坑道直流电阻率超前聚焦探测新方法研究

研究和提出了一种坑道直流电阻率超前聚焦探测新方法.该方法通过在掌子面上设立不同功能的环状电极组,使一次场电流具有像探照灯一样的聚焦功能,可有效探测坑道掘进前方不良地质体的存在,达到超前预报的目的.本文首先介绍了直流电阻率超前聚焦探测的基本原理,并给出了两种聚焦观测方式.为了验证所提方法的可行性,通过轴对称电性介质二维异常电位有限元数值模拟方法,对聚焦观测条件下几例坑道模型进行了模拟计算.结果表明,该方法对异常反映明显,可进行即时解释,建议在坑道超前预报中逐步推广使用.     

坑道全空间直流聚焦超前探测模拟研究

常规坑道直流电阻率超前探测方法在掌子面后方观测,受到坑道腔体和工作环境的影响较大,增加了资料解释的难度.利用同性电流相斥原理,并参考地面电阻率垂向测深和直流侧向测井技术设计出适合坑道空间掌子面和侧壁测量的垂直聚焦电位和梯度电位超前探测方案.应用有限元数值模拟技术,对三维坑道空间中掌子面和侧壁探测方案的聚焦超前探测效果进...     

垂直线电流源的三维电阻率成像

在油井注水和深井注浆的电法监测中,地表布设平面的电位测量网,而将钻井的钢套管作为线电流源来供电,据此可确定流体的运动方向和分布特征.数据处理中需解决垂直线电流源的三维电阻率反演.本文叙述了相应的反演理论和偏导数计算方法.在某油田的试验中,以生产井为电极圈的中心,每圈均匀布设18个电极,共6圈,在地表得到了108个电位数据,获得500～2 000m之间5个不同深度层的真电阻率分布图像,并对深度层为1 500～1 600m的图像进行了初步解释.结果表明,该方法可以对井下某深度层中的流体运动和分布可进行有效的监测.     

坑道直流电阻率超前聚焦探测的影响因素及最佳观测方式

本文在简要介绍坑道超前聚焦探测原理的基础上,对坑道直流电阻率超前聚焦探测的影响因素及最佳观测方式进行了研究.通过有限元法对不同尺度的坑道、不同距离的旁侧异常体以及不同观测方式等条件下的地电模型进行了模拟计算.结果表明:旁侧异常体距离坑道越近,对异常曲线影响越大;坑道大小对超前聚焦的影响可忽略.在压制旁侧干扰方面A-M-A0装置要优于A-M装置,实际工作中应尽量增大供电电极距A0A,并使测量极距A0M与供电极距A0A满足A0M/A0A=0.6关系时,可达到最佳探测效果.     

坑道直流电阻率测深异常研究

电阻率测深数据可利用抗道的四个面和四个角得到。但由于受到坑道本身和体积效应影响,坑道内电阻率测深资料解释的困难很大。本文用有限单元法对坑道内的直流电阻率测深进行数值模拟计算。首先给出坑道中正常电位的取值,并利用有限单元异常电位计算法对坑道内电阻率测深进行正演计算。结果表明,在异常体断面尺寸、埋深及所用电极距与坑道截面尺寸相差不大时,坑道面上的测深断面反映的基本是本坑道面外侧地质体的信息,对其他位置的地质体没有明显反映,坑道角断面则反映的是相邻两个坑道面外侧地质体的综合信息。     

井下地电阻率观测中地表电流干扰影响计算

本文把地电阻率台站地下介质简化为水平三层均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流,针对对称四极观测装置,计算了在不同电性结构中的不同深度观测时,地表电流干扰源对对称四极装置地电阻率观测的影响,计算得到:地表干扰源对电阻率观测的影响取决于电性结构的类型和层参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离.本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构的选择、电极埋深、干扰源避让距离等有参考意义.     

跨孔直流电阻率法CT勘探技术研究

常用电阻率法的空间效应和视电阻率拟断面记录点对应深度方面的经验性,使其工程应用受到限制.根据电场的基本理论和地震CT勘探的原理,提出了利用在平行钻孔中布设电极、然后利用一孔的电极供电、另一孔的电极同时测量的拟震式单极--单极跨孔直流电阻率法CT勘探技术,并编制了相关的数据处理软件.通过对砼模型在水压致裂过程中电阻率变化的测试,证明了该技术的可行性.     

