隧道含水构造直流电阻率法超前探测研究

含导水构造和岩溶裂隙水的探查是亟需研究和解决的关键问题。直流电阻率法以其对低阻体反映敏感、分辨率高等优点被引入到隧道掌子面前方含水构造的预报工作中。首先,推导出了无限全空间中球体含水构造直流电法超前探测的解析解公式,并在利用有限元数值方法进行正演分析的基础上,借助“比较法”将含隧道腔体的三维空间中超前探测视电阻率数据转换为无限全空间中的数据,并探讨了由MN电极附近电阻率不均匀所造成的干扰以及识别和去除这种干扰的方法。然后,设计了基于全空间球体含水构造超前探测解析公式的阻尼最小二乘反演方法,对隧道中多组球体含水构造模型进行了较为成功的反演。另外,探讨了其他形状的有限体积的含水构造超前探测异常规律,提出了“等效球体”的概念,亦在全空间球体含水构造超前探测解析公式的基础上设计了快速反演方法。最后,利用物理模型试验验证了有限元数值正演方法和阻尼最小二乘反演技术的可行性和有效性,为实际工程中含水构造的直流电法超前预报奠定了基础。     

隧道含水构造频域激发极化法超前探测研究

隧道前方含水构造的超前预报是地下工程领域中亟待解决的难题。基于频域激发极化法中频散率参数对水体响应敏感的特点,将其引入到隧道含水体超前探测研究工作中。从理论正演、物理模拟、解译方法等方面入手对频域激发极化超前预报技术进行了系统的研究。利用三维有限元数值模拟技术解决了隧道中频域激发极化超前探测的数值正演难题,并通过对典型含水体的正演研究得到了视频散率对含水构造的响应规律,发现视频散率曲线的极大值是表征掌子面前方含水构造存在的重要特征;基于大量数值正演的结论,提出了一种利用两次探测的视频散率曲线极大值联合判断含水构造位置的方法;物理模型试验和现场实际应用表明,频域激发极化法预报的含水体位置与实际情况基本一致,验证了该方法用于隧道含水构造超前探测的有效性,为解决隧道含水构造超前探测这一难题提供了可行的途径。     

隧道不良地质现象的探地雷达正演模拟与超前探测

探地雷达是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对掌子面前方的溶洞、富水带、断层破碎带和裂隙带等不良地质现象有明显的异常反应。文中介绍了探地雷达在隧道超前预报中探测的原理、测线布置和数据采集方式,分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电差异特征,设计合理的正演模型进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,理论上总结了不良地质现象在雷达图像上的信号特征,并通过对实测典型雷达图像的解释,对不良地质现象的雷达反射波的频谱特征做进一步研究,可以为探地雷达在隧道超前预报中的解译提供参考。     

矿井地质雷达超前探测正演模拟

用时间域有限差分(FDTD)法建立矿井地质雷达的模型。采用理想频散关系和超吸收边界条件,对几个典型矿井地电模型进行了正演模拟,研究了矿井地质雷达超前探测的剖面特征。巷道对各道直达波能量分布及波列形状有明显影响;煤岩分界面主要影响反射波能量分布。      

TGS360超前地质预报正演模拟及应用

隧道超前地质预报是对施工掌子面前方地质情况进行探测,预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性。超前地质预报常用的物探方法有很多,随着物探设备探测精度的提高,解译、解释技术的发展,近些年来出现和引进了很多弹性波类的超前地质预报方法(如TSP、TRT、TGS360等)。这里利用Tesseral2D正演软件对典型不良地质情况进行建模,用TGS360处理软件对正演数据进行了反演和解译分析,总结了数据处理、解译的初步经验。利用该方法对临沧某开挖公路隧道进行了超前地质预报探测,预报结果与现场开挖验证情况较为吻合,为今后TGS360超前预报法在公路预报中的应用提供借鉴。     

巷道掘进中电阻率法超前探测原理与应用

通过建立超前探测实际地电模型,进行单极—偶极法理论视电阻率曲线的计算,探讨了巷道前方存在低阻地质异常体的电阻率响应特征,提出了工作方法和解释方法,结合具体实例介绍了应用效果。      

