时间域有限差分法在钻孔雷达探测金属矿中的应用

钻孔雷达相比传统的地球物理方法具有更大的探测范围,可得到更多的地层信息。在地质雷达正演模拟的方法中,时域有限差分法能提高探测的效果和解释的准确性。将两者相结合,通过单孔反射测量对金属矿进行数值模拟及对结果进行分析,说明了单孔反射测量不仅可以确定矿体的位置,而且对矿体形态也具有很好的识别性。     

点状不良地质体钻孔雷达响应特征 ——围岩及充填效应正演分析

钻孔地质雷达探测是一种有效获取高分辨率深部岩体信息的井中地球物理方法。针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内点状不良地质体围岩介质和充填状况进行了雷达响应正演研究,分析了这些点状不良地质体围岩介质和充填状况对钻孔地质雷达反射信号的影响。研究结果表明,围岩与空洞内充填物的相对介电常数相对值,决定着雷达反射剖面信号的强弱对比,介电常数相对值较大时,更易确定目标地质体的前、后部界面位置,而低阻围岩的雷达波信号大部分被围岩介质吸收,通过单孔反射方法几乎不可能探测到空洞的存在。通过反射信号强度和正负相反射特性及其强弱变化,可以定性地判断空洞内填充物质的性质。     

水泥混凝土路面脱空的探地雷达图像特征分析

脱空是水泥混凝土路面的常见病害,也是行车安全的主要隐患。探地雷达法通过观测分析高频电磁波反射信号特征来研究探测目标体的性质与规模,可以快速、有效地确定路面脱空的位置与充填情况。GprMax2D模拟结果、雷达实测资料和开挖验证情况的综合分析成果表明,充泥和充气空洞的雷达图像十分相似,特征明显,在空洞正上方都会出现一组非常明显的强反射信号,同相轴呈弧型,由于介电常数的明显差异,使得空洞充泥时反射波与直达波相位相反,而充气时反射波与直达波相位相同;不密实区域同相轴错断,显示出多条不规则弧形曲线。      

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持     

薄板状导体地-井瞬变电磁场数值模拟及晚期响应特征

瞬变电磁在导电板状体中的感应涡流进入晚期后涡流分布状况已经趋于稳定,并按指数规律衰减。在等效数学模型中,利用等效涡流法计算晚期瞬变电磁响应更为简便,该方法能计算1～4块任意组合体和有导电围岩或覆盖层的响应情况,具有一定的适用性。本文推导了晚期瞬变电磁等效涡流场感应电压的计算方法,通过对4种典型地电模型进行数值模拟和晚期异常特征分析,得出以下结论:①在断电延时较短时,导电体异常响应幅值较大,当钻孔从异常体中心位置穿过时,异常形态为单峰正异常响应;随着时间推移,电磁响应逐步衰减。②当钻孔位于矿体边界位置时,水平矿体产生三峰对称状异常,异常峰值为负异常;倾角为45°时,矿体异常形态出现非对称正负异常,矿体顶侧出现负异常,底侧出现正异常。③相同产状条件下,简单组合板状体异常幅值较单板状体的异常幅值增大,其异常形态符合单板状体的异常响应特征。此项研究成果对利用正演拟合完善地-井瞬变电磁法的后期解释工作以及工区布置参数的确定,如回线大小、剖面长度、发射电流大小等,具有一定的意义。     

钻孔雷达反射成像在岩溶发育场地探测中的应用

我国岩溶区分布广泛,且复杂的岩溶现象对建筑安全、地基稳定以及场地勘察有较大影响。钻孔雷达作为一种井中地球物理方法,可以利用地下介质的物性差异查明岩溶发育的情况,弥补常规勘察手段在探测岩溶发育场地中存在的不足。依据钻孔雷达单孔反射信号的同相轴特征、反射波首波走时和反射波的衰减等特征,可判断钻孔周边未揭露溶洞和裂隙的分布,确定钻探揭露溶洞的水平方向直径以及岩石完整性,从而达到查明各种岩溶形态的规模、空间密度及其分布规律的目的,为工民建各项工程建设的设计和施工提供准确详尽的地质资料,确保工程的稳定性。      

