坑道全空间直流聚焦超前探测模拟研究

常规坑道直流电阻率超前探测方法在掌子面后方观测,受到坑道腔体和工作环境的影响较大,增加了资料解释的难度.利用同性电流相斥原理,并参考地面电阻率垂向测深和直流侧向测井技术设计出适合坑道空间掌子面和侧壁测量的垂直聚焦电位和梯度电位超前探测方案.应用有限元数值模拟技术,对三维坑道空间中掌子面和侧壁探测方案的聚焦超前探测效果进...     

偏移成像与希尔伯特变换在地质雷达探测隧道裂隙流水通道中的应用

隧道施工容易破坏岩溶裂隙水流通通道,导致局部性的地下水位急剧下降和地表水的干涸,严重影响隧道周围居民生活.地质雷达是隧道工程中常用的地球物理仪器,当应用该仪器进行勘探时,如果勘探表层存在密集钢筋干扰就会导致深部病害难以识别.工程中应用地质雷达在隧道内探测隧道路面地下水分布时,由于隧道路面表层存在的钢筋网的影响,导致雷达数据剖面深部振幅较小,异常难以识别.本文首先进行了地质雷达二维有限差分数值模拟方法,研究了表层密集钢筋对深部含水裂隙通道识别造成的影响情况,并通过对模拟数据进行偏移成像和希尔伯特振幅变换处理,压制了表层强反射的干扰,研究了含水裂隙通道的典型异常特征;最后以郴宁高速公路某隧道为例,应用本文提出的方法,压制了隧底路面下密集钢筋的影响,准确探测出了含水裂隙通道的空间分布情况,证明本文提出的方法的可行性.     

基于神经网络的水力压裂监测数据校正方法研究

油气田井况地表复杂,为准确推断水力压裂裂缝方位,提出一种基于BP神经网络的压裂裂缝监测数据校正方法.本文将复杂地表条件下测点布置不均匀时的电位梯度响应,分解为正常场响应和畸变场响应.利用神经网络估算因测点布置不均匀引起的畸变场响应,通过剔除电位梯度响应中的畸变场量,获得测点布置均匀条件下的电位梯度响应,即正常场响应.采用井地电阻率法三维正演模拟裂缝推断过程,结果表明神经网络可有效估计畸变场响应,提高了利用电位梯度响应推断裂缝方位的准确度,具有良好的应用前景.     

深井电极交叉供电对自然电位的影响

通过实验论证平凉地震台深井电阻率观测自然电位畸变由电极交叉供电造成,讨论分析不同电极供电对自然电位的影响。结果表明:对测量极供电,会影响自然电位,不会影响电阻率测值;单极供电对自然电位的影响表现为阶跃突跳,并以指数形态恢复,恢复时间约10 h,干扰峰值与供电电流、供电时间等有关;对观测数据进行校正,取得较好效果。     

利用海底电缆探测太平洋地区地幔结构的研究进展

介绍了地幔电性结构、地幔温度、地幔含水量等参数对地球动力学和地幔动力学过程的重要科学意义,综述了近年来利用海底电缆在该领域的主要研究进展.本文首先介绍了日本利用海底电缆探测地幔深部结构的方法原理与发展历程,然后阐述了该方法的观测方式、观测系统与仪器,综述了国际上近年来利用海底电缆在环太平洋地区海底的观测资料进行地幔一维电导率结构、三维电导率分布的研究进展.基于海底电缆的观测数据进行反演的结果表明,太平洋海域地区地球深部存在410 km,660 km的电导率不连续面,此不连续面与地震资料的波速不连续面基本一致,为地幔不连续面提供了新的地球物理证据.在根据由海底电缆观测数据反演得到的太平洋地区地球内部电导率分布基础上,综述了综合深部地震波速、岩石高温高压实验等,将电导率的分布转换为地球内部的温度场分布、推导地幔过渡带水的浓度进而转换为地幔过渡带的含水百分比(含水量)的方法技术与研究进展.研究结果表明,夏威夷和北日本海地幔过渡带电导率异常主要受温度控制,菲律宾海域地幔过渡带的电导率异常除了和温度有关外,还受含水量影响,该处地幔过渡带的含水量大约在1％左右.这些研究表明,海底电缆探测方法,在地球深部探测尤其是地幔不连续面的探测、地幔温度场分布与特征、地幔含水量等方面有重要的作用.最后,展望了海底电缆探测方法的研究与发展,这些研究方法及成果对认识中国海域地球内部机构提供一定的参考.     

