高密度电阻率法和瞬变电磁法在煤田采空区勘查及注浆检测中的应用

从煤矿采空区诱发的地质灾害对国民经济建设的危害和采空区探测与治理的现实意义出发,总结了煤矿采空区探测中的地球物理方法技术现状,分析了开展煤矿采空区地球物理探测的物性差异前提.在简要介绍高密度电阻率法和瞬变电磁法基本原理的基础上,结合我国新疆某地区的探测实例,研究总结了高密度电阻率法和瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用效果.结果表明,由于煤矿地下采空区和未采区之间存在有明显导电性(电阻率)差异,使用高密度电法和瞬变电磁法综合勘察煤田采空区效果较好,工作区120 m以上浅部采空区采用高密度电法探测,其定量解释结果精度较高,而100~350 m深度范围内采用瞬变电磁法探测作定量推断解释效果较好.文章还结合应用实例探讨了利用高密度电阻率法评价煤矿采空区注浆治理效果的可行性.     

土-结构相互作用的岩溶区框架结构抗震研究

岩溶区地质条件复杂,采用土-结构动力相互作用的方法,探讨一些特殊的地质条件对上部结构的地震反应影响,对岩溶区的建筑抗震研究具有重要意义。研究表明:岩溶地基中土洞的发育会使土层对地震波的放大效应增强,导致上部结构位移和剪力增加;与垂向分布土洞的工况相比,当土洞水平分布时,岩溶地基上部框架结构地震反应更强,框架结构位移和剪力较大。     

高压输电线塔基煤矿采空区的高密度电阻率法探查研究

煤矿采空区的塌陷与变形对高压供电线塔基的稳定构成了极大的威胁．使用高密度电法对塔基附近的地质结构进行了探测,应用二维和准三维反演方法确定了地下电阻率分布形态,以此为基础推断解释了塔基附近煤矿采空区的位置和形态,并对塔基的加固处理提出了建议。     

高密度电阻率成像法在地质灾害勘察中的应用

在山东济南岩溶勘察及矽卡岩型铁矿采空区勘察中,受场地及人为干扰限制,分别采用并行高密度电阻率法地面装置及井中装置进行探测,根据反演电阻率成果圈定的低阻异常,指导相应钻探验证工作。经钻探验证,岩溶勘察中推断低阻异常基本为充填岩溶或破碎带引起,采空区勘察中推断的低阻异常为富水采空区引起,验证效果较好。并行高密度电阻率法工作形式多样灵活,采集数据量大,工作效率高,受场地限制少,反演成果分辨率高,可以用于岩溶、采空区勘察及其他地质灾害勘察工作。     

岩溶区岩土层地球物理性质浅析-以吉利岩溶塌陷区为例

为了解电法勘探、地震勘探及重力勘探在吉利岩溶塌陷区应用的可行性,本研究分别对该区的土层及岩石进行分类采样,利用对称小四极,单孔地震纵波波速测试及环刀法分别对土层及岩石的样品进行电阻率、纵波波速及密度测试分析,结果表明充气土洞、充气溶洞与相应的围岩介质电阻率差异最大(∞),完整灰岩与充水溶洞的电阻率差异次之(14022.46Ω·m),粉质粘土与耕植土的电阻率差异最小(28.33Ω·m);完整灰岩与充气溶洞密度差异最大(2.64 g/cm3),裂隙或破碎灰岩与充气溶洞密度差异次之(2.30 g/cm3),含碎石粉质粘土与粉质粘土密度差异最小(0.07 g/cm3);完整灰岩与充气溶洞波速差异最大(3660 m/s),裂隙或破碎灰岩与充气溶洞波速差异次之(3460 m/s),完整灰岩与裂隙灰岩波速差异最小(200 m/s).土层、岩石及异常体之间的物性差异明显,适合开展电法、地震及重力勘探,另外,本研究还总结出吉利岩溶塌陷区耕植土、粉质粘土、碎石土、裂隙灰岩和完整灰岩的电阻率、弹性波速、物质密度的范围值、平均值、常见值、标准值,为岩溶塌陷区地球物理综合方法解释提供了可靠依据.     

基于自适应有限元的复电阻率法2.5维复杂构造电磁场模拟

复电阻率法在矿产、油气勘探调查中发挥着重要作用.为了认识复杂构造的复电阻率法电磁场的变化规律,本文基于自适应有限元方法,采用非结构化网格,引入Cole-Cole模型,实现了电偶源2.5D复电阻率法电磁场正演,可以模拟复杂地形和地电结构,正演结果更符合野外实际地质情况.通过将本文的计算结果与半空间模型解析解、层状介质和起伏模型结果进行对比,验证了本文算法的正确性.最后,基于复杂地电模型,通过正演模拟,系统分析了地形、激电参数、复杂构造对复电阻率法电磁场的影响特征.     

