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.     

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.     

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.     

矿井多极供电电阻率法超前探测技术研究

矿井直流电阻率法超前探测技术在坑道安全掘进中发挥着重要作用.论文概述了矿井直流电阻率法超前探测技术的提出与发展,着重分析"多极供电观测"数据处理、成果表达及其应用效果,并指出存在的问题.根据目前矿井安全高效开采的需求,论文认为高分辨率超前预测预报是矿井电阻率法发展的主要方向.     

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。     

电阻率层析成像技术

根据视电阻率实测值重建二维或三维介质真电阻率的分布图像是电成像技术的核心。本文简要介绍了电极阵列系统，分析了二极、温纳、偶极和复合对称四极装置的特点、参数选择、拟剖面构制和探测深度等问题。在数据处理上，以线性反演方法为主，但需针对电位场的特点采取相应措施并发展约束反演和计算Fr6chet导数的新方法。电阻率和自电位的概率成像从一个新的角度给出了地下构造的信息。在技术应用方面，通过电剖面对比、电法／地震联合探测的实例，讨论了电阻率层析图像的物理含义和进行地质推断需注意的问题。电成像的性质属位场反演，不可避免的存在空间分辨率偏低的弱点，发展综合物探，加强与地质方法的结合具有重要意义。     

井下地电阻率观测的探测深度初步研究

对井下地电阻率观测的探测深度进行了研究，计算了均匀半空间和给定结构参数的水平层状介质模型在不同装置电极埋深下的探测深度，分析了探测深度与装置电极埋深和介质电阻率结构之间的关系，得到如下结果:①与地表观测相比，在供电极距为1 km左右时，探测深度随装置电极埋深的增大而增大，且增大的速度与装置电极埋深密切相关；当装置电极埋深h < 100 m时，探测深度的增大速度远小于装置电极埋深h≥100 m时. ②当装置电极埋深h < 50 m时，与地表观测相比探测深度增加很小，不超过10 m；当装置电极埋深相同时，供电极距越大，与地表观测相比探测深度增加得越小. ③对于水平层状电阻率均匀分层结构，在装置电极埋深相同的情况下，下伏低阻结构的探测深度显著大于下伏高阻结构.本文的研究结果表明，为了观测到深部电阻率的变化情况，首先需要查明测区电性结构，再进行综合分析，以确定井下地电阻率观测的装置电极埋深，其结果为深部电阻率变化研究提供了理论基础.      

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.     

江宁地电台的电性结构及关于地电阻率观测值的解释

为了探究地表和井下观测的地电阻率值存在的明显差异，本文首先对江宁地电台电性结构进行了探测，并建立了水平层状电性结构模型；然后基于该模型计算了地表和井下观测装置的理论视电阻率值；最后对比分析计算值与观测值。结果表明，地表大供电极距观测装置和井下观测装置的观测值均可以由地下电性结构进行合理解释，即地表与井下观测值的差异是合理的，是由地下电性结构所决定的。      

用地电阻率探测和监测滑坡体实验

实验采用高密度电阻率方法探测滑坡体的电性结构, 用电阻率变化各向异性方法监测滑坡体的主破裂扩展方向和速率. 实验结果为: ① 电性结构探测实验, 验证了部分原勘测的滑坡体的蠕变体边界和地下水层的深度和厚度, 以及上层介质的性质. 证明滑动带富含地下水层; ② 用电阻率变化各向异性监测实验确定的测点主破裂扩展方向, 与滑坡体GPS位移推断的破裂带方向吻合, 且电阻率变化各向异性系数的变化速率与钻孔倾斜仪测量的滑坡体深部位移变化的速率相应.      

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.     

Detecting underground cavities using microtremor data: physical modelling and field experiment

In this paper, we study the possibilities of the use of microtremor records in the detection and delineation of near‐surface underground cavities. Three‐dimensional physical modelling data showed that the averaging amplitude spectra of a large number of microtremor records makes it possible to evaluate the frequencies and amplitudes of compressional standing waves generated by microtremor in the space between the ground surface and underground cavities. We illustrate how these parameters can be used to estimate the shape of the underground cavity horizontal projection. If the compressional wave velocity in the enclosing rock is known, it is possible to evaluate the depth to the cavity top using the frequencies of the standing waves. The results of the field experiment confirmed the possibility of underground cavities detection using microtremor data.     

