中尺度模拟土壤油污染区探地雷达探测效果分析

为使物理模拟实验效果与实际探测情形更为接近,在室外自然条件下建立中尺度土壤石油污染实验模型,油污染区扩展深度超过1 m,采用实地探测中常用的500 MHz雷达天线进行长期定时探测.通过实测雷达图像特征、土壤含水量含油量分析,并对比前人开展的小尺度室内模拟试验结果,综合评价探地雷达对油污染区的探测效果.研究表明探地雷达探测图像异常特征与污染区扩散阶段密切相关:包气带内油污染区会引起振幅增强;毛细带的油污染区则表现为水位面反射轴附近清晰可辨的高幅异常区,且水位面反射轴呈下凹状;随扩散过程持续进行,异常区下移与水位面反射轴相交,并产生水平扩张.当污染土含油饱和度大于20%时,可通过雷达图像异常区圈定污染范围;当污染土含油饱和度大于15%时,可通过频谱图出现低频响应的位置圈定污染区水平范围.中尺度实验结果与室内小尺度模拟结果具有一致性,可作为油污染区雷达图像异常的解译依据.     

土壤—地下水系统非水相液体污染区的电性特征及电阻率法探测

从土壤-地下水系统被非水相液体污染后引起的导电性变化、污染区地电模型演化、电阻率异常认识及量化解释等方面分析了国内外利用电阻率法探测这一问题的研究现状.已有研究表明,污染区电性随污染程度、污染时间变化显示一定的动态性;污染区地电模型建立是个复杂过程,不仅反映污染物的扩散过程,还要考虑地质、地下水、土层含水量等影响因素,并随外部条件和时间变化显示一定的动态性;这也决定了实测电剖面异常特征的复杂性.由于基于电测数据的真电阻率获取及污染土电性基本模型建立都尚未解决,利用电性探测结果进行污染量化分析的研究还没有形成统一的认识和结论,这也是未来很长时间内需要攻克的难题.     

垃圾填埋场渗滤液污染地下含水层及修复过程的三维动态监测实验

为实现垃圾填埋场渗滤液在地下含水层中动态扩散及污染层修复过程的实时监测，利用自行设计的三维电学观测系统开展了室内相关监测实验.实验表明渗滤液在含水层中的扩散过程会引起不同时期实测电剖面上低阻异常区的动态变化.对比分析这种变化特征可确定渗滤液扩散区的污染程度、扩散速度及扩散方向.在注水修复过程中，扩散区污染物含量的降低会引起对应区域实测视电阻率值的升高和异常区范围的变化.实验结果对于实现垃圾渗滤液污染地下含水层现状调查及动态监测具有重要意义.     

地球物理方法在含油工业污水管道渗漏探测中的应用

基于含油污水管道渗漏形成土壤污染区的物性改变，利用高密度电阻率法、自然电位法、探地雷达的方法对污染区进行了探测，试图通过污染区的分布特征确定渗漏点的存在.基于异常区布设的钻孔取样分析资料显示，含油污水的侵入会引起地下粘土层的电阻率增高，随着侵入量的增大电阻率越大，相应的探测电剖面异常区表现为高阻特征；相应位置的自然电位曲线显示低电位特征，探地雷达图像则表现为低频，高幅的特征.基于异常区的分布特征可以确定渗漏点的分布位置.研究结果证实了地球物理方法对此类工业污水污染区探测的可行性.     

不同土壤中含油污水污染区的电性变化研究及污染区探测

本文利用室内电阻率测试的方法研究了研究了饱和土和不饱和土两类土中含油污水的侵入量对其导电性的影响.测试结果表明,对于不饱和土,含油污水的侵入会改变土的饱和度从而引起其电阻率的降低,侵入量越大其电阻率越低;而饱和土的电阻率随含油污水侵入量的增大而增大直到趋于稳定.基于此,通过室内模拟土层污染和野外实地观测污染土层的方式研究了含油污水污染不同饱和度土层的电剖面异常特征,在不饱和土层中污染区域表现为相对低阻异常区而在饱和土层中表现为相对高阻异常区.通过对比不同时期的监测结果显示异常区的范围随污染区的变化而变化,并可反映出污染区的实际分布.文章分析了利用电阻率法进行含油污水污染地下介质调查的几个模糊点,对提高探测效果具有指导意义.     