地表点电流对地电阻率观测的影响

<正>将地电阻率台站地下介质简化为水平层状均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流源,针对对称四极观测装置,利用转换函数滤波器法计算电流大小、方位角、距离对地电阻率观测的影响。(1)计算方法。地电阻率采用对称四极观测装置,AB为供电电极,MN为测量电极,电极均位于地表,测区采用EW和NS两个相互垂直测向布极,中心点为O。选择理论对称四极装置的奥尼尔滤波器(O’Neill20),依据姚文斌(1989)利用转换函数滤波器法计算地电阻率表达式计算对称四极装置地电阻     

海洋直流电阻率法电测深装置响应分析

海洋直流电阻率法是海洋电磁勘探的重要方法之一,已经在许多海底资源探测中得到实践.本文推导了供电电极位于海底时四层水平层状介质电位表达式和视电阻率计算公式.根据快速汉克尔滤波法,计算含有贝塞尔函数的积分,编写MATLAB程序计算水平层海洋地电模型电位和视电阻率,探究海水深度和沉积层厚度对于视电阻率曲线的影响.研究表明海水越深,海平面对视电阻率曲线影响越小;沉积层厚度越薄,视电阻率异常响应越明显.建立了各种地电模型,并用二极装置、三极装置、偶极装置进行探测,对不同装置获得的视电阻率曲线进行分析,得出偶极装置对于滨海低阻层和高阻层异常反应能力较强.分析了低阻环境下不同装置在不同供电电流下接收端的电位信号强度,研究发现供电电流强度仅在收发距较小时对接收端电位信号强度影响较大,且供电电流越大电位信号强度越高.本文的结果为深入研究海洋直流电阻率法装置类型应用于海底资源探测奠定了基础.     

三维电阻率成像技术的研究

电成像、电测深、电剖面法是目前3种最基本的电阻率探测技术.三维探测的观测系统主要有地表和钻井-地表这两种不同类型的测量.前者的电极阵列成矩形网格状,多采用单极-单极观测装置以增大探测深度,技术难点在于远电极的设置往往会带来难以消除的地电噪音,限制了单点电位测量的精度和应用范围;后者在油田生产的中后期的分层注水以及核废物注浆处理过程中,需要确定流体或者浆片的运移与分布,取深钻井的钢套管作为一个供电电极,形成垂直线电流源,再以钻井为中心对地表的环状网格进行二极或三极测量.可以取得视电阻率和自电位两种测量,得到三维电阻率和异常电荷概率分布的图像.     

多同性源阵列电阻率法隧道超前探测方法与物理模拟试验研究

直流电阻率法以其对含水构造响应敏感且适应性强的特点,是隧道施工期超前地质预报的常用方法.针对目前定点源三极观测方式易受到测线附近旁侧异常干扰与聚焦观测方式探测距离过短无法三维成像的问题,提出了一种基于多同性源阵列电阻率的隧道超前探测新方法,利用环形布置的多同性源供电压制隧道掌子面后方的异常体的干扰,同时增强掌子面前方远处异常体的敏感度,阵列电极测量可为含水构造的三维反演成像提供三维数据.首先,开展了含水构造超前探测的数值正演模拟,发现多同性源方法的视电阻率纵向微分曲线极小值以及与横轴的交点位置可对异常体位置进行定性判断,探讨了多同性源方法对后方及侧向异常干扰的响应特征及识别方法.其次,将电阻率光滑约束与轨迹光滑策略引入蚁群反演算法,提出了一种最小二乘方法与改进蚁群算法相结合的混合反演算法,反演数值算例表明混合反演算法能够实现含水构造的三维成像,较好地反演出不同距离的含水构造位置,并使其边界较为清晰.为了验证多同性源探测方法的探测效果开展了物理模型试验,多同性源阵列电阻率法能较好的反映含水构造的存在,与实际含水构造的位置较为相符.     

巷道超前探测的并行Monte Carlo方法及电阻率各向异性影响

直流电阻率法通过观测单极-双极装置视电阻率曲线最小值位置估计掌子面前方低阻异常体距离,在巷道超前探测及矿井水害预测与防治工作中有广泛应用,并形成多种经验预测模型.本文基于直流电法巷道超前探测的各向异性电阻率三维有限元数值模拟,给出超前探线性预测模型.然而,实际井下地质结构复杂,异常大小不定且任意分布,而且可能存在有电阻率各向异性,使得目前由简单模型实验或数值模拟获得的预测公式不确定性较大,而且可靠性难于评价.Monte Carlo方法用随机化思想解决非确定性问题,我们将该方法与并行算法结合,对大量不确定的随机模型进行三维数值模拟,以验证各预测模型的准确度及可靠性.结果表明,本文的超前探线性预测模型较其他预测模型更为准确及可靠.但介质各向异性的影响很大,尤其当围岩电阻率具有各向异性时,所有预测模型的准确度及可靠性较差,给安全生产带来很大隐患.     

