声波阻抗反演识别陷落柱研究

岩溶陷落柱是煤田开采中一种常见的地质灾害体.为研究利用反演方法识别陷落柱,根据煤矿陷落柱的地质特征,设计了整体塌落型和垮落型两类陷落柱地质模型,并通过正演模拟获得了相应的地震剖面.通过对正演剖面进行声波阻抗反演,发现整体塌落型陷落柱的波阻抗值明显高于煤层,垮落型陷落柱柱体与煤层接触的部位的波阻抗值略高于煤层,并且柱内地层存在沉降现象.将这一结论应用到实际三维地震采区,发现与实际资料的吻合度较好,陷落柱的位置和规模在反演上有较清晰的显示,能够识别直径小于50 m的小型陷落柱异常.     

8度抗震设防烈度区板柱-剪力墙高层结构安全性能分析

板柱结构节约结构空间是一种常用建筑结构形式，通常也被认为是抗震薄弱体系，我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》对板柱结构使用范围以及适用高度作了严格限定，与国外规范相比较，我国结构规范对板柱结构有细致严格的构造要求。结合北京8度区某17层带边框高层板柱-剪力墙结构的实际工程，通过ETABS有限元程序对结构进行多遇地震作用分析，重点研究了楼板应力分布。采用SAUSG有限元程序补充罕遇地震下有限元非线性分析，研究了墙柱损伤情况与主要构件性能。应用SAP2000程序采用拆除构件法，分析了板柱结构抗连续倒塌能力。研究结果表明，在满足规范规定构造措施前提下，带边框板柱-剪力墙结构具有较好的承载能力、良好的抗震性能和抗连续倒塌能力，可以达到8度抗震设防烈度区高层建筑安全性能要求。     

全球地震柱的地震层析成像证据

依据地震地热说原理,搜集国内外地震层析成像研究的成果．揭示了地震柱的物理属性。得出全球24个地震柱中已有资料的20个地震柱的深部地幔圆锥体均具有P波高速异常体特征,相反,只有火山和浅源地震活动而无中、深源地震活动的地区,比如冰岛和夏威夷,其地幔深部则为P波低速异常体。为解释这个重要的物理现象和构造现象,引入空化理论解释并提出了3个假设。地震柱概念是地震地热说赖以生存的物质基础和构造基础,是与当今流行的地质学派板块构造、地质力学和地幔柱理论的最大区别。深入解读地震柱的物理属性及其构造学意义．或许能为构造地质学和地球动力学带来革命性的大讨论。     

地震柱的概念及其基本特征

根据地震地热说原理,对全球地震深度进行比较研究,定义了24个地震柱,组成了M型的全球热机带,并按照地震柱的构造形态对地震柱作系统研究,得出了地震柱的一系列物理属性和构造属性,论证了依据地震柱概念解释地震和火山的成因,以及对地震和火山进行预测研究的合理性,从而丰富了地震柱概念的内涵。地震柱是地球本身重要的物理现象和构造现象,是地震地热说赖以生存的物质基础和构造基础,也是地震地热说与当今流行的地质学派诸如板块构造、地质力学和地幔柱理论的最大区别。为了构造地质学和地球动力学的发展,有必要深入解读地震柱的物理属性及其构造学意义,提高地震柱概念的应用价值。如果地震柱的奥秘破解了,那么全球90%的地震和火山灾难就有希望应对了。     

动态金幔柱模式──兼论金星上小型冠状构造的浅起源

热和组分密度异常共同驱动的动态金幔柱解析模式给出金幔柱在金幔中上升的历史．当金幔柱到达岩石层底时其头部的特征量是5个独立变量的函数：（1）金幔柱起源的深度;（2）金幔粘性系数;（3）源温度异常值;（4）源组分与热密度异常之比;（5）金幔柱的浮力通量．基于新的Mapellan数据,金星表面上有360多个冠状和类冠状构造已被发现,其中65％直径小于300km．这类小型冠状构造被认为是由具有下述特征的较小的金幔柱所形成：（1）最大直径小于300km;（2）当其头部到达岩石层底时,过剩温度足以产生部分熔融层,应高于150K;（3）被冠状构造下面的金幔柱带上来的总浮力有能力支撑冠状构造隆起的总质量．用这3个条件分析数值结果并约束金幔柱的源参数,根据本文的数值实验结果,金星上的小型冠状构造可能是起源于上金幔小于1000km深度的动态金幔柱形成的．     