综合物探技术在煤矿采空区勘察中的应用

煤矿采空区勘察是场地建设适宜性评价的基础,物探是采空区勘察的重要手段,瞬变电磁法和可控源音频大地电磁法在采空区的勘察中应用广泛。文章论述了瞬变电磁法和可控源音频大地电磁法的工作原理、参数选择和解译原则等,以济南市章丘某煤矿采空区勘察为例,对2种物探方法采集结果进行对比分析得到:①2种方法视电阻率变化趋势接近;②视电阻率总体范围变化不大;③采空区和断裂异常反映略有不同。2种方法推测结论基本一致,经钻孔验证,物探结果与钻探结果基本吻合,表明瞬变电磁法和可控源音频大地电磁法能有效查明采空区的分布情况,获得较好的地质勘察效果。     

广西岩溶区工程地质灾害及场地处理

为减小岩溶区地质灾害带来的损失,以广西岩溶区为例,分析了广西岩溶地质的分布特点,对广西岩溶区的工程地质灾害进行研究分类,对岩溶区工程场地处理方法进行研究,综述了地表封闭防渗法、地面下加固处理法、结构物跨越法三大方法的原理、实施效果和实用性。研究发现:由于降雨和地下岩石类别差异等因素,广西的岩溶分布类型具有强烈的地域特性,形成了三大岩溶地貌特征;产生岩溶区地质灾害最主要的诱因是地下水的变化,重要工程中定时定点监控地下水变化十分重要;广西的岩溶区溶洞和土洞塌陷主要是人为因素造成的。     

用于深部采空区探测的可控源音频大地电磁法抗强干扰数据采集及处理策略

高速公路施工穿越煤矿采空区,存在巨大的安全隐患,严重威胁人员和道路安全,因此准确探测煤层采空区位置对公路勘察具有重要的现实意义.本研究采用可控源音频大地电磁法(Controlled-Source Audiomagnetotellurics,简称CSAMT)对煤矿采空区进行探测.为提高强干扰背景下深部采空区的探测精度,本研究有针对性地采取了相关数据采集及处理策略.首先结合采空区地质地球物理特征,在强干扰背景下进行多次试验工作,重点研究发射频率、发射电流、发射距等对高精度数据采集的影响,以确定最佳的组合采集参数.然后,在数据处理过程中着重探讨静态效应对反演结果的影响,同时对反演后的结果采用阈值分割方法突出深部采空区电性异常特征.最后结合研究区已有地质物探资料与反演获取的各测量剖面电阻率断面图,查明隐伏采空区的位置、分布范围、规模等基本情况,并布设钻井进行验证,结果表明,实际采空区的埋深及位置与物探异常对应较吻合,验证了本方法的可行性与有效性.     

综合地球物理勘探快速获取城市待建区浅部三维地质特征:以成都市天府新区独角兽岛为例

尽管在城市中使用地球物理方法进行探测会受到复杂人文干扰、施工场地有限的挑战,但是相比于昂贵且具有破坏性的钻孔勘探,在城市采用无损的地球物理勘探带来的好处还是远远超出了其限制.本文以成都市天府新区独角兽岛为试验区,在提前了解其地质背景和研究区工况现状的前提下,采用地质雷达、高密度电阻率法组合地球物理方法,对试验区1 km2的面积开展了综合地球物理勘探,地质雷达主要用于30 m以浅的地质结构精细分层,高密度电阻率法重点对30～100 m深的地层进行约束分层.为了提高分层精度,测点及地表起伏形态通过RTK测量控制,最终通过综合地球物理信息、RTK测量信息和钻孔信息,快速获取了试验区100 m以浅的三维地质特征,为正在开展的独角兽岛地下空间规划及施工建设提供了重要的基础资料.     

