南水北调西线工程深埋隧道地质超前预报系统研究的思考

深埋长隧道是南水北调西线工程施工中的难点,隧道地质超前地质预报可分为施工前地质预报和施工阶段地质预报,目前施工前地质预报应用的可控源音频大地电磁法及施工阶段应用的地质雷达、TSP、红外辐射测温技术有一定的效果,但是针对南水北调西线工程这样复杂的岩层,必须对现有的预报方法进行改进.     

CSAMT法在高速公路长大深埋隧道勘察中的应用研究

CSAMT法是一套综合了MT和AMT各自优点的电磁自动采集和处理系统.本文介绍了CSAMT的原理、特点、工作方法和资料处理.该系统首次运用于高速公路长大深埋隧道勘察中，结合其它手段，成功解译出了隧道的软弱层、地下水及断层破碎带的位置，为划分隧道围岩类别提供了较好的依据，同时也为高速公路长大深埋隧道提供了一种新的勘察方法.     

EH4时频数据联合处理及其在煤矿采空区的应用

煤矿采空区对地面建设工程和人民生命财产构成巨大潜在危害,利用EH4连续电导率剖面仪能对其进行有效识别.目前,EH4数据处理基本依赖于系统自带软件IMAGEM,所得结果一般很难满足资料解释的精度要求,故掌握EH4数据的再处理具有重要意义.对EH4数据进行时频联合处理能够最大化利用地电响应信息:时域数据处理是对原始资料的再认识过程,其基本流程包括时间序列读取、时频转换、功率谱分析和阻抗估算;频域数据处理则是在时域数据处理的基础上,选择合适的反演方案,将所得的高质量频域数据进行反演成图.本文通过对某煤田相关矿区进行大地电磁探测及EH4数据处理,对这些区域的大地电磁响应进行分析,得到高质量频域数据,并利用基于阻尼高斯-牛顿法的正则化反演进行频域数据反演成图及解释,最后得出了合理可靠的地球物理解释,成功圈闭出三处采空区,并在实际回填过程中得到验证,处理结果真实可信.     

音频大地电磁法在黄土区填图中的应用

通过在工作区内布设音频大地电磁测线,并结合当地已有的地质与测井资料对测深数据进行约束反演,结果表明:①音频大地电磁测深法对工作区的地层岩性分层具有较好的效果,并对深部的基岩面与上部土层的分界具有较好的反映;②工作区内的地层产状比较稳定;③测点点距对结果精准度有一定的影响。进一步总结了音频大地电磁法在黄土区填图中的适用性,对指导音频大地电磁法在黄土区填图中应用具有重要意义。     

多种频率域电磁法在冷水坑矿集区的应用效果对比

江西省冷水坑矿集区具有浅部斑岩型矿体与深部层控叠生型矿体的复杂组合.利用现代地球物理方法对矿集区地下深部结构进行了探测,对圈定地下容矿、示矿地质信息和认识地下深部成矿过程具有重要意义.本文以位于江西省贵溪市境内的冷水坑银铅锌矿田为试验研究区,开展了混场源音频大地电磁测深法(EH4)、音频大地电磁测深法(AMT)以及可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)三种不同频率域的探测试验,研究和总结了频率域方法以及不同仪器电磁法数据采集特点和应用效果,为频率域电磁法勘探提供借鉴和参考.通过对冷水坑矿集区典型勘探线上三种电磁方法的数据处理,绘制了视电阻率和相位单点测深曲线、原始拟断面及二维反演断面图.发现单点曲线形态基本一样.由于AMT在低频段受矿区工业干扰,视电阻率曲线呈45°上升;视电阻率、相位拟断面对地下电性分层结构基本一样,总体可分为三层,且分层结构较清晰;二维反演断面能够较好反映地下高低阻异常响应,但响应效果有所差异且CSAMT法效果较好.因此在干扰严重地区,建议选用人工源发射的可控源音频大地电磁测深法(CSAMT).     