地下衬砌洞室对Rayleigh波的放大作用

本文利用波函数展开法,给出了半空间中圆形衬砌洞室引起的Rayle igh波散射问题的一个级数解,并通过对求解技术的改进,获得了高频解答。论文通过入射波长、洞室直径、衬砌刚度和埋置深度等参数分析,研究了地下洞室对Rayle igh波的放大作用。数值结果表明,地下洞室情况下地表位移幅值可以达到无洞室情况的2.6倍以上;多数情况下,柔性衬砌洞室情况地表位移幅值最大,无衬砌洞室情况次之,刚性衬砌情况最小。     

断层气探测方法在深隐伏活断层探测中的有效性研究

断层气探测方法是活动断层探测中常用的一种方法。 实践证明, 这种方法在浅覆盖地区活动断层初勘阶段是有效的。 但在第四系厚覆盖地区开展活断层探测, 断层气方法是否有效或怎样做有助于提高该方法的有效性, 是本文要阐述的问题。 本文利用天津地区断层气实测的丰富资料, 并与人工地震、 钻孔勘探、 样品年代学测定资料进行对比分析, 论证了断层气方法在深隐伏活断层空间位置、 断层活动性判定和断层分段中的有效性。 并依据实际工作经验, 给出了提高断层气方法在活断层探测中有效性的技术途径。     

RESISTIVITY PROFILING WITH DIFFERENT ELECTRODE ARRAYS OVER A GRAPHITE DEPOSIT*

Motivated by several papers by Indian colleagues suggesting that a single-pole array is the most favorable one for locating electrically conductive targets in the underground, detailed measurements were carried out with different electrode arrays over a well-known graphite deposit near Pfaffenreuth, Germany. The following arrays were used: (1) Wenner array; (2) single-pole array; (3) half-Wenner array; (4) half-Schlumberger array. Each of the arrays established the location of the main graphite deposit. The half-Schlumberger array turned out to be the most reliable one since it showed details which were only very poorly indicated by the other arrays or not at all. Mathematical modeling of three-dimensional bodies simulating the geological situation for this deposit were carried out. These results show an unexpectedly good correlation with the measured effects.     

TEMPERATURE ANOMALIES OVER UNDERGROUND CAVITIES*

Theoretical and practical aspects of a new method for underground cavity localization are presented. The method is based on shallow temperature measurements. It is shown that such measurements can complement the geophysical methods most commonly used for cavity location. The results from finite-difference numerical calculations indicate possible origins of temperature anomalies–the existence of which is confirmed experimentally, primarily by field measurements. Temperature anomalies up to 1°C have been recorded over underground cavities. A satisfactory agreement between measurements and theory is found.     

A comparative analysis of seismic response of shallow buried underground structure under incident P,SV and Rayleigh waves

In this study, A time-domain seismic response analysis method and a calculation model of the underground structure that can realize the input of seismic P, SV and Rayleigh waves are established, based on the viscoelastic artificial boundary elements and the boundary substructure method for seismic wave input. After verifying the calculation accuracy, a comparative study on seismic response of a shallow-buried, double-deck, double-span subway station structure under incident P, SV and Rayleigh waves is conducted. The research results show that there are certain differences in the cross-sectional internal force distribution characteristics of underground structures under different types of seismic waves. The research results show that there are certain differences in the internal force distribution characteristics of underground structures under different types of seismic waves. At the bottom of the side wall, the top and bottom of the center pillar of the underground structure, the section bending moments of the underground structure under the incidences of SV wave and Rayleigh wave are relatively close, and are significantly larger than the calculation result under the incidence of P wave. At the center of the side wall and the top floor of the structure, the peak value of the cross-sectional internal force under the incident Rayleigh wave is larger than the calculation result under SV wave. In addition, the floor of the underground structure under Rayleigh waves vibrates in both the horizontal and vertical directions, and the magnification effect in the vertical direction is more significant. Considering that the current seismic research of underground structures mainly considers the effect of body waves such as the shear waves, sufficient attention should be paid to the incidence of Rayleigh waves in the future seismic design of shallow underground structures.     

斜入射条件下地下结构时域地震反应分析初探

通过采用平面波和远场散射波混合透射的应力人工边界条件,得到了地震波斜入射的解析方式,以此为基础建立了地震波斜入射条件下,土体与地下结构动力相互作用的时域计算分析模型。以实际建设的南京地铁某车站结构为研究对象,应用大型通用有限元分析软件ANSYS,进行了地震波斜入射条件下地下结构时域地震反应的计算和分析。初步结果表明:在地震波斜入射的情况下,地下结构的动力反应与地震波垂直入射时有较为明显的差异。     

琼北确定性人工爆破与天然地震识别判据

对琼北地区确定性井下人工爆破和天然地震事件波形特征进行梳理,分析人工爆破与天然地震波不同判据特征。结果表明:P波初动方向、振幅比是识别人工爆破和天然地震的2个主要判据;尾波持续时间、S波最大振幅与持续时间比可作为识别人工爆破和天然地震的一般判据;发震时间可根据事件的强度、规律性,并结合其他判据,仅作为识别过程中的参考因素。     

基于黏弹性边界的地震动输入方法和边界条件选择研究

针对地下工程抗震分析中边界条件和地震动输入方式选择问题,对一地下半无限体模型在一剪切波垂直入射条件下进行不同边界条件和不同地震动输入方法的算例试算。结果发现:两侧采用竖直向位移约束、底部采用黏弹性边界、并在模型底部用等效节点力输入地震动的方法,与三边均采用黏弹性边界条件和三边均采用等效节点荷载输入地震动的方法可以获得同样的结果。该方法易于在ANSYS中通过APDL编程实现,可为地下工程抗震分析中黏弹性边界的使用提供便利。