探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT水槽物理模拟实验研究

采用重庆奔腾数控技术研究所的WDJD-3型多功能数字直流激电仪,在电法实验室水槽内布设了探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT法观测系统,进行了物理模型实验。物理模拟实验采用多种观测装置(二极、三极和四极装置),对采集到的数据进行反演成像,得到如下结论:①二极装置电阻率CT反演成像结果不能反映出高阻体的位置与大小;②三极装置CT反演成像结果能较好反映孤石高阻体的位置与大小;③四极装置电阻率CT反演成像也能反映出孤石高阻体的位置与规模,效果与三极装置基本相同。物理模拟实验结果表明:三极或四极装置的跨孔电阻率CT法可用于探测高阻体,它具有采集方式灵活、数据稳定可靠、成像结果直观清晰的优点。基于物理模拟实验的结果,采用电阻率CT法对地铁盾构隧道洞身范围内的孤石高阻体探测具有一定的指导意义。对孤石体的三维电阻率CT法物理模拟实验正在进一步研究中。     

钻井-地表电极联合电阻率观测装置的异常特征研究

本文利用有限单元法对多种钻井-地表电极联合电阻率观测装置在球体、直立板和水平板体等典型地质体模型上的异常响应进行正演计算,并分析其异常特征和分布规律.计算结果表明利用井中和地表电极的联合观测方式进行地下介质探测,可在兼顾地质体的水平分辨能力的同时,提高电阻率测深在垂向上分辨率.就水平分辨率而言,四极（偶极）装置对地质体的水平定位能力最强,井-地三极装置次之,地-井三极的分辨能力最差.就垂向分辨能力来说,各种观测装置的分辨率相差不大.     

不同观测方式下基于伴随矩阵的2.5D全通道电阻率反演研究

全通道电阻率层析成像是采用除去2个供电电极其余接地电极全部采集数据并参与反演计算的一种电阻率成像方法.相比较传统的对称四极测深、斯伦贝谢、偶极-偶极、单极-偶极、单极-单极等勘探方式来说,全通道采集得到的数据可以更好地覆盖目标地质体因此可以更准确地确定介质的电阻率.本文基于有限差分方法求解二维静电场方程和基于伴随方法计算非线性灵敏度矩阵,并利用牛顿共轭梯度反演方法实现全通道电阻率层析成像.理论模型的正演和反演表明了算法的可靠性.与常规四极电阻率法采集方式相比,全通道电阻率法具有更好的分辨率及更灵活的布极方式.在此基础上,着重分析了各种观测装置的有效勘探范围和成像分辨率.本文的研究可以有效指导电阻率法勘探观测装置形式的设计与选取,更好的解决实际工程地质问题.     

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．     

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.     

有限元-无限元耦合法在复杂金属矿体电阻率/极化率正演模拟中的应用——以庐枞盆地泥河铁矿床为例

金属矿电法勘探由于受限于探测深度和复杂矿体形态的解释,在深部矿产资源勘探中难受重视.安徽庐江泥河铁矿床是长江中下游成矿带中最主要的矿床类型之一,矿区复杂的地质结构和矿体形态以及矿体的大深度赋存状态给地球物理勘探特别是电法勘探带来了很大的挑战.为了研究电阻率/极化率法在大深度复杂金属矿体探测中的应用效果,本文以泥河铁矿某勘探剖面为例,在实际矿区的地质模型基础上通过简化建立了相应的地球物理模型,采用偶极-偶极装置及二极装置,对矿区进行直流电阻率/极化率数值模拟.提出采用有限元-无限元耦合法以解决传统有限元法截断边界所引起的问题.理论和计算结果表明:有限元-无限元耦合法相比传统有限元法,能显著提高计算的效率和精度.偶极-偶极装置的视电阻率断面图较二极装置能更好的区分不同地层及磁铁矿异常,而根据铁矿高极化特性,探测深度相对较大的二极装置的视极化率断面图能够更好的反映出异常体位置及范围.     

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.     

走航式水下多道电阻率探测系统研制与应用

为实现水下浅层介质二维电阻率映像法探测,一种走航式水下多道电阻率探测系统(NURSS)被研制开发.该系统由主控系统、定位系统、多道电缆及拖体组成.多道电缆长100m,装配有10个不极化电位测量极(可扩展)和4个供电极,可实现二极和偶极装置测量,电位采集采用并行采集技术.以水库库底渗漏探测为目标的数值分析和应用实例表明该系统比水面电阻率法具有更高的分辨率,可精确探测库底渗漏通道位置与延展深度,是实现水下浅层目标探测的有效工具.     

电极布置方式对高密度电法探测分辨率的影响

高密度电法据观测到的视电阻率数据及其反演后的电阻率剖面来推断地下地质结构.传统高密度电法受限于测线长度和电极装置,存在着一些弊端,如探测深度较浅,在测线端点处分辨率差,并且分辨率随深度增加而下降,特别当存在浅层低阻屏蔽时,电流难以向深部传播,分辨率降低.针对上述问题,为提高高密度电法探测的分辨率,本文介绍了一种新型高密度电法野外布极方式:多电极埋入技术(Multi-Electrode Resistivity Implant Technique,MERIT).通过室内模型测试和野外实地检验,将其与传统高密度电法排列进行比较,结果表明MERIT布极方式在测线端点处和地下深部分辨率有显著提高.在相同测线长度下,探测深度增加,对低阻体的反映更灵敏,受到低阻屏蔽效应减小,能够反映深部更丰富的地层信息.故MERIT能够有效地克服传统高密度电法探测存在的缺陷,有效提高探测的分辨率.     