垃圾填埋场渗漏污染三维分布式电学监测系统研制及应用

垃圾填埋场建设期将电极传感器网状布设于防渗层下方,垃圾场启用后通过预设电极实现观测区自然电位和地下介质电阻率测试.对比不同时期实测自然电位和视电阻率剖面特征变化,确定垃圾场渗漏与否、渗漏点的位置、数量及渗滤液形成羽状体的空间分布和扩散过程.三维分布式电学监测系统就是基于上述理念设计研制的,包括采集站、供电控制器及传感器系统,可同时完成多个位置点电位测量.粉砂层中渗滤液扩散过程的原位三维电学监测结果显示渗滤液污染区呈现自然电位负异常和低阻特征,低阻异常区分布范围和实际污染区具有良好的对应关系,污染区扩散特征可通过分析低阻异常区变化来确定.     

基于电磁波衰减补偿的探地雷达三维逆时偏移成像

常规探地雷达(GPR)逆时偏移大都未考虑高频电磁波在地下高电导率介质中传播的强衰减特性,致使高衰减区域的成像质量低;实际地下结构呈三维空间分布,二维GPR逆时偏移难以将反射波准确归位和绕射波完全收敛于真实位置.为此,本文构建了一种基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移算法.该算法采用三维时域有限差分法计算正传和反传电磁波场,并通过改变反传电磁波方程中包含电导率的衰减项的正负号,人为保持反传时的时间对称性和反转不变性,以补偿正传时衰减的能量;零时刻成像条件用于获取地下三维结构的成像结果.数值试验结果表明:相比于常规GPR逆时偏移算法,基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移可精确补偿电磁波在地下高电导率介质中正传衰减的能量,高电导率区域的成像精度更高,分辨率更好,抗干扰能力更强,其结果更有利于指导后续雷达剖面的解译.     

探地雷达用于隧道超前地质预报中数值模拟研究

隧道地质超前预报在隧道工程施工中有着重要的作用,探地雷达法(GPR)作为隧道地质超前预报方法之一,具有探测对施工干扰小、探测效率高的优点,但在图像解译和探测的深度方面存在不足.本文分析GPRMAX正演模拟的基础理论,并讨论了二维有限差分法(FDTD)基本参数的选取,对隧道前方的不良地质体进行正演数值模拟,得到不同地质体的反射图像特征,并结合工程实例,说明该正演模拟能够指导解译工作.     

山东淄博裂隙岩溶水中石油污染物分布和迁移特征

裂隙岩溶水是中国北方的重要供水水源,而石油污染又是地下水污染的一种重要类型.和孔隙水相比,裂隙岩溶水中石油污染物具有不同的分布和运移特征.裂隙岩溶水具有比孔隙水大得多的实际平均流速,污染物运移是一个对流占绝对优势的问题.石油污染的范围可以扩展到离污染源数公里远,但这不是浮油池造成的,而是由溶于水的石油组分和乳化油造成的.石油污染物的空间分布,在平面上集中于强导水带,剖面上最高浓度出现在污染源坐落的层位.水井中污染物浓度随时间的变化非常剧烈,浓度-时间关系曲线大起大落.这和裂隙岩溶水大的流动速度、由于抽水和停抽造成的频繁的局部流场变化以及污染物运移通道的复杂性和包气带中残留油的淋滤有关.认识这些特点,对于裂隙岩溶含水层中石油污染的控制和防治有实际意义.     

GPR探测中管线异常自动提取与识别

在目前的探地雷达管线探测中,埋藏管线产生的双曲线特征是专业人员用来推断和解释目标的主要依据,但双曲线特征尚不能精准界定管线目标的属性材料.为了进一步对管线反射双曲线区域特征的解释分析,本文首先对经过预处理的GPR数据,运用图像处理手段对感兴趣的管线回波双曲线异常区域进行自动圈定,定位管线位置.然后综合分析管线信号时频谱特征和瞬时相位特征这些具有区分力的多参数特征,判定管线属性材料,完成对管线的提取与识别.最后,将该方法运用于模拟数据与实测数据之中,实现了管线的自动提取与参数特征分类识别,为GPR数据解释提供了指导意义.     

