电场分量成像技术应用于某工业区管道渗漏探测中。试验结果表明,管道渗漏异常区在电场分量图谱中表现为高幅值区。      

地质雷达数值模拟中有损耗介质吸收边界条件的实现

利用时间域有限差分(FDTD)法将麦克斯韦方程进行离散化,可以对地质雷达进行数值模拟。利用完全匹配层(PML)作为吸收边界条件可以有效地吸收向外的电磁波,从而大大提高了计算效率。对于有损耗介质的情况,采用扩张坐标系下改正的麦克斯韦方程,只要扩张变量满足一定的关系,同样可有效地吸收向外的电磁波, 这种吸收边界条件称为通用完全匹配层。     

有限差分法探地雷达波动方程偏移成像

在探地雷达（Ground-Penetrating Radar,简称GPR）剖面中，由于绕射波的存在，使得资料的处理解释十分困难，其结果的准确性与真实度也会降低。针对这一问题，作者提出了探地雷达有限差分波动方程偏移法，首先进行了理论模型的实验分析，在此基础上我们对实测GPR剖面资料进行分析处理，取得了较好的成果。     

偏移技术在GPR资料处理中的研究

针对GPR剖面中存在的绕射波影响资料处理和解释问题,根据雷达波波动方程和声波波动方程在形式上的一致性,合理地将地震勘探中成熟的相位移波动方程偏移法、克希霍夫积分偏移法和有限差分波动方程偏移法引入到GPR资料处理中。理论模型的试验和实测资料的处理分析表明,该方法有较好的效果。     

综采工作面随采地震的采煤机震源模拟

为了分析以采煤机作为震源接收到的随采地震数据的波场特征,从正演模拟的角度出发,通过将采煤机截割方式及滚筒的受力情况转换为震源力函数的形式,以不同时间不同位置的荷载分布作为震源对波动方程进行加载,采用高阶交错网格有限差分法对波动方程进行求解,得到正演单炮数据。最终,数值模拟得到的随采地震数据显示出,采煤机震源激发的波场中,横波能量占据主导地位,纵波能量较小,且在高频数据中,y分量上有明显的槽波存在,其极化特征显示出该槽波为Love型槽波。最终,模拟数据与实际采集的y分量数据对比表明,二者在波场成分及分布方面具有较高的相似性。      

随机介质中的探地雷达叠前逆时偏移成像

为了更好地分析探地雷达(GPR)叠前逆时偏移算法对实际地下随机分布介质的成像效果,采用随机过程的谱分解和混合型自相关函数理论构建了不同自相关长度的GPR随机介质模型。基于时域有限差分法(FDTD)构建了GPR叠前逆时偏移成像算法,其中FDTD用于计算正传和反传电磁波场,归一化互相关成像条件用于获取逆时偏移成像剖面。在此基础上,利用该算法对两个随机介质模型的多偏移距正演数据进行计算,并与相应背景介质为均匀介质的逆时偏移结果进行对比。结果表明:电磁波在随机介质中散射强烈,反射波扭曲变形、不连续,形成了明显的随机扰动,致使逆时偏移成像剖面的空间分辨率更低,低频噪声更强;自相关长度是影响随机介质中异常体成像效果的主要因素,自相关长度越小,异常体的成像越清晰,自相关长度越大,异常体的成像效果越差,且不易被识别。     

三维介质中探地雷达(GPR)波传播逐段迭代射线追踪方法研究和应用

基于F erm at原理和Sne ll定理对三维任意界面情况下的两点间GPR波传播射线追踪问题进行了研究,采用了一个适用于任意界面情况下计算反(折)射点的一阶近似公式,从任意给定的初始路径出发进行逐段迭代计算,给出了三维逐段迭代射线追踪算法的计算格式,并进行了三维介质下射线追踪计算。结果表明计算速度相当快,且其计算精度可以根据需要达到任意要求。在此基础上,根据雷达波传播规律,考虑每一段的能量损失。根据地质雷达的发射子波,最终获得三维介质中雷达波传播和接收记录。并将结果应用于实际剖面拟合中,提高了解释的精度。     

有耗介质探地雷达波传播衰减特性的研究

探地雷达是利用超高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种浅层地球物理勘探方法,探地雷达超高频、宽频带脉冲电磁波在地下有耗介质中的衰减特性是一个十分复杂的过程。本文从电磁波传播的麦克斯韦方程出发,较为系统地研究和分析了雷达脉冲电磁波在有耗介质中传播的衰减特性,对研究雷达脉冲电磁波在地下有耗介质中的传播机制有指导意义。     

规则波导斯托克斯漂移对污染物输移的影响

为研究斯托克斯漂移对近岸污染物输移的影响,首先建立波导流和考虑斯托克斯漂移的对流扩散数值模型,通过数模结果与实验结果的比较,研究平直斜坡地形下规则波入射时斯托克斯漂移对污染物输移的影响,波导流模型中波浪场基于波能守恒方程来模拟,波导流场基于Longuet-Higgins提出的辐射应力来模拟,污染物对流扩散模型考虑了斯托克斯漂移的影响。其次,利用一个算例来验证对流扩散模型,结果表明数值模型计算结果与解析解吻合良好。最后,利用该模型模拟了两个实验工况下污染物的输移,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明斯托克斯漂移对近岸污染物向岸线方向的输移有比较明显的影响。     

基于探地雷达的工作面异常体精准探测技术

在井下采煤工作面回采进程中,及时掌握工作面煤层前方的异常情况,是煤矿安全、高效生产的保障。探地雷达是一种高效、无损伤探测方法,被广泛应用在矿井。针对探地雷达探测异常体响应的图像解译精度与成像精度取得了显著的成果,而如何用探地雷达去圈定地质异常体位置与空间分布范围是研究的热点问题。提出一种多剖面与线性插值融合的采煤工作面内部异常体精准探测新方法。主要研究思路：首先,通过时域有限差分算法（finite-difference time-domain, 简称 FDTD）对构建煤层空洞、断层的三维模型进行正演模拟,通过克希霍夫偏移处理大致圈定异常体的响应范围;其次,获取存在异常体响应的单道波数据的多剖面图,通过线性插值确定异常体的精确位置坐标与具体尺寸,引入面积评价标准来验证探测结果的相似度;最后使用 LTD-2600 型的探地雷达与 900 MHz的屏蔽天线对构建的空洞物理模型进行现场试验,将获得空洞计算剖面与实际空洞尺寸进行对比验证;并在斜沟煤矿 18201工作面开展应用,验证方法的有效性。实践证明,应用此方法对雷达剖面图进行分析,分析结果表明实测空间位置与实际空间位置的误差均在10%以下,可相对准确圈定工作面异常体的具体尺寸与空间分布范围。