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.     

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.     

综合物探方法在碳质灰岩库区岩溶渗漏带调查中的应用研究

桂林市全州县洛潭水库常年处于不能正常蓄水状态,水量少,水位浅,为了查明桂林市全州县洛潭水库岩溶渗漏带发育的位置,为帷幕灌浆提供依据,笔者采用综合物探方法对库区进行研究,研究结果表明:受碳质灰岩影响,高密度电法及跨孔电阻率透视对低阻异常体辨识度降低,高密度电法低阻反演异常体范围变大,α2装置对低阻异常体的分辨率小于β装置,跨孔电阻率透视在低阻异常段电阻率等值线容易形成圈闭现象;在碳质灰岩地区,地震折射法、地震反射法及微动法受碳质影响小,采用该三方法组合的方式能较好的确定岩溶渗漏带发育的位置及分布范围;1号岩溶渗漏带分别通过7-2测线515~534 m测点段及大坝钻孔ZK1~ZK2,7-2测线534~592 m测点段为1号岩溶渗漏带隐患区;2号渗漏带分别通过7-2测线655~672 m测点段及大坝钻孔ZK7~ZK8,钻孔ZK6~ZK7为2号岩溶渗漏带隐患区,1、2号渗漏带主要为裂隙渗漏.     

海洋直流电阻率法电测深装置响应分析

海洋直流电阻率法是海洋电磁勘探的重要方法之一,已经在许多海底资源探测中得到实践.本文推导了供电电极位于海底时四层水平层状介质电位表达式和视电阻率计算公式.根据快速汉克尔滤波法,计算含有贝塞尔函数的积分,编写MATLAB程序计算水平层海洋地电模型电位和视电阻率,探究海水深度和沉积层厚度对于视电阻率曲线的影响.研究表明海水越深,海平面对视电阻率曲线影响越小;沉积层厚度越薄,视电阻率异常响应越明显.建立了各种地电模型,并用二极装置、三极装置、偶极装置进行探测,对不同装置获得的视电阻率曲线进行分析,得出偶极装置对于滨海低阻层和高阻层异常反应能力较强.分析了低阻环境下不同装置在不同供电电流下接收端的电位信号强度,研究发现供电电流强度仅在收发距较小时对接收端电位信号强度影响较大,且供电电流越大电位信号强度越高.本文的结果为深入研究海洋直流电阻率法装置类型应用于海底资源探测奠定了基础.     

超高密度电法全四极装置正反演

超高密度电法是一种新型、高效且实用的电法勘探方法,数据信息量是常规方法的数十倍以上.本文从超高密度电法的基本理论与数据采集方式入手,阐述了超高密度电法的全四极装置观测方式,推导了基于双线性插值、三角形剖分的超高密度电法正问题有限单元法求解方法;提出了超高密度电法的偏导数矩阵混合求解及最小二乘广义线性反演算法.以一个典型地电模型为例,分别采用超高密度全四极装置与五种常规排列装置进行正演模拟并反演成像,反演结果表明,超高密度全四极装置相对于单一装置采集方式具有探测数据量大、抗干扰能力强、数据反演异常结果能够更好的刻画实际地质情况的特点.最后,采用超高密度电法对倾斜板状体地电模型进行正反演,说明了该方法能较好的反映出地下电性的分布,有效提高物探解释的可靠性及勘探的准确性.     

走航式电法快速探测技术

以传导类电法勘探原理形成的走航式电法快速探测技术,采用迫近目标体的水下单极供电、多个测量电极线性排列测量电位的方式对水底隐患或掩埋良导目标体进行探测.利用ANSYS软件进行有限元数值模拟的结果表明:探测顶部离水面14m、半径5m的良导球体,当与水平电极系所在直线重合的测线过球顶正上方且距球心9m时,电位相对异常极大值超过8%;水槽物理模拟结果与数值模拟结果很好地吻合,综合验证了走航式电法快速探测技术的有效性.所测数据无需视电阻率转换,同时整套测量系统具有装置灵活与测量快速的特点,适合对江河堤坝和库区渗漏隐患以及水底金属结构物进行快速探测.     

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.     

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.     

地电阻率法中勘探深度和探测范围的理论讨论和计算

本文对地电阻率法中两个常用的基本概念——勘探深度和探测范围进行了理论探讨和计算,分析了电法勘探中关于这两个概念的若干问题和不足。为了适应地电阻率法比较台址条件和研究其探测能力的需要,在分析这些问题的基础上,运用层状介质视电阻率的理论公式提出了勘探深度的新定义。用统一的标准给出了若干不同电性结构、不同装置下的勘探深度的定量结果,并具体讨论了探测范围上、下界面理论位置与介质表层及深部电性变化量大小、装置极距、仪器精度等参数之间的关系。指出在均匀介质、四极对称装置下,利用精度为1级的仪器探测下界面的最大深度可达极距AB的1.5倍左右的新结论,以及给出了加大探测范围的理论途径。最后本文还讨论了两个概念的差异和联系以及在一般非均匀介质条件下求得勘探深度的原则方法。     

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.     

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.