高密度电法测试在苏州地区工程勘察中的应用

简要介绍了高密度电法的基本原理和特点,结合昆山新久力厂房工程古河道探测的实例,分析了工程概况,剖面布设,参数选择和勘探结果。并结合钻孔资料对电法勘探推测结果进行了验证。根据探测实例,认为,高密度电法测试在苏州平原地区与钻孔结合运用,可以快速、有效地判别地下古河道、洞穴等不良地质隐患。     

地面磁共振与瞬变电磁横向约束联合反演方法研究

大地电阻率分布信息是影响磁共振地下水探测反演结果准确性的重要因素.在众多电磁法勘探技术中,瞬变电磁法具有高分辨率、高效率和大探测深度等优势,能准确探测地下几百米范围内的电阻率分布信息.因此磁共振与瞬变电磁联合解释方法具有重要意义.然而,利用单一测点拼接的磁共振与瞬变电磁联合解释方法进行模拟二维反演时存在解释结果不唯一,容易出现错误异常体等问题,尤其在复杂地质情况下,同一测线上相邻测点探测结果连续性差,解释结果偏离实际.基于此,本文提出磁共振与瞬变电磁横向约束联合反演方法（Laterally Constrained Inversion,简称LCI）,重点引入外推积分法（quadrature with extrapolation,简称QWE）,解决了传统正演过程中基于直接数值积分方法引起的求解效率低的问题,保证了联合反演方法的顺利实施,进而以相邻测点地下结构应具备连续性为依据,引入横向约束反演思想,通过在联合反演目标函数中加入相邻测点间各模型参数约束矩阵,提高磁共振解释结果准确性,加强探测剖面地质结构和含水模型连续性.经过理论模型证实,本文提出的LCI方法能有效提高传统一维反演结果的稳定性和唯一性.最后,对安徽黄山野外实际探测数据进行横向约束联合反演,验证了磁共振与瞬变电磁LCI联合反演方法的实用性.本文的研究成果将为磁共振与瞬变电磁空间约束联合反演奠定基础.     

Resolution of 2D Wenner resistivity imaging as assessed by numerical modelling

Modelling of 2D resistivity imaging was done in order to understand the principle resolution of the technique in different geological situations, and for assessing the behaviour of the interpretation methods under controlled circumstances. The Wenner array was used throughout. The results show that the 1D approximation only provides reasonable results in environments with very gradual lateral resistivity changes, otherwise the result may be strongly misleading. Inversion using the 2D quasi-Newton technique results in adequate resolution of the structures in moderately complex environments, but the Gauss–Newton method holds a significant advantage in some complicated cases. The data density can also be of crucial importance for the resolution capability, notably of narrow structures.     

考虑关断时间的回线源激发TEM三维时域有限差分正演

从麦克斯韦旋度方程出发可以直接导出瞬变电磁场扩散方程,然而扩散方程不含电场对时间的一阶导数,不能构成显式的时域有限差分方程,借鉴du Fort-Frankel有限差分离散方法引入虚拟位移电流项构建显式时域有限差分方程.对Wang和Hohmann的经典时域算法进行了两点改进:第一,通过将矩形回线源电流密度加入麦克斯韦方程组的安培环路定理方程,实现回线源瞬变电磁激发源加入;第二,在计算中考虑关断时间.第一点改进使时域有限差分方程考虑了一次场的计算,并且源的计算不再依赖均匀半空间模型响应作为初始条件,使算法能够适应表层电阻率不均匀时的三维复杂模型.由于实际观测中不可能出现阶跃电流的关断形式,第二点改进可以方便设置发射电流下降沿.采用改进的三维时域有限差分正演算法对均匀半空间模型、四类三层模型、均匀半空间中含有低阻块体模型进行了计算并分别与解析解、线性数字滤波解、积分方程解和Wang的三维时域有限差分解进行了对比验证.以H模型为例,采用建立的三维时域有限差分正演算法计算了不同关断时间的斜阶跃脉冲回线源瞬变电磁中心点感应电动势衰减曲线.以实际地质资料为基础,构建包含两层采空区的三维复杂模型,以1 μs的极短关断时间进行了复杂模型定回线源瞬变电磁响应计算,并计算了该复杂模型的视电阻率曲线.     

高密度电阻率法在果香峪溶洞勘查中的应用效果分析

地下岩溶的发育影响着地面基础工程的安全使用,所以,我们要对岩溶地区发育特征进行全面的了解,以采取相应的措施保证该地区地面建筑的安全。溶洞的空间赋存状态一般是不规则的三维地质体,它的发育与地下水系及该地区的地质构造有紧密联系,造成溶洞的洞室可能含有高阻或低阻填充物,导致溶洞与围岩之间存在物性差异。高密度电阻率法正是利用物...     