大亚湾中微子试验隧道工程不同物探方法探测结果综合分析

对不同埋深花岗岩采用重力法、电法和电磁法、地震法等地球物理勘探方法的结果差异性如何?本文以广东大亚湾花岗岩为例,先后开展了重力法、高密度电法、地震折射法、可控源音频大地电磁法(CSAMT)等4种不同方法,探测中微子场地断层破碎带、花岗岩与沉积岩接触带、风化壳厚度、地下水埋深等与隧道工程设计方案和围岩稳定性密切相关的地质条件.地球物理勘探以岩层物性(电阻率、波速和密度等)为基础,这些特征与岩性及地下水状态相关.同时相同物性特征对应不同岩层和含水状态,因而物探结果具有多解性.在工作中采用多种物探方法进行了相互补充验证.勘探结果比较后发现,对浅表50 m以内风化壳厚度,以人工重锤为激发震源的地震折射法效果较好,对风化壳分带和厚度达100多米的风化囊,高密度电法探测效果较好,而对于深大断裂或密闭断裂,重力法和电磁法效果较好.这四种不同物探方法结果的综合分析,对全面深入认识花岗岩地质条件提供了依据,其结果得到了钻探和隧道工程施工开挖揭露的验证.     

高分辨电磁法在B隧道勘查中的应用

本文介绍了在B隧道勘查中应用高分辨电磁成像技术探测隐伏构造的一个成功实例。数据采集采用高频电磁成像系统（STRATAGEM EH4，频率范围从1Hz到90kHz）。野外采集正交的电磁场分量，从地磁成像剖面中提取目标体有关电磁学信息。为获取高质量的采集数据，野外采用包含天然场源和全张量可控源的混合场源。B隧道坐落在位于中国中部的湖北省的西部，隧道埋深不到200m，但区域地质作用导致它的地质机构十分复杂。第一次勘查过程中，勘探人员误把一个脱落体的露头当成基岩面，施工过程中出现了冒顶。第二次勘探时采用高分辨电磁法和折射地震法，这次勘探找到了隐伏的基岩面和一个隐伏断裂。勘探结果与后来隧道挖掘揭示的构造吻合。     

基于南水北调西线工程岩性特征的CSAMT法有限元三维数值模拟研究

有限元法是地球物理数值模拟中常用的方法,本文采用三维可控源音频大地电磁法(CSAMT)有限元数值模拟的程序,根据南水北调西线工程岩性的地球物理特征,设置了不同的三维模型,并对其进行了有限元数值计算分析,从三维空间中模拟场的规律,探索了不同地质异常体的特征,为提高可控源音频大地电磁法在南水北调西线工程深埋藏隧洞探测地质异...     

青海木里天然气水合物储层大地电磁法理论模拟分析

青海木里地区地质构造复杂,天然气水合物成藏规律不清,为了大地电磁法探测天然气水合物有更好的应用效果,有必要进行大地电磁法理论模拟研究.本文基于青海木里地区的天然气水合物赋存方式,设计了两种天然气水合物地电模型,采用大地电磁法的有限元法正演及非线性共轭梯度法反演计算,重点分析大地电磁法对冻土层、断裂及水合物储层的分辨率及不同极化模式反演对水合物储层的识别效果.理论模拟结果表明:大地电磁法对冻土层、断裂有较好的探测效果;TE模式的反演结果比TM模式的反演结果对水合物储层异常反映更明显;TE+TM模式中降低TE模式的数据误差值,使TE模式的数据在反演过程中权重加大,反演结果也能显示出水合物储层异常.本次的理论模拟结果对探测天然气水合物的大地电磁数据处理有一定借鉴作用.     

CSAMT法在某铁路隧道勘察中的应用研究

可控源音频大地电磁法(controlled source audiofrequency magnetotelluric,CSAMT)由于其相较于其他物探方法具有探测深度大、不受高阻层屏蔽、横向分辨率高等优点而被逐渐应用到铁路隧道勘察当中.本文介绍了CSAMT法的方法原理及工作方式,以红豆山隧道为例进行研究,在充分了解测区的地质地球物理的条件下设计合理的观测系统,并对原始数据进行分析处理之后进行带地形的二维反演.根据获得的电阻率剖面对隧道分段进行地质解释分析,为钻孔布设及隧道设计、施工提供基础依据.     