一般大气环境下钢筋锈蚀深度的RBF神经网络预测模型研究

钢筋锈蚀深度预测是评估在役RC结构服役性能的基础。为建立一般大气环境RC构件中钢筋锈蚀深度预测模型,通过收集实测数据,分析影响钢筋锈蚀深度的主要参数及其影响规律,继而基于实测数据建立数值模型和RBF神经网络预测模型,并进行参数敏感性分析。研究结果表明:与数值模型相比,RBF神经网络对钢筋锈蚀深度预测效率与精度更高,能够有效映射各影响参数与钢筋锈蚀深度之间复杂的非线性关系。参数敏感性分析结果显示,钢筋混凝土表面锈胀裂缝宽度对钢筋锈蚀深度影响最大,钢筋直径、保护层厚度与钢筋直径之比和混凝土抗压强度等其他因素影响次之。所得模型可用于工程检测中钢筋锈蚀程度预测与RC构筑物剩余服役寿命评估。     

三维电阻率成像技术的研究

电成像、电测深、电剖面法是目前3种最基本的电阻率探测技术.三维探测的观测系统主要有地表和钻井-地表这两种不同类型的测量.前者的电极阵列成矩形网格状,多采用单极-单极观测装置以增大探测深度,技术难点在于远电极的设置往往会带来难以消除的地电噪音,限制了单点电位测量的精度和应用范围;后者在油田生产的中后期的分层注水以及核废物注浆处理过程中,需要确定流体或者浆片的运移与分布,取深钻井的钢套管作为一个供电电极,形成垂直线电流源,再以钻井为中心对地表的环状网格进行二极或三极测量.可以取得视电阻率和自电位两种测量,得到三维电阻率和异常电荷概率分布的图像.     

环电流区中性原子观测特性模拟研究

为了给双星计划中性原子(ENA)探测仪的研制提供可靠 的理论依据，并为未来中性原子探测数据的分析及研究做好准备，针对双星轨道初步模拟计 算了双星ENA探测仪对磁暴时中性原子的观测特性. 建立了磁暴主相期间环电流离子分布的 一 个近似理论模式，并模拟计算了极轨卫星在极区上空、赤道面以及其他位置上对不同强度磁 暴主相期间环电流区ENA空间角分布及能谱的观测结果. 研究表明，存在环电流区方向和南 北极区环电流粒子沉降带两个中性原子强度极大区域；磁暴越强烈，注入区高度越低，环电 流区观测到的ENA通量越高；处于有利位置的ENA探测器可分辨注入区内边界或注入前沿；EN A探测器能够分辨环电流带离子分布的不均匀性；由于离子交换截面的差异，H，O，He 3种E NA的能谱分布不同；在10～80keV能谱范围内通量较强，易于观测；环电流区H，O两种ENA 通 量较强，有利于观测；而环电流区He ENA通量很弱，不易于观测. 模拟计算研究表明，双星 极轨卫星能够对环电流区ENA进行有效探测；低纬轨道上的ENA探测器也能够对环电流区ENA 进行一些观测；ENA探测器的研制应重视低、中能量范围ENA的探测.     

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．     

海安台井下与地表地电观测对比实验研究

在海安地电观测台站对地表、井下地电观测进行了对比实验,分析研究了地表游散电流、金属管线、以及人工交/直电流对地表、井下地电观测的影响.研究表明:(1)在使用铅电极的情况下,井下地电观测的长期稳定性明显优于地表观测;垂直方向观测的抗干扰能力明显优于地表、井下水平方向观测;(2)与地表观测相比,井下地电观测能在一定程度上抑制地表直流电流、雷电、和金属管线类的影响;(3)地表直流电流对地电观测所产生的干扰影响远大于交流电流.     