采用内置式构造方案的空心砌块墙体抗震性能试验

为适应农村自建房的局限性和低成本要求,提出内置式新型空心砌块墙体构造方案。内置式墙体充分利用单排孔空心砌块外形特点,砌块本身作为构造暗柱、芯柱或斜撑的模壳,免去模板支护过程,省时省料。进行了4榀内置式构造方案墙体水平低周往复荷载试验,研究了不同构造方案下墙体的破坏过程、破坏形态、承载能力、位移延性和耗能能力等,分析了墙体破坏机理。研究表明:内置构造暗柱、芯柱或斜撑使墙体承载力和刚度明显提高,位移延性和耗能能力显著改善。经综合分析,建议最优构造方案为墙体两端构造暗柱和芯柱集中布置,同时于墙体中部适当增设芯柱,并通过水平拉结筋网片保证构造暗柱和芯柱的有效拉结和共同工作。     

不同构造措施的SRC-RC转换柱抗震性能试验研究

通过1根钢筋混凝土柱和8根不同构造措施下SRC-RC转换柱的低周反复荷载试验,研究SRC-RC转换柱在压、弯、剪共同作用下的抗震性能.分析了试件的主要破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和延性,探讨了不同构造措施对SRC-RC转换柱抗震性能的影响,为合理确定SRC-RC转换柱的构造措施提供参考.     

新型装配整体式短柱抗震性能试验研究

将采用螺栓和栓筋两种连接方式的装配整体式钢板箍短柱的抗震试验结果与普通钢筋混凝土短柱和高强螺旋箍现浇钢筋混凝土短柱的抗震性能进行了对比研究,结果表明,螺栓和栓筋这两种连接方式的装配整体式短柱的抗震性能均优于普通钢筋混凝土短柱而与高强螺旋箍现浇钢筋混凝土短柱的抗震性能相当,这两种节点构造连接可靠、安全,可以用于实际工程中。对这两种连接方式的优异性进行了对比研究,表明低剪跨比的螺栓连接短柱具有更优的抗震性能。     

煤矿陷落柱地震识别技术研究

岩溶陷落柱是煤田开采中一种常见的地质灾害体.由于地质条件、区域构造不同,岩溶陷落柱发育具有随机性特点,单从地质上对其预测并不能从根本上解决现阶段的实际问题.为正确研究识别地震勘探手段所能探测的岩溶陷落柱及其尺寸,本文给定相同地层模型及探测条件,得到对应于不同规模岩溶陷落柱的同一时间叠加剖面和偏移剖面,通过对其波剖面比较以及地震响应分析,研究不同规模岩溶陷落柱在地震剖面上的变化规律,提出识别陷落柱的依据,对正确分辨和圈定陷落柱具有一定指导意义.     

基于ABAQUS的新型型钢混凝土梁柱节点抗震性能数值分析

针对传统型钢混凝土(SRC)柱抗震性能不足的现状,提出2种新型截面型钢混凝土柱,当新型柱与梁连接时,节点的构造措施和抗震性能并不明确。基于Abaqus工作平台,建立已完成的5个新型SRC梁柱节点试验试件的有限元模型,对其循环反复荷载作用下的受力性能进行分析,将数值计算所得滞回曲线、骨架曲线和型钢应力状态与试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上,分析轴压比、混凝土强度和加载角度对节点抗震性能的影响,并建议在实际工程设计中,除了对2个主轴方向的承载力、刚度和位移限值验算外,还应考虑加载角度θ=60°时的情况。     

任意各向异性介质中三维可控源音频大地电磁正演模拟

在一些地层层理发育的地区,地下介质存在显著的电各向异性,此时基于各向同性模型解释含各向异性效应的可控源音频大地电磁（CSAMT）测深观测数据会导致错误的结果.本文通过引入3×3的对称正定张量表征电导率各向异性,采用非结构四面体网格和矢量有限元方法离散电场满足的矢量Helmholtz方程,并将电磁场源等效为系列电偶极子,实现任意各向异性介质中CSAMT高效数值模拟.本文首先通过层状各向异性模型检验三维有限元算法的精度和有效性,进一步建立三维地电模型研究异常体各向异性和围岩各向异性对CSAMT响应的影响,最后使用视电阻率极性图来识别各向异性电导率主轴方向.数值模拟结果表明,各向异性电导率对CSAMT视电阻率幅值及分布规律都有很大影响,视电阻率极性图能够很好地识别各向异性主轴方向.     