海底流体逃逸活动的地球物理响应特征

海底流体逃逸活动对海洋油气勘探、天然气水合物勘查和试采、海底固体矿产勘探与全球气候变化研究等方面具有重要意义.理解海底流体逃逸活动规律,研究流体逃逸活动演化过程,并建立综合探测体系显得尤为重要.本文系统梳理了海底流体逃逸活动在海底可视技术、综合声学水体成像技术、"磁亮点"技术以及卫星遥感技术等相关探测方法下的不同地球物理响应.分析认为,海底流体逃逸活动容易改变海底地层的物理性质和形态,在地震剖面和声学图像上表现为独特的流体异常反射特征和声学响应;烃渗漏形成烃蚀变带,在航磁图像上表现为弱磁异常;渗漏油膜在SAR卫星图像上表现为黑色斑块;天然地震控制下的断裂带流体逃逸活动在临震时震中附近在热红外图像上表现为亮温异常.结合不同探测方法的探测效率和优势特征,提出了利用卫星遥感和"磁亮点"等方法进行平面约束预测,用剖面或立体声学水体成像数据进行海底流体活动确认,再通过海底可视数据进行精细探测的综合地球物理探测方法,为深入研究海底流体活动系统理论提供参考,同时指出流体逃逸活动研究的相关方向.     

FDTD数值模拟在GPR管线探测中的应用

探地雷达是一种非常重要的管线探测技术,为了提高地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高雷达资料的解释精度.论文从Maxwell两个旋度方程出发,推导了二维TM波的差分方程、CFL数值稳定性条件、频散关系.然后,基于Matlab平台编写了探地雷达正演的FDTD程序,应用该FDTD程序开展了管线探测中探地雷达探测效果分析,包括对管线埋藏深度、管线间距、管线内物质、管线材质等影响因素的数值模拟.通过分析雷达正演剖面特征,可以清晰了解并掌握雷达管线探测与各种影响参数之间的关系,对实际地下管线探测可起到指导作用.最后,将GPR应用于武广高速浏阳河隧道管线探测中,GPR准确地定位了PVC通迅电缆的位置在埋深,为工程施工与处置提供了依据.     

探地雷达在LNAPL污染土壤探测中的应用进展研究

轻非水相液体(LNAPL)的不当使用、渗漏及不当处置等会造成严重的土壤和地下水污染,威胁环境和公共卫生安全.探地雷达(GPR)作为一项重要的浅表地球物理观测技术已在LNAPL污染土壤探测中发挥重要作用.本文对近年来国内外学者利用GPR探测LNAPL污染土壤方面的理论和应用研究进行梳理,结合实例主要从以下几个方面开展评述.这些方面包括LNAPL污染土壤电性特征、基于GPR探测的LNAPL污染土壤建模、GPR信号响应、GPR的测量方式等.这些理论与应用研究为如何从场地的地质和水文背景中提取与污染有关的GPR信号做出了指导与成功的示范.现场和实验室的大量的研究工作表明,所有成功的案例都不可能倚赖单一的手段或方法.直接(例如,钻孔)和间接(例如,GPR)调查结合,多手段、多方法的有效配合,才有可能最大程度的减小探测结果的非唯一性,达到全面准确了解污染场地的目的.     

工程场地高密度电法探测典型剖面的分析与探讨

通过三个典型的实测案例说明高密度电阻率法在隐伏断裂探测中的具体应用.结合钻孔地质资料对实测反演剖面进行解释分析,探讨了隐伏断裂的判定与异常的排除,以及它们不同的电性特征和解译方法.     

乌鲁木齐碗窑沟断层电阻率成像探测与探槽剖面的对比研究

利用电阻率二维层析成像方法对碗窑沟断层进行了试验探测,获得了该断层典型的电阻率成像异常特征:地层电性结构存在强间断面,呈现明显的"二分"现象,高、低阻间的梯度界线倾向低阻区。在对乌鲁木齐地区其它具有类似构造特征的断层进行探测时,电阻率成像剖面呈现出相似的异常特征,说明这一异常特征可以作为乌鲁木齐地区判定断层的重要标志和依据。乌鲁木齐地区多为高角度的逆冲断层,此类构造电阻率成像剖面中高、低阻之间的界线与断层并不重合,断层处于高阻区域,倾向与视电阻率衰减梯度线倾向相反,断层的真实位置与图像最上部高、低电阻转折的拐点部位最接近     

