埋地金属管道影响视电阻率观测的数值模拟

目前在地震研究领域,绝大多数地电阻率观测台站均采用温纳装置,按照单极距方式进行观测,观测的视电阻率变化应该是表层变化(主要是干扰)和测区范围内深部变化(地下介质应力与应变状态发生变化)的综合变化。随着社会和经济的发展以及城市化进程的加快,城市基本建设范围快速扩张,不少地电阻率观测站受到各种各样的干扰,其中,地电阻率测区及附近埋地金属管道的影响是最主要的干扰因素之一。通过数值模拟进行了定性和半定量分析,找出了金属管道的物理属性、几何属性、埋设位置与干扰大小的关系,以方便数据中异常的识别。     

和平地电台深孔地电阻率异常的数值模拟研究

对近两年河源发生的几次地震的地电阻率测值资料进行分析,发现和平地电台的深孔地电阻率测值不同于大多数观测台地电阻率的异常变化,表现为正常时期长趋势下降,地震前转平或上升。对此情况进行了探讨,认为是电极极化及震前导电离子上涌所致;在此基础上建立了有限元模型,并采用数值模拟的方法对此进行印证。     

代县地电阻率降雨影响及数值模拟

多年观测数据表明,代县地电阻率年变受降雨影响比较显著,通过褶积滤波法获取降雨量对视电阻率的影响值,定量分析降雨与视电阻率的相关性。在此基础上,利用代县地电阻率电测深数据及相关地质资料,建立三维有限元模型,模拟降雨对地电阻率的影响,进一步确定降雨对视电阻率影响的物理机制。结果表明:降雨是造成代县地电阻率年变的主要因素,且与视电阻率呈正相关性;降雨造成表层介质含水饱和度发生变化,使得相应电阻率下降近10倍,从而引起地电阻率年变幅度发生近1/10的改变。     

偶极接地线对地电阻率影响的数值模拟

针对我国地震监测预报中地电阻率定点连续观测中存在的偶极接地线的干扰问题, 本文将台站区域地层简化为3层均匀介质模型, 将接地线等效为偶极接地的电阻体, 建立了接地线干扰地电阻率观测的耦合物理模型. 通过有限元分析软件ANSYS模拟分析不同电性断面情况下接地线对地电阻率观测的影响, 同时分析这种干扰的产生机理, 并结合实际观测中存在的干扰问题作了对比验证分析. 结果表明: ① 接地线使得供电电极产生的地下对称性电场分布发生局部调整, 从而影响地电阻率观测; ② 接地线对地电阻率观测的影响主要取决于线缆的位置及方位角的大小; ③ 适当增大电极埋深可以减小其对地电阻率观测的影响; ④ 电性结构的差异性决定干扰变化幅度的大小. 本文结果对相关台站地电阻率观测异常分析落实及干扰源避让和观测系统改造具有参考意义.      

地震地电阻率各向异性变化数值模拟

将APE模式中差应力与裂隙的演化理论与前期研究中建立的张量形式的各向异性电性模型相结合,推导出了裂隙演化参数(密度、孔压、纵横比、闭合角)与电导率关系的动态方程,用数值模拟方法研究了饱水岩石在水平向应力作用下电阻率的各向异性变化．并结合实验和观钡5结果,讨论了电阻率各向异性变化的可能机理。     

大岩心电阻率测量响应的数值模拟

根据电极法岩心电阻率测量原理及准静态电场理论,用三维有限元法编制了大直径岩心电阻率测量数值模拟程序,并运用该程序计算考察了裂缝对大岩心电阻率的影响。得出大岩心的电阻率随着裂缝与电场方向夹角的增大而增大,随着裂缝宽度的增加而降低。该结果可供大岩心实验系统和大岩心实验的研发参考。     

深埋电极的地电阻率观测研究

首先研究了四极观测系统装置系数与电极埋深的关系;然后给出了点电流源在3层地壳模型的地表和第二层时,电源所在层的电位的解析表达式;最后将天津宝坻地区的电性结构简化成一个3层模型,计算给出了当地表层和基岩中的电阻率出现变化时,在地表和基岩上层开展四极地电阻率观测结果与供电极距和深度的关系.     

