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.     

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.     

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.     

基于阵列感应与自然电位联合反演地层水电阻率

原状地层水电阻率是重要的储层参数,也是进行精细储层评价的基础.基于泥浆侵入数值模拟与侵入过程中井周岩石物理特征分析,确定了薄膜电位的产生位置,针对储层高、低侵等不同侵入特征,提出了可适用于包括存在"低阻环"等不同侵入特征时储层电阻率分布的"五参数"地层模型,基于几何因子理论与有限元方法,建立了阵列感应与自然电位测井联合反演算法,实现了地层电阻率参数反演,重构了地层径向电阻率剖面,进而精确求取了地层水电阻率.通过对实际资料处理表明:反演算法稳定可靠,"五参数"模型能很好地表征储层电阻率分布形态,重构储层电阻率剖面,确定薄膜电位产生位置;基于阵列感应与自然电位的联合反演,能精确计算原状地层水电阻率,为储层评价与流体性质识别提供依据.     

不同赋存方式石油污染土实测探地雷达图像特征分析与评价

探地雷达(GPR)主要通过图像方式反映浅地表土壤污染状况,图像异常特征与地层条件、污染物赋存状态、探测参数及背景噪声综合相关.与数值和室内模拟研究时控制条件下所得"理想"剖面不同,实测剖面会受这些因素综合影响,异常特征变得复杂,识别难度增大.本文总结近20年来数十个石油污染土GPR探测实例,以石油污染物不同扩散阶段所呈现的赋存情形进行分类,分析总结相应的GPR探测图像异常,以期找到共性特征,建立污染区GPR异常识别标志.分析结果表明:短期形成的石油污染土常呈现低介电常数和低电导率特征,在包气带内存在时表现为厚度不一、形状不定的高幅异常;在毛细带内存在时表现为潜水面上下分布散落的、相连的斑点状或片状高幅异常;在含水层内存在时则表现为聚集在含水层顶部的反射信号增强的振幅异常区.经历长期生化降解过程的污染土通常呈现高电导率特征,在GPR图像上表现为信号衰减异常.虽然实测剖面异常特征复杂,但在解译时区分污染区扩散阶段和赋存方式将显著提高解译准确度.     

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.     

坑道直流电阻率法超前探测研究

坑道空腔的存在使其周围电场分布不同于全空间的电场分布.以无限大板状体为例求解全空间电场分布,提出探厚比概念以讨论超前探测极限问题.通过对比全空间与坑道内超前探测异常形态可知,坑道空腔只会影响极距较小时的视电阻率幅值,不会掩盖迎头前方地质体的异常响应.大量模型计算结果表明,电阻率异常极值位置与板状体位置之间的差异在5～10倍之间,且同时受到异常体厚度、电性以及板状体倾角的影响.仅利用电阻率极值位置准确解释超前探测异常的难度较大.     

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.     

探地雷达及EH4对钼矿采空区的综合探测

采空区严重威胁着地面建筑物和矿山的安全,对采空区探测方法的研究有着重大的现实意义.本文探讨了探地雷达及EH-4电导率成像法对某露天钼矿采空区探测的方法技术及其应用效果.探地雷达对浅层地段不仅有很高的探测精度和高分辨率,能达到对浅部采空区的精确定位.EH-4电导率成像系统的探测深度大,通过电阻率断面图的局部异常体,可以直观的来判断采空区的位置从而查明深部采空区,结合二者对采空区进行综合探测.     

综合物探技术在堤坝隐患探测中的应用

本文给出笔者参与的浙江温岭东浦新塘隐患探测、椒江外沙海塘渗漏探测、缙云白马水库和玉环里墩水库坝体渗漏探测等几个实例,详细说明了综合物探技术在堤坝隐患探测中的作用、优点和需要注意的问题,具体分析了堤坝隐患的不同特征和综合物探方法的特点.工作实践表明：高密度电阻率法、探地雷达法、瑞雷波法及其综合运用能有效探测坝体缺陷,查明渗漏原因.同时,由于每种方法各有应用前提及局限性,故应针对可能的隐患特征,选用合适的探测方法及其组合,并努力提高信号采集和处理解释水平.     

岩溶勘察中的探地雷达技术及应用

岩溶的空间分布和物性特征为探地雷达技术进行岩溶地球物理探测提供了基本前提条件.在已有的探测实例中应用探地雷达方法基本查明了岩溶的分布范围和充填性质，从而为岩溶区的岩土工程勘察和评价提供了有效手段及依据.     

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.     

走航式水下多道电阻率探测系统研制与应用

为实现水下浅层介质二维电阻率映像法探测,一种走航式水下多道电阻率探测系统(NURSS)被研制开发.该系统由主控系统、定位系统、多道电缆及拖体组成.多道电缆长100m,装配有10个不极化电位测量极(可扩展)和4个供电极,可实现二极和偶极装置测量,电位采集采用并行采集技术.以水库库底渗漏探测为目标的数值分析和应用实例表明该系统比水面电阻率法具有更高的分辨率,可精确探测库底渗漏通道位置与延展深度,是实现水下浅层目标探测的有效工具.     