高频电磁波传播速度在水及淤积砂土中影响因素实验研究

水及淤积土中电磁波传播速度是实现水上探地雷达(GPR)探测数据准确时深转换的关键因素.论文基于探地雷达实测结果分析了水温、盐度、浊度对水中电磁波速的影响和粒径组成、含水量变化对砂土介电常数(电磁波速)的影响,建立了淤积砂土介电常数模型并给出了相应速度计算方法.研究表明水中电磁波速主要受水体盐度影响,随盐度增大而指数减小.淤积砂土介电常数符合Looyenga模型,现场探测时可根据土样三相体积比确定土体介电常数,进而确定土体电磁波速,实现GPR数据时深准确转换.     

川滇活动地块东南边界基底结构——盐源-西昌-昭觉-马湖深地震测深剖面结果

在川滇活动地块东南边界区域完成了盐源-西昌-昭觉-马湖深地震宽角反射/折射探测剖面.利用该剖面获得的Pg初至折射波走时,采用走时特征分析、有限差分反演、时间项反演等方法,获得了沿剖面的基底P波速度结构和基底界面构造图像.结果表明,研究区基底结构呈现强烈的非均匀性,不同构造区显示出不同的地壳变形特征.盐源盆地盖层表现为推...     

念青唐古拉山东南麓断裂带构造地貌特征与活动性遥感研究

选用高分辨率ALOS和中等分辨率ETM+图像,结合研究区已有研究成果,采用信息增强及图像融合方法,对图像中各类构造地貌表现出的纹理、色调及含水性特征进行研究,建立了解译标志,并结合野外调查结果,系统解译了念青唐古拉山东南麓断裂带的展布与发育情况;同时引入河长坡降指标参数(SL index)和Hack剖面(河流高程剖面半对数坐标图)2个构造地貌参数,分析其对区域构造活动的指示意义并比较断裂带不同分段的活动性。研究表明,念青唐古拉山东南麓断裂带呈三段式展布,遥感解译的地貌标志基本反映了断裂带以正断层为主兼具走滑运动性质。呈明显的上凸形态的河流Hack剖面反映了区内构造差异隆升强烈,河长标准化坡降指标明显异常地带指示为构造运动活跃区,这种异常变化不仅印证了断层活动对河床剖面的影响,而且结合该变化特征进行遥感解译可以提高断裂位置解译的准确性。断裂的活动性从F1向F3依次增强,F1、F2段正断层活动性相对较弱,走滑活动增强,F3段正断层活动性较强。     

基于探地雷达回波信号获取污染土壤中污染物含量的研究进展

从探地雷达GPR(Ground Penetrating Radar)在土壤污染探测中的应用、污染土壤介电常数模型的演化和土壤介电常数求取三方面综述了目前国内外学者利用探地雷达技术开展的土壤污染探测研究.研究认为以土壤介电常数为纽带,采用适宜的方法从雷达回波信号求得介电常数,基于合理的土壤介电常数模型,通过神经网络技术,可驯化建立介电常数和污染土壤多个参数之间联系,从而实现污染土壤中多种污染物含量的监测.     

基于双二次插值的探地雷达有限元数值模拟

从探地雷达(GPR)满足的波动方程出发,详细介绍了二维GPR模型单元剖分、二次插值、数值积分和有限元刚度矩阵总体合成的GPR有限元求解过程.为解决数值模拟时截断边界处的超强反射,采用Clay Bout透射边界条件对雷达波进行衰减,进而压制了来自截断边界处的反射波.在满足时间步长与空间网格差分稳定性前提下,采用中心差分法对GPR有限元方程进行离散,并用不完全LU分解预处理的BICGSTAB算法求解系数方程组,然后编制了基于双二次插值的GPR有限元正演模拟matlab程序.运用该程序分别对矩形和"V"字形两个典型地电模型进行正演计算,得到了正演剖面图,将该正演剖面图与基于线性插值的FEM算法的正演剖面图做了对比分析.结果表明基于双二次插值FEM算法相比基于双线性插值FEM算法异常响应更明显,具有更高的模拟精度,更有利于指导雷达剖面的数据解译.