可控源音频大地电磁法在隐伏煤矿区的应用

应用可控源音频大地电磁法在福建隐伏煤矿区进行了勘探研究.针对"三下找煤",在试验区做了CSAMT探测,分析原始数据,结合各矿区相关的地质资料,比对反演结果,进行了地层划分,圈定了靶区.研究结果表明,在隐伏煤矿区应用CSAMT法探测煤系地层有切实可行的效果.     

起伏地形下CSAMT二维正反演研究与应用

CSAMT在山区金属矿勘查中,采用各种滤波和相位积分之类的处理方法,校正因地形起伏和局部电性不均匀引起的静态效应,往往难保奏效,开发消除静态效应的新方法是提高CSAMT资料处理与解释水平和方法应用效果的重要研究课题. 本文以如何消除地形影响为重点,对起伏地形下CSAMT二维大地三维源地电模型,采用加权余弦数值积分法,进行波数域电磁场二维有限单元法正演. 为模拟复杂地形地电模型,选取交叉对称网格三角形剖分法,实现了在国内常用赤道电偶极装置的CSAMT二维正演计算;在二维正演的基础上,开发了基于奥克姆反演法的CSAMT二维反演技术,研制出一套起伏地形下CSAMT二维正反演处理与解释方法技术系统. 通过理论模型试算和实测数据处理证实,本系统能有效地削减起伏地形影响. 在找矿应用中,该系统反演的电阻率断面,极大地消除了起伏地形影响和静态效应,突显出清晰的控矿构造和矿体的异常,取得了重要成效.     

无限长源二维各向异性地层中CSAMT有限元模拟

可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)基本上是基于电性各向同性理论的假设,而实际地层普遍表现为电性各向异性现象,因此研究各向异性地层条件下CSAMT方法的电磁响应具有重要的理论意义和应用价值.本文从有源Maxwell方程出发,推导出了二维各向异性地层条件下无限长线源频率域的电磁场响应,得到了一组平行于线源方向的电场分量E_x和磁场分量H_x的偏微分方程,并采用有限元法进行求解.模型的计算结果表明:不论是对均匀半空间还是一维层状介质中的各向异性二维体模型的计算,均能从结果中明显地看出各向同性背景场和各向异性异常体的存在;在计算中通过改变各向异性系数或各向异性旋转角,其结果在视电阻率和相位曲线上均存在显著区别.计算结果表明了在各向异性地层中,仍然采用各向同性的假设进行CSAMT资料的处理与解释,可能会带来比较严重的误差,这种情况下必须采用基于各向异性的地质模型对CSAMT资料进行处理和解释.研究结果对于提高CSAMT方法的勘探效果和应用水平具有重要的指导意义.     

基于牛顿迭代法和遗传算法的CSAMT近场校正

由于可控源音频大地电磁法（CSAMT）采用人工场源在大大增加信号强度的同时也带来了在近区产生非平面波效应的问题,其表现特征为在双对数坐标中卡尼亚电阻率曲线呈45°上升,即所谓的近场效应.本文首先提出了基于牛顿迭代法求解视电阻率方程的近场效应校正方法,通过对二层、三层理论模型试算验证了该方法的有效性;为进一步增强对噪声的压制能力,本文进一步引入了遗传反演的思想,将全频段误差最小作为目标函数,采用自适应正则化方法引入模型参数梯度最小作为稳定因子,由遗传算法求解得到校正后视电阻率,通过对理论模拟数据加随机噪声的校正结果,表明该方法在实现近场校正的同时能剔除噪声干扰,得到的结果与理论模拟曲线吻合度较高.通过对内蒙古曹四夭钼矿区实测CSAMT数据处理结果表明,牛顿法和遗传算法均能明显校正CSAMT因近场效应引起的假高阻异常,能更好地反映地电结构特征.     