直流电法电场分布的边界效应研究

采用直流电法进行室内试验和现场的数值模拟时,由于边界条件和现场不同,会造成电场分布与现场存在一定的偏差.本文为了减小边界影响,在一定的电位相对偏差(实验值或数值解与半无限理论解)水平下,优化室内试验和现场数值模拟的模型尺寸,对两个异性点电流源均匀介质电场进行数值模拟,得出以下主要结论:在模型顶面供电电极之间电位的最大相对偏差小于1%的前提下,直流电法现场的数值模拟(零电位边界)采用长方体模型(长和宽相等),模型的高取为供电电极极距的1.75倍,模型的宽取为4.35倍时,在一定精度上模型的体积较小;直流电法室内试验(绝缘边界)采用长方体模型(长和宽相等),模型的高取为供电电极极距的3倍,模型的宽取为4.35倍时,在一定精度上模型的体积较小.当模型边界取为零电位边界时,在相同的供电电极极距下,模型顶面供电电极之间电位达到相同的相对偏差水平时,半球形模型的体积比长方体模型的体积更小.这些结论对数值模拟反演现场情况以及进行室内试验时模型的设计有一定的指导意义,使得相关规律能较好的应用于现场.     

噪声环境下宽频带与短周期地震仪观测资料对比分析

短周期密集台阵观测是目前开展深浅部地球物理探测的一种低成本、高环保、高效率的地震学手段,目前处于蓬勃发展的重要阶段.为了对短周期地震仪的观测资料有一个全面认识,本文选择接近野外噪声的观测环境,对短周期和宽频带地震记录仪的观测资料进行了系统时频分析和对比.结果 表明:短周期地震仪虽存在仪器频带宽度的限制,但对于观测到的天然地震和背景噪声,在选择合适的滤波器条件下,其观测与宽频带地震仪有较好一致性.本文将两种仪器记录的远震波形进行了接收函数计算与分析对比,结果也表现出较好一致性.本文结果表明传统地震学探测地下结构的方法在合适的频带范围内也可应用于短周期密集台阵资料.该研究对于密集短周期台阵数据的应用具有一定参考价值.     

井下地电阻率观测影响系数分析——以江宁地震台为例

采用水平层状均匀介质中点电源位于任意深度时的电位解析表达式,以江宁台3层电性结构为例,分析了井下对称四极地电阻率观测时各层影响系数随深度、极距的变化,并结合探测深度探讨了实施井下观测时影响系数在选择供电极距和电极埋深时的作用。结果表明,对于"K"型电性结构,江宁台井下观测对地表、浅层干扰有较强的抑制作用,其短极距观测对地表、浅层干扰的抑制能力显著优于长极距观测;长极距观测在电极埋深H小于100m时对地表介质季节性的干扰具有放大作用;浅层影响系数一定时,电极埋深和供电极距需同时增加;江宁台井下观测供电极距AB/2取100～150m、电极埋深H为250m较为合理。     

修正的DOI方法在确定直流电法有效探测深度中的应用

直流电法有效探测深度的确定是地球物理电法研究的焦点,其与最终数据解释的可靠程度紧密相连,不准确的探测深度可能会造成漏解释或过度解释.修正的DOI(Depth of Investigation)方法被用于确定直流电法的有效探测深度.该方法是在DOI法的基础上提出,针对原始采集数据的两个不同电阻率参考模型的反演结果,利用统计学方法和无约束非线性优化方法处理数据,最终得到透明索引指标,从而获得有效探测深度边界.该方法有效规避了人为选用截断阈值来确定有效探测深度的缺点.在工程实例应用上也取得了较好的效果,这对未来直流电法有效探测深度的确定具有重要应用价值.     

含裂缝页岩核磁共振横向弛豫响应正演模拟及T2谱特征分析

裂缝的精细探测是页岩储层油气可动性评价的关键,核磁共振技术可实现多种尺度孔隙中流体的测量,已被广泛应用于非常规储层评价.然而,含裂缝页岩的核磁共振响应特征尚不明确.为此,提出一种基于三维CT数据建立的孔隙-裂缝双相介质模型方法,采用数值模拟方法系统研究了裂缝参数的核磁共振测井响应特征.模拟结果表明：裂缝的存在影响页岩的核磁共振T₂谱分布,裂缝张开度增大导致T₂谱向右偏移,纵横比增大造成T₂谱向左偏移;裂缝页岩的孔缝配置关系对页岩连通性起主导作用,孔缝配比减小,可动流体呈线性增长.     

直流电阻率法高阻管道漏点位置的探测与分析

近年来,城区供水管道发生破裂的现象屡见不鲜,给居民生活造成了极大的影响,解决城市管道漏水问题迫在眉睫.文章采用异常响应更为稳定、解释方便、低成本的直流电阻率法,基于直流电阻探测方法原理,提出利用电位异常方法探测管道漏点位置技术.首先利用数值模拟方法研究了高阻管道漏点电位异常响应,采用有限差分技术,将漏点位置设为源点,分别计算表面位置沿x方向和y方向电位差,数值模拟结果表明,该方法可以有效地定位漏点位置.利用物理实验对理论数值模拟结果进行验证,在实验过程中,分别在地表面沿管道方向以及垂直管道方向进行电位差测量,物理模拟结果与数值模拟结果相吻合,表明该方法合理有效.与其他管道探测相比,直流电位方法原理简单,抗干扰能力强,异常响应特征明显.     