多方位拟3D电法技术在古墓葬探测中的应用

2D高密度电法在古墓葬勘探中应用较多,但二维剖面解释局限性愈发突出。以2D平行或等角度放射状测线为基础的拟3D高密度电法能够一定程度上给出三维信息,但对地表条件要求较高,灵活性稍差。3D高密度电法能够给出详细的3D探测信息,但施工效率偏低,且难以适应复杂地表环境。为解决复杂地表环境古墓葬探测问题,提出了一种多方位拟3D高密度电法技术,并在一个位于密集竹林中的大型古墓葬调查中进行了应用研究。结合地表条件布设多个方位的2D高密度电法测线,将多个方位的2D反演数据合并为拟3D数据体,进行可视化解释获得了内部结构的3D信息。结果表明,该技术能够适应复杂环境,拟三维数据不仅能补充二维解释缺失的信息,且与钻探结果基本吻合。      

Slopes of an airborne electromagnetic resistivity model interpolated jointly with borehole data for 3D geological modelling

We investigate a novel way to introduce resistivity models deriving from airborne electromagnetic surveys into regional geological modelling. Standard geometrical geological modelling can be strengthened using geophysical data. Here, we propose to extract information contained in a resistivity model in the form of local slopes that constrain the modelling of geological interfaces. The proposed method is illustrated on an airborne electromagnetic survey conducted in the region of Courtenay in France. First, a resistivity contrast corresponding to the clay/chalk interface was interpreted confronting the electromagnetic soundings to boreholes. Slopes were then sampled on this geophysical model and jointly interpolated with the clay/chalk interface documented in boreholes using an implicit 3D potential‐field method. In order to evaluate this new joint geophysical–geological model, its accuracy was compared with that of both pure geological and pure geophysical models for various borehole configurations. The proposed joint modelling yields the most accurate clay/chalk interface whatever the number and location of boreholes taken into account for modelling and validation. Compared with standard geological modelling, the approach introduces in between boreholes geometrical information derived from geophysical results. Compared with conventional resistivity interpretation of the geophysical model, it reduces drift effects and honours the boreholes. The method therefore improves what is commonly obtained with geological or geophysical data separately, making it very attractive for robust 3D geological modelling of the subsurface.     

多道瞬态瑞雷波技术在公路采空塌陷区探测中应用

地下采空塌陷区岩体结构具有明显的结构不连续、松散、断裂、空洞等异常结构特征,本文在分析公路采空塌陷区地球物理场特征的基础上,详细讨论了应用多道瞬态瑞雷波技术探测采空塌陷区的可行性以及相关技术,深入分析基于瑞雷波波场特征、频谱结构、能量衰减、频散特征、相速度以及多阶模等特征探测和评价地层结构的均匀性、地下空洞及异常结构体等地下障碍物的存在及其空间分布的解释标志.滚动式多道瑞雷波探测技术可以有效地探测地下采空区、软弱结构体等异常结构体的赋存状态及空间分布.     

地震作用下横断层地质金属成矿带电法找矿成果研究

深部矿产资源勘探是未来勘探的必然趋势.地震作用下的横断层地质构造对金属矿、 能源矿等矿产资源的分布具有重要影响,拥有较大的找矿潜力.对于地震作用下横断层地质等条件复杂的场合,采用高密度电阻率法、 激发极化法和可控源音频大地电磁法等单一电法勘探可能存在找矿效果不佳的问题,有必要研究更为有效的找矿技术方法.首先阐述了激发极化法、CSAMT法等电法勘探的基本内容和各自优缺点;然后,在分析地震作用下横断层地质特征的基础上,研究并提出了基于激发极化法和CSAMT的综合找矿法.基于激发极化法和CSAMT的综合找矿法能有效反映地下地电差异,在大深度范围有效反应地电断面电阻、 极化率参数,互相校正验证;结合已有地质物探资料,推断地下异常,提高横断层的金属矿产勘探效率和效果.将本文的研究成果应用于某横断层地质区域的金属矿勘探实践,取得了良好的勘探效果.实践表明本文所提方法有效、 可行.     

A case history of secondary 3D seismic exploration in the Liaohe basin: An example from the Rongshengpu-Qianjin area

The working area is located in the industrially developed region of Rongshengpu-Qianjin, where a surface water system is developed, surface-layer lithology is complicated, and various kinds of hydrocarbon traps are buried at depth. The seismic data acquired previously couldn’t be interpreted due to the complex surface and geological conditions. Taking secondary 3D seismic from the Rongshengpu-Qianjin area as an example, this paper describes a set of techniques designed to overcome these difficulties and improve the quality of seismic data. The applied techniques included flexible acquisition geometry, low-noise receiver conditions, quantitative quality control, and so on. First Author Tian Qingbo, Engineer, graduated in Applied Geophysics Department from Chengdu Geology College in 1991. He engaged in acquisition and processing of seismic data, research of acquisition method for a long time. Now, he works in the department of Project and Technique in Geophysical Exploration Company of Liaohe Petroleum Exploration Bureau.