Small fixed-loop transient electromagnetic in tunnel forward geological prediction

Tunnel forward geological prediction is indispensable to tunnel construction. The transient electromagnetic method is widely used in the field of tunnel forward geological prediction. A small fixed-loop transient electromagnetic method adapted to the limited space of a tunnel face is proposed for tunnel forward geological prediction for the first time. This method makes use of a large number of non-central points inside the loop. The obtained numerical simulation and field data show opposite trends owing to mutual inductance and self-inductance. A correction method for the field value of non-central points is proposed. The influences of different parameters are verified and the correction function is established by a test method. The validity of the correction function is verified through controlled field tests. The small fixed-loop transient electromagnetic has been successfully applied to a tunnel under the Weiwu expressway. This method can effectively improve the detection depth and better detect unfavourable geological bodies, such as karsts in front of the tunnel face.     

综合地质预报技术在岩溶区隧道施工中的应用

通过对地质分析法、地质雷达、红外探测,超前水平钻孔等超前地质预报技术在某隧道中岩溶预报中的应用研究,对比分析几种地质预报技术的特点,得到由多种预报手段综合而成的预报系统的实用性以及在指导施工方面的作用优于单一地质预报方法的结论,并对照实际开挖情况提出针对岩溶地质条件的施工建议.     

高分辨V6系统在矿山顶板涌水隐患中的应用研究

V6系统是Canada Phoenix Geophysics Limited 2000年推出的最新产品,是目前可控源音频大地电磁测深(CSAMT)方法中功能最为强大的仪器之一.2001年3月利用V6仪器对某铁矿(440 × 300)m2的矿区进行了面积性CSAMT勘测.矿体上盘灰岩中的溶洞、断层、含水破碎带以及可能的与含水层的联系在成果图上反映的非常清晰,为矿山进行水隐患治理提供了一份明确的资料.     

高压富水区隧道超前地质预报应用研究

隧道施工过程中,经常遇到突水、突泥和坍塌等无法预料的地质灾害,给施工安全带来了重大灾难和无法估计的经济损失,为了保证隧道施工安全,对不良地质体的发育情况进行准确及时的超前预报,是当前隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题.详细介绍了TSP-203超前预测预报原理及方法,针对渝宜高速公路某隧道复杂的地质条件,在施工过程中进行了超前地质预测预报,并对预报结果进行了较为详细的处理和分析,同时根据隧道施工现场高压区富水层等地质情况,对隧道外水荷载计算方法和衬砌设计结构进行了分析.结果表明,预报成果与实际情况基本吻合,有效地指导了隧道施工.     

Integrated geological and geophysical exploration for concealed ores beneath cover in the Chaihulanzi goldfield, northern China

An integrated geological and geophysical investigation was carried out in the near‐mine areas of the Chaihulanzi gold‐field, Inner Mongolia, northern China, to determine the south‐eastern strike extension of the principal mineralized shear system, in the search for new resources. In this case study, surface geophysical surveys played an important role in defining the mineralized structures beneath cover. A re‐investigation of the mine geology by observing the underground exposures of mineralization and its hosting structures, coupled with re‐evaluation and re‐examination of previous exploration data, revealed that the mineralization style at the Chaihulanzi gold‐field is not the skarn‐type as previously assumed, but is structurally controlled by an oblique‐sinistral shear structure. Moreover, a south‐eastward shallow‐plunging mineralized corridor within the principal mineralized shear system was also identified, implying that the ore‐forming fluid‐flow might move through the mineralizing system, from the south‐east at depth to the north‐west. These new geological findings imply that the mineralized shear system should extend much farther south‐eastwards along strike beneath cover, and thus a conceptual target area was proposed. A detailed geophysical survey program, involving the application of VLF‐EM, Stratagem EH4, CSAMT and gradient IP measurements, was carried out to test the validity of the conceptual target. Orientation surveys on the geologically known Line‐18 traverse revealed that VLF‐EM and Stratagem EH4 were the most effective methods of detecting the unseen mineralized system, whereas CSAMT could only provide low‐resolution data, and IP proved to be unsuitable in this environment due to the ubiquitous presence of graphite‐bearing schists in and around the mineralized system. A follow‐up systematic VLF‐EM survey highlighted the principal mineralized shear system as a linear conductive belt, tracing the principal mineralized system for a further 750 m of strike length beneath cover from the previous exploration limit (Line 18). Stratagem EH4 soundings over six parallel traverses perpendicular to the mineralized trend revealed that the principal mineralized shear structure extends for more than 500 m in the dip direction, a strong indication of the presence of potential deep mineralization under the surveyed area. Detailed modelling of the Stratagem EH4 sounding images provided well‐defined targets for test drilling. Subsequent test drilling on some of these targets returned encouraging results as several core‐intercepts of economic gold mineralization were encountered. This led to a more extensive drilling and underground prospecting program, focusing on deep mineralization south‐eastwards along the mineralized trend.     