相位超象限大地电磁观测数据的模型研究——以河西走廊北侧为例

在大地电磁实测数据中阻抗张量次对角元素的相位值超出正常象限(一、三或二、四象限)的现象称为相位超象限.这种现象无法利用各向同性介质的一、二维反演来解释,而与特定形态的三维各向同性介质有关的电流槽效应有可能是引起相位超象限现象的原因之一.本文首先重建了四个能引起相位超象限的三维各向同性介质理论模型,对模型结构和响应特征进行了总结.随后结合麦克斯韦方程组介绍了电流槽效应产生的原理,并通过近似解析公式分析了电流槽效应对电、磁场的影响.最后,我们针对最近几年来在青藏高原北缘观测到的相位超象限大地电磁测深数据,重点对河西走廊北侧的三个连续相位异常数据进行了三维反演研究,反演模型能够很好地拟合实测的相位超象限数据.通过对模型中存在于上地壳的不同规模高导异常结构进行三维正演检验,最终确定位于测点北东方向的巴丹吉林沙漠构成了区域高导体,它与紧邻测点东侧的局部高导体相连,在平面上形成了"L"型的高导构造,是引起河西走廊北侧相位超象限大地电磁观测数据的主要原因.除此之外,紧邻测点西侧的孤立高导体也会对相位异常的分布范围产生影响.     

山东地电场观测干扰特征分析

利用山东地电场观测数据跟踪分析结果,结合观测资料,分析自然环境、场地环境和人为干扰等因素给山东地电场观测带来的干扰。结果表明:(1)观测系统故障多出现数据同步错误或缺数,较容易判别;(2)雷电会导致地电场观测数据产生畸变,变幅达到几十(甚至几百)kV/km,是正常观测值的几倍乃至几十倍;(3)缓急程度不同的降雨会造成数据离散程度不一致,中等以上降雨会影响正常日变形态,导致各测向长、短极距相关性明显降低,相关系数由正常的0.8左右降至0.6左右,甚至更低;(4)高压直流输电影响显著,电流注入接地极引起换流站地电位升高;当输电停止时,电流注入接地极降至零,地电场观测数据呈直线下降;(5)人为干扰会造成数据非连续性同向突跳或台阶,长短极距幅度变化差别较大,但同一测道变幅基本接近;(6)地电暴引起的六个测道上的变化幅度基本一致,最大振幅方向相同,由于地理位置和观测环境的不同,不同台站记录到的地电暴幅度会存在差异。     

基于地电场响应的地裂缝模拟试验

在应用网络并行电法技术的基础上,建立有基底潜山的物理模型,对注水条件下模型土体开裂过程中的地电场响应进行测量。试验结果表明,土体中电位、电流和电阻率的变化与土体含水量密切相关,随着土体中含水量的改变,自然电位、一次场电位、激励电流和视电阻率发生急剧变化;网络分布式并行电法反演信息表明在视电阻率曲率值较大位置容易产生不均匀沉降和裂缝,不均匀沉降的程度越大,地裂缝的长度、宽度、深度也越大。     

分布式三维电法研究进展

自然界中几乎所有的地质结构都是三维的,尤其是对于矿体形态变化很大的金属矿,常规的二维电法探测很难准确刻画其三维形态,另一方面,极化率参数对硫化物金属矿的反映更为直接有效,因此开展三维电法工作获取电阻率和极化率三维形态,是深部矿产资源探测的迫切需求,也是当前电法的发展方向.本文从原理、装置、硬件系统、反演方法及软件等方面,介绍了分布式三维直流电法勘探研究进展.通过对TITAN-24、NEWDAS和IRIS分布式系统的特点及其应用实例分析,发现由于同时观测不同方向的电性参数,大大提高了横向分辨率;大功率、大极距的采集方法,有效加大了勘探深度;分布式的测站布设,提高了工作效率;采用全波形记录前提下,在干扰严重的老矿山周边,仍能采集到有效的电法数据,为危机矿山的深、边部找矿开辟了新的途径.