河源地电台深浅电极埋设电阻率测量对比分析

华南地区唯一的地电台--河源地电台自1992年开展了深孔直流电阻率测量试验.(刘昌谋等,1992 深孔测道孔深为65m,极距58m,走向东西.常规测道的1、3两道为浅极常规埋设.极距为1000m左右.从1992年至今十余年的资料可以看出,常规浅极的1、3两道电阻率测值受地表突发性干扰等因素影响较舷明显,突跳多、变化幅度大.如,1993年9月遭雷击;2000年9月受电信局外线接地干扰;因自然电位正负变换引起的突跳;2000年9月之后因干扰而引起的多次突跳;第3道2001年7月开始的近50天突降等等.     

埋地管线数值模拟中土体计算区域的选取问题研究

详细论述了动力无限元基本理论，提出了一种在非一致激励时无限元边界面上地震动的输入方法。在此基础上，考虑管线-土体之间的黏结滑移效应，采用动力无限元边界，建立了埋地管线的三维有限元-无限元耦合的精细化模型，对非一致地震波激励下埋地管线的动力响应进行了数值分析，对管线周围的土体计算范围的取值进行了系统研究，给出了管线周围土体的有效计算宽度W、有效计算长度L和有效计算深度H的取值范围。结果表明：W的取值与管径D紧密相关，H可取30～60 m,L应至少包含一个地震动的卓越周期段的波长，此分析结果可满足大多数工程需求。     

冲击荷载对埋地管道影响的试验与数值模拟研究

为了研究冲击荷载作用下埋地管道的动力响应,自制管道及土箱缩尺模型,开展埋地管道落锤冲击试验,并建立管道冲击模型对冲击荷载作用下埋地管道的动力响应过程进行数值模拟分析,探讨管道距振源水平距离、冲击能量以及管道埋深等参数对埋地管道动力响应的影响。试验测量得到管道纵向和环向的应变分布特性,同时对比冲击荷载作用下埋地管道数值模拟所得的结果与试验结果,二者较为吻合。研究结果表明：在冲击荷载作用下,管道受土压力的影响随管道距振源水平距离的增加而减小,并且管道受影响最大的位置因距振源水平距离的增加而发生偏移;随着冲击能量的增加,管道距离冲击中心点较近区域受到的影响随之明显增大,管道两端距离冲击中心点较远的区域受到的影响较小;管道覆土深度增加,土体缓冲作用随之增强,管道的应变峰值明显减小。研究结论可为埋地管道抗冲击设计规范制订、管道敷设及管道维护提供参考。     

稳流源与地电阻率观测系统可靠性的关联

研究了稳流源对地电阻率观测系统可靠性的影响,从理论上分析了稳流源输出电流的稳定性与系统测量数据可靠性之间的联系;从技术上分析了用于稳流源的高频开关技术和多种可靠性技术对观测系统长期可靠的重要性。理论分析阐述了稳流源输出电流稳定的意义,新技术的采用促进了地电观测系统设计技术的提高。     

晋冀蒙交界及附近地区小极距井下地电阻率观测装置设计

为提升2022年北京冬奥会期间地电阻率测项的震情保障能力,将对晋冀蒙交界及附近区域的宝昌、集宁、阳原、大同、代县、临汾、通州和平谷8个台站在原有观测基础上增加具有全空间性质的小极距井下地电阻率观测。本文根据台站钻孔岩芯剖面和电测深数据反演测区水平层状电性结构,利用介质对地电阻率观测的影响系数方法,计算影响系数随极距和埋深的变化,选择合适的极距和埋深,使浅层介质对地电阻率观测的影响尽可能小,使目标层位对观测的贡献尽可能大,减少浅层介质对观测的影响。由此得出了各台站观测极距及埋深等装置系数,在此基础上完成了8个台站观测装置的方案设计。     

MT方法中Basokur视电阻率定义的研究

电法勘探中不同的视电阻率定义可以带来不同的反演效果,好的视电阻率定义可以提高反演分辨率。传统的Cagniar视电阻率(1953)只是利用了波阻抗的模值,而Basokur 1994年提出的视电阻率利用波阻抗的实部和虚部。本文做了4个不同模型的Basokur视电阻率响应及反演,结果显示新的视电阻率对薄层有很好的反应,对常规模型也有不错的表现。     