基于周向磁场有限元方法的双侧向测井影响因素分析

电流线分布是评价双侧向测井仪器探测性能的一种辅助手段.通常采用基于电位的有限元数值模拟方法,通过对电位的微分获得电流线的分布,这种处理方法引入了额外误差.为解决此问题,本文提出了一种基于周向磁场强度的有限元方法,通过对视电阻率和电流线的数值模拟验证了新方法的正确性,且新方法在计算电流线方面优于电位法.在此基础上,针对泥浆低侵和高侵两种情况,模拟了深浅侧向测井的视电阻率响应和电流线的分布,分析了侵入带对双侧向测井响应的影响规律.     

坑道直流电阻率法超前探测的快速反演

在坑道电阻率超前探测工作中,视电阻率异常极值位置与异常体位置、厚度、电性以及产状相关.设计有效的反演方法对异常体的各种参数综合反演是非常必要的.首先利用有限元数值模拟技术分析并消除坑道空腔对视电阻率的影响,并将坑道超前探测视电阻率曲线转化为全空间视电阻率曲线.然后采用最小二乘法对超前探测视电阻率曲线进行快速反演.反演结果可准确反映围岩电阻率、异常体的电性、位置和产状;而由于同层等值现象,反演结果只能确定异常体的厚度和电阻率的组合值.     

探地雷达在多年冻土工程地质勘察中的应用效果研究

由于融土和冻土之间存在明显的电性差异,使探地雷达成为研究多年冻土的有效手段之一.本文结合工程实例,对探地雷达在青藏高原多年冻土工程地质勘察中的应用效果进行了现场试验研究.分析了探地雷达探测多年冻土的物理前提条件,总结了多年冻土主要地质要素的雷达图像特征和探地雷达在多年冻土工程地质勘察中的实际应用效果.研究表明融土与冻土的雷达图像特征存在明显差异:融土雷达反射波为低频强宽振幅的稀疏波,波形较杂乱;冻土反射波为高频低振幅细密波,波形较为规则;探地雷达可较为准确地划分地层、识别多年冻土上限、确定多年冻土分布范围,但尚不能有效确定多年冻土的含冰量;另外,探地雷达对细颗粒土的探测效果要明显好于粗颗粒土.文章还指出了现场探测和图像解译分析中需要注意的事项和下一步需要研究解决的问题,建议在开展现场探测工作之前先在有钻探资料或天然地质剖面处进行对比试验,搞清测区内主要地层的物性参数,掌握有效波和干扰波的分布规律,从而提高雷达探测结果的准确性和可靠性.     

坑道隐伏陷落柱直流电阻率法超前探测分析

随着我国煤层开采不断趋向深部,坑道掘进过程中常遭遇陷落柱等含水地质构造,实际中常采用直流电阻率法进行超前探查.为研究该方法对陷落柱探测的可靠性,以圆柱体模型代替陷落柱目标体,推导了全空间点源超前探测视电阻率计算公式,提出了探半比概念以讨论超前探测极限问题.通过对不同地质参数模型的视电阻率进行计算与分析,结果表明:三极装置对应的视电阻率异常极值位置是目标体的距离2～3倍,且具有较高的视电阻率异常幅度,但受到目标体方位、电性及半径等参数的综合影响,仅利用视电阻率异常极值位置难以实现目标体的准确定位.理论分析与工程实践进一步指出,该方法存在探半比偏小及异常信息提取难度大等不足,需深入开展针对性的研究工作.     

直流电阻率法高阻管道漏点位置的探测与分析

近年来,城区供水管道发生破裂的现象屡见不鲜,给居民生活造成了极大的影响,解决城市管道漏水问题迫在眉睫.文章采用异常响应更为稳定、解释方便、低成本的直流电阻率法,基于直流电阻探测方法原理,提出利用电位异常方法探测管道漏点位置技术.首先利用数值模拟方法研究了高阻管道漏点电位异常响应,采用有限差分技术,将漏点位置设为源点,分别计算表面位置沿x方向和y方向电位差,数值模拟结果表明,该方法可以有效地定位漏点位置.利用物理实验对理论数值模拟结果进行验证,在实验过程中,分别在地表面沿管道方向以及垂直管道方向进行电位差测量,物理模拟结果与数值模拟结果相吻合,表明该方法合理有效.与其他管道探测相比,直流电位方法原理简单,抗干扰能力强,异常响应特征明显.     

探地雷达在探测隐伏活动断层中的应用

以东昆仑断裂带东部采用探地雷达探测隐伏活动断层为例。 在浅覆盖区, 利用合理的采集参数和数据处理流程; 雷达剖面图像能够清晰地显示出隐伏断层的形态特征和岩土分层; 结合沉积序列, 可以分析和评价断层的活动性。 实验证明, 探地雷达是一种有效探测浅覆盖区隐伏活动断层的方法。     

露天煤矿地下水电磁探测与类型判别

为准确确定露天煤矿地下水分布与类型,根据不同赋存条件电磁差异,基于磁场强度与电阻率参数进行异常划分与类型判别。以新疆某露天煤矿为例,采用高精度磁法通过磁异常强度确定烧变岩边界,并采用高密度电法和瞬变电磁法通过电阻率圈定低阻异常区,结合异常响应差异分别推断地下水分布范围与赋存类型。地面钻探验证探测成果的准确性。结果表明:露天煤矿烧变岩水与砂岩裂隙水电磁响应差异明显,基于磁场强度与电阻率的双参数综合电磁法能准确圈定其分布范围,并判别其赋存类型。