矿井孔中瞬变电磁探测异常响应特征模拟

为了解决常规矿井瞬变电磁超前探测方法受矿井外界干扰影响较大,异常体探测定位不精确的问题,提出一种在井下钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法,对接收线圈所处水平面不同位置、异常体不同方位的异常响应特征进行数值模拟。分析钻孔瞬变电磁探测原理,进行钻孔发射线圈与接收线圈的试验设计以及施工设计,对均匀全空间模型、均匀全空间异常体模型、异常体位于钻孔不同方位的三分量异常场响应特征进行系统分析。在低阻异常体与线圈垂直时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最大,随着低阻异常体逐渐平行于接收线圈法向,异常响应逐渐减小,当低阻异常体完全平行于接收线圈法向时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最小。通过以上认识,可以根据钻孔径向不同象限位置的异常场三分量组合形态不同,判断异常体所在钻孔的方位。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“近似正弦曲线”或“近似反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限。通过这样的规律,可分析三维空间条件下异常体的空间位置及赋存状态。通过钻孔瞬变电磁超前探测异常响应特征的分析,可为钻孔瞬变电磁超前探测提供理论数据支持。      

钻孔雷达探测地下不良地质体的正演模拟及其复信号分析

在工程建设中经常会遇到诸如溶洞、裂隙带和断层破碎带等不良地质体,如果不能提前探明地下是否存在不良地质体及其含水情况,将会埋下严重的安全隐患。钻孔雷达是一种十分有效的探测方法,但迄今,尚未见有针对典型不良地质体进行正演模拟并进行复信号分析的工作。结合复信号分析技术,利用振幅、相位和频率等瞬时信息对钻孔雷达探测结果进行综合分析,能够提高解译的精度和准确性。针对溶洞、裂隙和断层等典型不良地质体无水和含水的情况分别建立了数值模型,利用地质雷达正演软件GprMax对数值模型进行了正演模拟,并使用复信号分析技术对正演结果进行了分析,获取了典型不良地质体的响应特征,且当不良地质体含水时,反射信号振幅增强、相位反转、频率降低。结合工程实例对钻孔雷达探测数据进行了复信号分析,正演模拟和工程实例都表明,利用复信号分析技术,可以更加方便地对地质异常体的形态分布及其含水情况进行分析,提高了钻孔雷达解译的精度和准确性。     

倾斜板状体探地雷达波形特征研究

探地雷达方法在地质勘探、工程勘探及其他勘探工作中,经常会遇到地下倾斜板状体的探测,其异常特征为沿反射波同相轴的一条斜线,倾角的解释也是依据图像倾角读取.在实际工作中发现,其数值与实际有时会存在很大的偏差,当板状体的倾向与测线方向一致时,倾斜板状体真倾角大多是大于图像倾角的;当板状体的倾向与测线方向不一致时,倾斜板状体真倾角也是大于图像倾角的,其反演计算更为复杂一些.倾角越大,偏差值也越大;倾角越小,偏差值也越小,并给出了校准计算公式.     

基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达,联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度,采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式:回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用,基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始地质模型相比,局部信息刻画更精细,顶、底界面及煤厚与实际数据误差分别小于0.57、0.54、0.30 m。结果表明:钻孔雷达能高精度探测煤厚与顶、底界面,可实现透明工作面的构建。      

时间域有限差分法(FDTD)对井中雷达的数值模拟

为了进一步认识雷达的探测性能，用数值模拟的方法来研究各种地质条件下雷达的信号反应。时间域的麦克斯韦差分方程可以用一系列的差分方程来表达，这个过程叫做时间域有限差分法(FDTD)。该方法可以有效地计算三维空间中电磁场的时间域信号。引入了可包含局部小网格的技术，计算精度和效率都得到了提高，同时，作为发射和接收的偶极子天线的模拟方法也得到了充分的考虑。计算了充水裂缝和一种矿体的井中雷达信号响应。结果表明，井中雷达可以用于探测地下充水裂缝和矿体。     