电阻率层析成像法探测滑坡面正演模拟与反演成像研究

滑坡灾害已成为危及人民生命财产安全的重大问题,确定滑坡体和滑坡面的分布是滑坡治理的关键因素,电阻率层析成像法因对物性差异的界面响应敏感,被广泛应用到滑坡面的探测中。首先,对现有的滑坡地电模型进行概化,得到了4种常见的滑坡的简化模型;其次,针对不同类型的滑坡,采用有限元方法进行了系统的数值正演研究,得到了层析成像法探测滑坡面的响应特征,提出了不同类型滑坡面的快速识别方法。然后,采用最小二乘法开展了反演研究,总结了层析成像法探测滑坡面的反演成像规律,结合数值正演的响应特征,提出了层析成像法探测滑坡面的异常识别特征。最后,在山东沂源西里镇滑坡进行了层析成像法探测,成功探明了滑坡面的分布,表明了层析成像法探测滑坡面是行之有效的,为滑坡的治理方案设计奠定了基础     

隧道衬砌病害地质雷达探测正演模拟与应用

国内大多数隧道都存在着不同程度的病害,其中诸如衬砌开裂、不密实、含有空洞和渗漏水等衬砌病害是隧道最常见的病害类型,严重影响行车安全。地质雷达（GPR）可以用来对隧道衬砌病害进行快速无损探测,但对于衬砌病害的解译十分依赖于探测人员的经验,很容易造成误判和漏判。因此,对隧道衬砌病害进行分类,并针对典型衬砌病害类型进行建模,利用时域有限差分（FDTD）法对衬砌病害模型进行地质雷达探测正演模拟,针对衬砌渗漏水和存在钢筋干扰等特殊情况,通过频谱分析对病害进行了定量识别,总结出典型衬砌病害的地质雷达探测解释准则,最后结合工程实例对衬砌病害进行了推断和解译。结果验证了衬砌病害地质雷达探测正演模拟和解释准则的可靠性。     

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。     

使用共轭梯度的三维电阻率正演模拟与反演

研制了利用共轭梯度松驰法的三维直流电阻率正演模拟与反演算法。在正演网络的模拟计算中，将一种用于预处理的不完全Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法与稀疏矩阵程序结合起来，便可得到一种快速有效的算法。侧面和底部的边界条件用阻抗条件来标度，而阻抗条件考虑了由于电源流的一些配置而在边界上产生的电流。     

高密度电法在宝兴县草坪鞋石膏矿勘查中的应用

通过对四川宝兴县草坪鞋石膏矿区开展高密度电法工作,经采对数据的处理及地质解释,发现了石膏工业矿层及分布状态,取得了较好的地质效果。     

横向中梯电阻率法在充水破碎带调查中的应用

本文应用横向中梯电阻率法，查明了厦门美景花园工地地下破碎带的位置。与实际钻孔资料的对比表明，在工程地基勘察中，利用某些特殊的物探手段，能经济、有效地解决某些工程地质问题。     

基于场延拓的海洋可控源电磁正演模拟及各向异性特征识别

海洋可控源电磁法近年来被广泛应用于海洋油气勘探之中,凭借对高阻含油储层的有效识别大大降低干井率,节约钻探成本。受沉积环境的影响,海底地层常常表现出宏观各向异性,而对海洋各向异性模拟算法进行研究可以更有效地进行海洋电磁数据解释。本文从频率域麦克斯韦方程出发,基于标量势分解理论,通过标量势函数与场的连续性条件,在波数域中将电磁场分别向海底深部和海水中延拓,并在海底耦合到发射源上完成电磁场的求解,进而利用汉克尔变换得到了空间域电磁场。通过对海底介质一维各向异性模型电磁响应特征的分析研究发现,覆盖层各向异性对电磁响应有明显的影响;然而,海底高阻层仅垂向电阻率和厚度对海洋电磁响应产生明显影响。通过极性图的方式可以对海底介质各向异性特征进行有效识别。     