某煤矿典型CSAMT法视电阻率曲线的一维模拟

了解煤矿开采区的地层地质情况,指明断层、破碎带、陷落柱等构造及其含水性,并分析其对开采过程中可能造成的安全威胁是煤矿安全生产的重要保证．可控源音频大地电磁测深(CSAMT)法是浅层地球物理勘探的一种有力的手段,可以用来探明从地表到地下1500米范围的地质情况．在开采区完成三维地震勘探,对构造有了较系统的控制后,利用电法CSAMT手段重点来分析构造及地层的含水及富水特性,是一种科学的工作流程．本文采用一维正演方法对该矿区典型的CSAMT视电阻率曲线进行模拟并与实际曲线进行了对比．通过大量的模型拟合,得到了较好的拟合效果,这对反演解释提供了有用信息。     

USE OF ELECTRICAL RESISTIVITY METHODS FOR THE STUDY OF COAL SEAMS IN PARTS OF THE RANIGANJ COALFIELD (INDIA)*

The surface resistivity method has been used to study a few exposed coal seams located in the northwestern part of the Raniganj Coalfield (belonging to the Damodar Valley Gondwana basin), India. Different electrode configurations, viz., Wenner, two-electrode and half-Schlumberger, have been used with different electrode spacings in horizontal profiling. The vertical distribution of resistivity has been studied using Schlumberger configuration at different locations along the profile. Laboratory studies of resistivity (at partial to full water saturation conditions) and porosity of different coal, shaly sandstone and sandstone samples of the survey area had already been carried out before the field survey. The results indicated the presence of a good resistivity contrast between the coal seams and the surrounding formations. The field results did not bear this out: the resistivity responses of the coal formations on the profiles and sounding curves are not as clear as one would expect for such high contents. The Wenner profiles show a broad resistivity anomaly over the coal seams. Two-electrode profiles are less noisy than Wenner profiles. Sharp peaks have been observed over the coal seams. The half-Schlumberger configuration seems the best: all the coal seams and their edges can be accurately outlined on the resistivity curves. Borehole data close to the profile have been used for correlating the field results. There is good agreement with vertical electrical soundings.     

CSAMT全区电阻率法数值模拟及应用探讨

常规的可控源电磁法理论在计算视电阻率公式上,多半采用其电磁场的渐近特征,难以直接反映全区视电阻率的值,及直观地显现地下介质的地质构造.文中采用水平偶极子激发的电磁场,提出了电场的全区精确表达式,直接计算出大地电阻率.利用汉克尔数值滤波算法和逆样条插值算法对水平层状电磁场进行正演计算,并与计算的卡尼亚视电阻率的对比和野外试验结果表明：该方法的结果在远区等价卡尼亚电阻率,在近区和过渡带则明显地改善了卡尼亚电阻率的非波场区场畸变,从而能更好地接近基底的真电阻率,更形象地反映了地下介质的垂向电性变化.     

Research of the electrical anisotropic characteristics of water-conducting fractured zones in coal seams

Water flooding disasters are one of the five natural coal-mining disasters that threaten the lives of coal miners. The main causes of this flooding are water-conducting fractured zones within coal seams. However, when resistivity methods are used to detect water-conducting fractured zones in coal seams, incorrect conclusions can be drawn because of electrical anisotropy within the water-conducting fractured zones. We present, in this paper, a new geo–electrical model based on the geology of water-conducting fractured zones in coal seams. Factors that influence electrical anisotropy were analyzed, including formation water resistivity, porosity, fracture density, and fracture surface roughness, pressure, and dip angle. Numerical simulation was used to evaluate the proposed electrical method. The results demonstrate a closed relationship between the shape of apparent resistivity and the strike and dip of a fracture. Hence, the findings of this paper provide a practical resistivity method for coal-mining production.     

基于遗传算法的CSAMT最小构造反演

利用遗传算法进行不考虑近场校正的全场资料CSAMT反演研究.遗传算法属于全局最优化方法,具有对初始模型依赖小,不易陷入局部极值的优点,然而,当未知数较多时,多解性仍是该方法的瓶颈.为了减小多层反演的多解性,在反演中引入最小构造约束,针对CSAMT的遗传算法反演问题定义了最小构造目标函数,经过模型试验找到了其具体表达式,并找到了适合CSAMT资料反演的拉格朗日乘子的最佳取值μ=0.5,实现了基于遗传算法的CSAMT最小构造反演.利用H、A、K、Q和HKH、KHA模型对方法进行了数值试验,在无噪和加入10％噪声情况下,反演结果与模型一致;加入20％噪声后,反演仍取得良好结果,与理论模型基本吻合.将该方法用于水平层状地层和横向变化地层的实测资料反演,结果与地质资料吻合.不同的计算实例表明了该方法的有效性.