湖南东坡铅锌矿危机矿山找矿新进展及找矿方向

湖南东坡矿田内矿产资源丰富,但已探明的铅锌资源严重危机。在综合研究该区成矿地质条件、矿床特征、成矿规律的基础上,圈出3个找矿靶区,即妹子垅、牛角垅及塘渣水预测区。根据本区矽卡岩型钨锡多金属矿、脉状铅锌矿的产状及矿石矿物组合特征,确定的勘查思路为:以已知矿床深边部为主,兼顾外围;以铅锌矿为主,兼顾钨锡多金属矿;以地质方法为主,物探方法相结合。根据本区的实际情况,选用了地面高精度磁测、激电测深、坑探、钻探等工作手段。通过物探工作,在区内圈出22个磁异常,在妹子垅发现低阻高极化体--矽卡岩型钨锡矿化体。通过工程揭露,在妹子垅预测区见到厚度10.86~32.00 m的矽卡岩型钨锡多金属矿体,矿床规模可达大型。塘渣水预测区,Ⅱ4矿体新增333+334类Pb+Zn资源量8.23×104t;500中段发现水平厚度103 m的矽卡型钨锡多金属矿体,矿床远景规模可达大型。牛角垅预测区,见到厚度大(3.58~9.37 m)、品位富(平均品位Pb 14.94%,Zn 2.22%,Ag 1 444.44×10-6)的铅锌矿,规模达中型。通过综合研究,笔者认为东坡矿田深部及外围找矿前景好,在横山岭、蛇形坪及玉皇庙的深部,具有寻找矽卡岩型、云英岩型锡多金属矿的潜力;在沙坪里、金狮岭、古塘一带,中浅部是寻找铅锌银矿,深部是寻找矽卡岩型或蚀变岩型多金属矿的有利地段。     

内蒙古东胜地区侏罗系砂岩铀矿体与煤层某些关联性

金属成矿与有机成藏的关联性是成藏成矿动力学研究的重要课题,东胜砂岩铀矿体与煤层或煤层气是何种关联尚不清楚。文中以多年勘探事实为基础,研究表明,东胜铀矿区铀矿体与煤层平面位置重叠或相近,剖面中铀矿体上下均有煤层,铀矿体与煤层垂距2～15m,两者厚度变化相互响应,铀矿体与煤层具有内在关联性。铀储层酸解烃类主要是CH4,与来自煤层的煤层气主成分一致,铀储层中从砂岩铀矿石,到铀矿化砂岩,再到无铀矿化砂岩,酸解烃类含量依次(CH4分别为569.43μL/kg、174.93μL/kg、156.12μL/kg)降低,铀矿化与煤层气内在关联明显。煤层、尤其是由它产生的煤层气是铀储层中铀矿物沉淀和成矿的重要还原剂,煤层及其厚度的变化可以作为本地区砂岩铀矿体勘探的有机质标志。     