工作面底板变形与破坏电阻率特征

通过建立回采过程中底板岩层变形破坏过程的地球物理数值模型,采用正演计算方法分析底板破坏带的电阻率变化特征,并在五矿8403工作面布置网络并行电法探测系统,进行现场观测。模拟数据和现场探测结果表明,煤层底板视电阻率值与工作面开采过程密切相关,在回采工作面后方电阻率剖面图出现明显高阻异常,其高阻异常位置与底板破坏位置相对应;在回采工作面前方出现相对低阻异常,其低阻分布位置与矿压引起的高应力区相当;随着工作面的推进,高、低阻异常同步变化。根据这种底板岩石的电阻率变化,结合矿井水文地质特征,可进行煤层底板破坏规律的动态勘探,有利于底板破坏突水的预测预报工作。     

高密度电法电性结构揭示天山天池堆积坝体厚度及其阻渗稳水功能分析

天山天池北堆积坝体结构受其成因和演化控制,影响其含水和渗流特性。对该坝体稳定至关重要的下伏基岩埋深、坝体结构阻渗水结构特征等需现场探测并给出科学判断。在地质调查基础上采用高密度电法对天池堆积坝体结构进行探测,首次获得深达下伏基岩的堆积坝体纵向和横向电性剖面。结合光释光测年、水化学成分对比、水量平衡计算等手段,分析坝体堆积物形成时代以及坝体水文地质结构特征。结果显示：天池坝堆积体厚度大于100 m并可分为3层,上部浅表层滑坡形成的巨大块石层厚30～40 m且基本不含水,其下松散含水层厚度为30～50 m;下部为较低电阻率弱透水的冰碛物,主要分布在坝体下游和东端;底部为高电阻率不透水的石炭系火山岩。坝体中间部位地下水集中下渗补给了西小天池。同时靠坝体东侧发育排泄通道,呈现多处溢水点,控制了飞龙涧左岸下降泉季节性发育,同河谷冲刷作用一起影响并导致下游左岸冰碛物中发育4处滑坡体。电法剖面揭示出与坝体轴向近平行的2条隐伏断层,其中堆积坝高堤处气象台所在山丘上游一侧发育一条近东西走向并倾向上游的断层F1,构成地下水阻隔带而使天池堆积坝上游潜水水位呈现一定雍高,同坝体下伏基岩和弱透水冰碛物联合组成的...     

常用电测井方法的应用探讨

对常用电测井的方法及应用进行了分析和探讨,总结了其应用效果和影响因素,并对当前电测井工作提出了改进建议.     

全拖曳式深海直流电阻率法三维任意各向异性正演模拟

高精度、高效率的深海勘探是当前国家海洋资源勘探开发的研究热点之一,设计观测效率高、勘探成本低的探测方式,开发可精确计算海底复杂电性环境的正演模拟算法有助于推进该研究的进展。本文基于前人的研究经验,引入了全拖曳式深海直流电阻率观测方式,同时考虑到海底沉积环境的电各向异性,开发了基于非结构有限元方法的三维任意各向异性深海直流电阻率正演算法,实现了对海底任意电各向异性情况的仿真模拟。本文算法与层状一维模型半解析解的对比验证了算法的精度。对典型各向异性电性模型的仿真模拟和分析,证明了全拖曳式深海探测方式对海底沉积层和矿产资源电各向异性的高分辨率。在此基础上,总结了电导率各向异性主轴沿笛卡尔坐标旋转时视电阻率分布也发生同方向旋转的视电阻率分布特征,并根据海底地形对各向异性探测的影响进行了简单探讨。     

含油污水污染地下介质的电性异常模拟及实例分析

为了提高电阻率法对地下介质污染问题的探测能力,分析了含油污水污染地下介质后引起的导电性变化,建立了适用于该问题分析的地电模型。利用2.5维有限元的方法正演模拟了采用温纳、施龙贝格、偶极和二极装置监测时所得的典型电异常剖面。正演模拟结果显示不同装置对污染区的反映能力不同,相对而言施龙贝格和温纳装置对污染区分布的反映较为直观。饱和粘土的含油污染区用温纳装置测量,剖面上表现为相对高阻异常特征,异常区域分布和污染通道相吻合。应用实例也证实了这一分析。     

高密度电法在电力工程勘测中的应用

该文通过工程实例，分析了高密度电法在电力工程勘测中的应用前景、应用效果及发展方向。