坑(井)-地多参数电磁接收系统

坑（井）-地多参数电磁接收系统在地面、坑道、井中三维空间观测天然场源及人工源电磁信号,观测装置接近或穿过矿体,借助动源、大功率发射可获得更加明显的异常值,旨在加大探测深度的基础上提高深部分辨率,同时获取电阻率、极化率、复阻抗等参数.为坑（井）-地电磁成像方法现场数据采集提供硬件设备支持,针对坑道、井中电磁观测的特殊需求,开发了由不极化电极、非接触电极、小型感应式线圈、微型三分量音频磁传感器、地面-坑道电磁接收机、井中电磁接收机等组成的坑（井）-地多参数电磁接收系统,解决了传统不极化电极坑道硬岩表面接地困难和传统感应式磁传感器难以适应坑道狭窄空间的问题;通过多层次的室内、弱干扰条件下野外测试验证了接收系统的各项技术指标,接收机通道全频段噪声水平接近10 nV/rt（Hz）,微型三分量音频磁传感器体积压缩至32 cm×32 cm×32 cm;强干扰条件下的矿山试验验证了接收系统的可靠性、适用性及先进性.     

关于人工源极低频电磁波发射源的讨论——均匀空间交流点电流源的解

大功率人工源极低频电磁波（Control Source of Extremely Low Frequency method, CSELF）技术中,辐射天线由布设在高大地电阻率区的接地长导线源构成,通过接地点向大地注入数百安培的强电流.目前有关强电流在大地中的流动特性和分布规律,尚未完全弄清楚.本文提出一个新思路,将CSELF发射天线分解为两部分:交变的接地长导线源和接地处的交流点电流源,二者响应的叠加构成总场.本文重点讨论了均匀空间下交流点电流源的求解,对比研究了交流点电流源响应、直流点电流源响应之间的差异.结果表明,在小范围内（场源距几十、几百米以内）,均匀空间下交流点电流源场和直流源场差别较小,可相互近似,但在大范围内,交流点电流场比直流场的衰减要快得多.由于CSELF辐射天线跨度上百公里,场源距很大,其电流分布规律遵循交变场规则,不能近似为直流场.     

井下地电阻率观测影响系数分析——以江宁地震台为例

采用水平层状均匀介质中点电源位于任意深度时的电位解析表达式,以江宁台3层电性结构为例,分析了井下对称四极地电阻率观测时各层影响系数随深度、极距的变化,并结合探测深度探讨了实施井下观测时影响系数在选择供电极距和电极埋深时的作用。结果表明,对于"K"型电性结构,江宁台井下观测对地表、浅层干扰有较强的抑制作用,其短极距观测对地表、浅层干扰的抑制能力显著优于长极距观测;长极距观测在电极埋深H小于100m时对地表介质季节性的干扰具有放大作用;浅层影响系数一定时,电极埋深和供电极距需同时增加;江宁台井下观测供电极距AB/2取100～150m、电极埋深H为250m较为合理。     

环工作面三维直流电阻率法研究及应用

本文在矿井直流电法理论基础上,推导环工作面三维直流电法测量深度公式,得到环工作面三维直流电法记录点坐标位置.基于以上理论,建立了环工作面三维直流电法异常体模型,分析了环工作面三维直流电法二极装置、三极装置、四极装置异常体响应特征,得出环工作面三维直流电法各装置敏感度低的主要原因是缺少必要的数据采集点.为了提高环工作面三维直流电法分辨率,最大限度增加工作面内侧的采集数据点.基于以上原因本文提出了对角偶极装置采集模式及多装置的数据叠加反演处理方法,以增加工作面内采集数据点,提高三维勘探的精度.本文通过某矿8802工作面底板富水性探查实例,说明该方法的有效性.     

DEPTH OF INVESTIGATION IN RESISTIVITY METHODS USING LINEAR ELECTRODES *

Depths of investigation for normal (bipolar) and focusing (unipolar) linear electrode arrays have been computed following the method given earlier (Roy and Apparao 1971) both in homogeneous and layered earth. The focusing arrangement is found to be superior to normal arrangement both in regard to depth of investigation and zone of uniform depth of investigation. This analysis holds good in layered media too. Further, the depth of investigation increases with the increase in the length (2M) of the electrode and reaches a limit, 0.29L for normal and 0.50L for focusing, when the electrode attains an optimum length to satisfy the infinite condition. This optimum length of the electrode is six times the distance L of the observation point from the electrode for normal and about ten times for focusing. A contour diagram for contributions of individual ground elements to the total signal measured at the centre of focused system is also discussed.     

Apparent resistivity over a three layer earth with an inhomogeneous interstratum

Summary The theory of resistivity sounding on a three layer earth comprising an inhomogeneous interstratum has been presented. The electrical conductivity in the intermediate layer, embedded between two layers of uniform conductivity, is assumed to follow either generalised power law or exponential variation. A point source of current is placed on the surface. The electric potential functions on the ground surface have been obtained. The expressions for apparent resistivity over the above models for the Wenner and Schlumberger electrode configurations have been derived.