数学形态滤波与大地电磁噪声压制

数学形态滤波是一种新型的非线性滤波方法.介绍了形态学滤波的基本原理,针对大地电磁信号表现出的非线性、非平稳性和非最小相位特性,综合结构元素特征我们提出一种基于数学形态滤波的大地电磁噪声压制方法.为了有效抑制目标信号中的噪声干扰及修正统计偏倚现象,通过选用合理的结构元素及形态开-闭、闭-开组合,将正、负结构元素级联构造组合广义形态滤波器对实测大地电磁信号进行噪声压制.实验结果表明,该方法是切实可行的,有效地剔除了大尺度干扰及基线漂移,较好地还原了大地电磁信号的原始特征,修正了标准形态算子所产生的统计偏倚现象,去噪精度高.该方法计算速度快,具有潜在优势,为矿集区海量大地电磁信号与强干扰的分离提供了一条新的途径,应用前景广阔.     

南水北调西线千米深长隧洞围岩构造地球物理勘探

2004年对南水北调引水隧洞西线一期工程中玛柯河－贾曲段20 km深埋长隧洞进行了地质结构面、岩性特征、赋水性等地球物理勘探、工程地质勘查,并进行综合解释以查清勘探区影响引水隧洞工程建设的不良地质体和不良地质构造.本文介绍了CSAMT法隧洞勘探的特点、资料采集的过程及应特别注意的复杂地形资料处理技术,结合其他补充物探手段及地面工程地质勘察结果对20 km深埋长隧洞围岩介质的结构特征进行了解释,指出了可能影响工程的断层、破碎带及异常区     

引洮工程15~#饱和黄土隧洞主要病害及防治措施

以甘肃省引洮工程总干渠15#引水隧洞施工实践为例,分析了隧洞所在标段饱和黄土的主要工程地质条件,着重研究了在隧洞施工过程中遇到的围岩塌方、拱架变形、涌水等不良地质现象并提出了预防和处理措施,并且通过对桩号为105+166安装的围岩变形观测试验数据分析得到了饱和黄土隧洞变形的一般规律,为施工中何时进行二次支护提供科学的依据。     

风险评估在神木一号风积沙隧道中的应用研究

基于层次分析法、专家调查法和模糊评价法,对风积沙隧道塌方风险源因素进行识别,提出了工程地质因素、水文地质因素和施工设计因素三大类风险源。分析了各类风险源下具体风险因素的权重以及评价集,结合神木一号风积沙隧道的具体特点,对其塌方风险进行了评价。研究表明：影响风积沙隧道塌方风险的主要因素是施工设计因素,而施工设计因素中,超前支护类型这一二级风险因素又是风积沙隧道塌方与否的决定性条件。     

TST隧道地震CT地质超前预报技术及应用

国内外的隧道地质超前预报技术正在发展之中,4目前应用的负视速度法,水平剖面法,TSP技术等,由于观测方式和资料处理方法比较简单,不能准确确定掌子面前方围岩的波速,从而致使地质界面定位不准确,围岩工程类别划分缺乏依据,亟待改进。本文提出的TST技术采用空间观测方式,资料处理方法采用偏移成像和走时反演成像,解决了掌子面前方围岩速度结构的分析问题,实现了隧道围岩地质结构的精确成像,适合复杂地质条件下的地质超前预报应用。