开展小极距井下地电阻率观测的可行性分析

目前,我国用于地震监测的地电阻率观测面临着两个难题:①测区范围较大导致台网稀疏且分布不均匀;②易受环境干扰。本文结合台站实际的地下电性结构,采用地电阻率解析表达式和有限元数值分析方法,对开展小极距井下地电阻率观测的可行性进行了讨论。结果表明:小极距井下观测方式能有效抑制地表电性异常体类干扰和年变化的影响,也能记录到地表大极距观测和井下大极距观测所能记录到的震前异常变化。小极距井下观测能大幅减小布极区范围,有助于地电阻率的足密度组网成场观测,可为解决目前地电阻率观测面临的难题提供一种可选方案。     

地电阻率观测常见变化形态及其可能原因分析

地电阻率连续观测中常见的变化形态有长趋势变化、年变、日变化、阶跃、高频扰动、快速下降/上升、年尺度持续性下降/上升变化等形态,且多种形态通常相互叠加在一起,构成观测曲线复杂的变化形态。本文结合地电阻率观测基本原理、地电学科多年的研究成果和异常核实工作,尝试对地电阻率观测中常见变化形态可能的产生原因进行分析和总结,以期为异常分析和震情跟踪提供一定的参考。     

电阻率横向剖面探测走滑断层的数值模拟研究

本文从走滑断层难以探测的实际出发,讨论了其物性特征。通过对实际模型的数值模拟,讨论了纵、横向剖面电阻率的变化特征。数值模拟结果证明横向剖面和纵向剖面相比在断层探测中有明显的优越性,为走滑断层探测提出了新的思路。     

2013年岷县漳县M_S6.6地震前大地电磁视电阻率变化

本文用归一化变化速率方法处理,分析研究了兰州及附近地区2004—2013年共10年期间5个大地电磁测点视电阻率重复观测数据,得到:1在2013年岷县漳县MS6.6地震前,这些测深点在穿透深度几~二十余公里范围内的连续频点显示了同步变化的视电阻率异常,时间上对应了本次地震。其中3个测点NS测向在几乎相同的深度范围内出现了异常变化,各测点的NS测向异常频点较EW测向多且连续性好。2 NS和EW测向的连续频点在归一化变化速率曲线上同步上升异常是测点原地地下电阻率变化引起的,反映了地下介质相应勘探深度范围内电阻率升高,NS测向的连续频点的归一化变化速率下降而EW测向上升的变化,反映了测点原地地下介质的各向异性变化。研究结果进一步显示了MT复测的地震监测能力。     

地震预报中的两类视电阻率变化

目前,在中国大陆近80个地电阻率ps台进行常规地震监测,发现存在两类视电阻率异常:第一类集中在强地震、孕震晚期(震前1年尺度一短临阶段)、震源区附近,与震源参数直接联系;第二类持续1年尺度时间,对应远距离大震和大区域地震高活跃水平.作者信箱:杜学彬,duxb@china.com     

A Robust Two-Step Inversion of Complex Magnetotelluric Apparent Resistivity Data

Though two-dimensional inversion is now a standard procedure, interpretation of magnetotelluric (MT) data under the assumption of isotropic and one-dimensional structures is a valuable procedure for a first step interpretation of exploratory and solid earth geophysics investigation data. Because its interpretation requires an efficient inverse modelling, we propose and evaluate an inversion procedure, which consists of two steps. Both steps employ jointly the modulus and the phase of the apparent resistivity function. The first one consists of the use of the asymptotic Bostick-Niblett approach. The second employs the result of the inversion obtained in the first step as a starting model to initialize the linearized inversion performed using a multiple re-weighted least-squares approach. We applied the analysis both to synthetic data and to field data from the Parana Basin in Brazil. The results show that the inversion procedure presents a faster convergence without loss of accuracy, increases the resolving power of the MT technique, and may improve its capability to delineate conductors up to a depth of one hundred kilometers. Therefore a reasonable interpretation of the data employing one-dimensional model can be achieved even in the presence of relatively noisy data, and under conditions that slightly violate the premise of lateral homogeneity.