新疆霍什布拉克铅锌矿床地质、地球化学特征研究

新疆霍什布拉克铅锌矿床的矿体和含矿地层的产状一致,主矿体的矿石具有条带状、纹层状构造,矿石中大量发育霉球状、管状和环带状生物结构,显示出层控、热水沉积成因的特点。含矿地层和矿石样品的主量元素PER图解显示含矿碳酸盐岩以含石膏的灰岩为主,围岩的白云岩化微弱,矿化与硅化关系密切。矿石、含矿碳酸盐岩和页岩、粉砂质灰岩和泥质粉砂岩等碎屑岩具有各自鲜明的微量元素分布特征,上层矿体矿石中较强的富集过渡族元素Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、非活动性元素Zr、Hf及大离子亲石元素Sr和Pb,亏损活动性元素Na、K、Rb、Ba和非活动性元素Nb、Th。其围岩重结晶泥晶灰岩富集Ti、Mn、Ni、Sr和Pb,亏损Na、K、V、Fe、Rb、Ba、Zr、Hf、Nb和Th。下层矿体的围岩页岩和泥质、粉砂质灰岩样品的微量元素分布在平均上地壳线附近,部分样品较明显的富集Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Rb、Y、Zr和Hf,亏损Na、Fe、Sr、Nb。上层矿体矿石和下层矿体围岩中的部分碎屑岩富集强亲岩浆元素Cr、Co、Ni,且上层矿体矿石的稀土元素分布模式具有强的正Eu异常,部分下层矿体围岩具有较明显的正Eu异常。地质和地球化学特征显示该矿床属于热水沉积矿床中的SEDEX型矿床。     

西藏扎西康铅锌锑多金属矿地质特征及矿床成因探讨

扎西康铅锌锑多金属矿已发现规模较大的四个矿体,控制资源量达100万吨以上.矿体均分布在NNW或NNE张扭性断裂破碎带内,受断裂破碎带控制,矿体与围岩界线明显.铅同位素位组成显示成矿物质主要来源于上地壳,包裹体研究成矿流体为中低温-低盐度成矿,氢、氧、硅同位素组成显示成矿流体主要为大气降水下渗循环构成的地热水.硫同位素特...     

粤北大沟谷式金矿地质特征及成因探讨

大沟谷金矿是我国首次发现的赋存于韧-脆性剪切带内碎裂钠长石岩中的新类型金矿床。金矿化与钠长石化、黄铁矿化和碎裂岩化有关。矿体受韧-脆性剪切带、钠长石比、黄铁矿化,加里东期低绿片岩相变质岩的共同控制。矿石矿物组合以自然金-金属硫化物-架状硅酸盐为主的组合类型,并伴有碳酸盐。矿床属于在韧一脆性剪切作用下,与含金量较高的震旦系乐昌峡群变质岩形成、演化有成因联系的蚀变、重熔、交代中高温动力热液改造型金矿床。     

云南金顶铅锌矿床铅的次生硫化物富集作用及矿体特征

本文根据矿体的产状和分布、矿石的特征及同位素分析等资料认为矿区出现的块状方铅矿是铅次生富集的产物。指出矿体的分布与岩溶有关,并分析了铅次生硫化物形成的作用和条件。     

Mining Method Selection and Optimization for Hanging-Wall Ore-Body at Yanqianshan Iron Mine,China

In order to smooth ore production during the transition from open pit to underground mining at Yanqianshan Iron Mine, China, it is necessary to select an appropriate mining method to operate simultaneously open-pit mining and underground mining for inner-slope (hanging-wall) ore-body. Based on practical geologic setting of the hanging-wall ore-body, a comprehensive evaluation model for selecting the underground mining method to extract handing-wall ore-body was proposed, which is constituted by 3 sub-systems of safety factors, production factors and technical–economic factors. This evaluation model could be analyzed by the mutation progression method, which based on catastrophe theory and fuzzy mathematics. In addition, the FLAC^3D is employed to simulate the mining process of hanging-wall ore-body, and finally the optimal mining scheme is determined. By using mutation progression analysis and numerical modeling, some useful conclusions for hanging-wall ore-body mining have been drawn, which will be beneficial to mining safety during transitional period from open-pit to underground mining.     

井中三分量磁测误差分析与精度提高方案

金属矿产勘查“攻深找盲”的开展,使得井中物探工作成为深部找矿的重要方法之一,尤其是井中三分量磁测在勘查磁铁矿等磁性矿产中发挥着较大的作用。但是由于目前井中三分量磁测系统测量精度较低,只能用于寻找磁性较强的矿床,在实际应用中受到一定的限制。为了提高测量精度,该文通过对现有实际测量数据的分析,找出影响系统误差与随机误差的因素,提出井中三分量磁测精度提高的实施方案。