探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT水槽物理模拟实验研究

采用重庆奔腾数控技术研究所的WDJD-3型多功能数字直流激电仪,在电法实验室水槽内布设了探测孤石高阻体的跨孔电阻率CT法观测系统,进行了物理模型实验。物理模拟实验采用多种观测装置(二极、三极和四极装置),对采集到的数据进行反演成像,得到如下结论:①二极装置电阻率CT反演成像结果不能反映出高阻体的位置与大小;②三极装置CT反演成像结果能较好反映孤石高阻体的位置与大小;③四极装置电阻率CT反演成像也能反映出孤石高阻体的位置与规模,效果与三极装置基本相同。物理模拟实验结果表明:三极或四极装置的跨孔电阻率CT法可用于探测高阻体,它具有采集方式灵活、数据稳定可靠、成像结果直观清晰的优点。基于物理模拟实验的结果,采用电阻率CT法对地铁盾构隧道洞身范围内的孤石高阻体探测具有一定的指导意义。对孤石体的三维电阻率CT法物理模拟实验正在进一步研究中。     

跨孔地震CT中的逐次线性化方法

非线性问题的逐次线性化方法的每个线性化过程可通过最小二乘ＱＲ分解算法求解．为了精确地描述和控制逐次线性化迭代过程,引入迭代阻尼系数．首先根据模型拟合表最小的准则确定满足最佳一次线性化效果的最佳初始迭代阻尼系数;然后随遂次线性化迭代而减小迭代阻尼系数,并加入松弛因子对每次迭代输出的波速修正量进行控制;最后根据混沌理论,采用Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数和模型拟合差的变化,描述第ｋ次迭代所处的状态,在解估计的方差急增之前及时停止迭代,获得可信度和分辨率最佳的解估计．模型计算与实例证明方法有效．     

双通道跨孔雷达CT原理与应用

单通道雷达只记录接收信号,无法消除发射功率变化对幅值的影响,导致衰减CT的结果不可靠.雷达走时读取存在系统误差,波速CT结果也不准确;针对上述问题开发出双通道跨孔雷达,同时记录发射信号和接收信号.通过两个信号的走时差计算波速CT,通过两个信号的幅值比计算衰减CT,为CT结果的准确性提供了技术保障.选定40 MHz作为工作频率,对岩体的含水性具有较高的敏感度.应用双通道雷达在贵州地铁岩溶场地进行了跨孔CT勘查试验,并与地震波CT进行了对比.理论和实践证明,双通道雷达跨孔CT的结果更为可靠,在工程与资源勘查中具有广泛的应用前景.     

跨孔地震CT中的逐次线性化方法

非线性问题的逐次线性化方法的每个线性化过程可通过最小二乘ＱＲ分解算法求解．为了精确地描述和控制逐次线性化迭代过程，引入迭代阻尼系数．首先根据模型拟合表最小的准则确定满足最佳一次线性化效果的最佳初始迭代阻尼系数；然后随遂次线性化迭代而减小迭代阻尼系数，并加入松弛因子对每次迭代输出的波速修正量进行控制；最后根据混沌理论，采用Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数和模型拟合差的变化，描述第ｋ次迭代所处的状态，在解估计的方差急增之前及时停止迭代，获得可信度和分辨率最佳的解估计．模型计算与实例证明方法有效．     

直流电阻率法在岩溶探测中的应用

直流电法勘探在灰岩地区探查溶洞或断裂是一种有效的方法，特别是在圈定洞穴或破碎带的延伸以及其中的地下水流向等方面。国内物探工作者作过不少诸如此类的工作，但由于受使用的装置及工作方法和解释方法的限制，探测效果并不显著。本文特介绍印度中央地下水管理局Ｐ．Ｃ．ＣＨＡＮＤＲＡ等人在岩溶探测方面进行现场试验所取得的成果，供国内同行参考借鉴。     

人工洞室上直流电阻率法视电阻率的异常特征

直流电阻率法装置种类较多,根据实际地质条件选用不同的装置类型,通过对探测结果进行综合对比分析,可全面地反映地下洞室赋存状态。通过对一地下人工洞室进行多种装置类型直流电阻率法勘查,综合分析了各种装置类型探测结果的视电阻率异常特征,并论述了直流电阻率法探测地下人工洞室的有效性。     

电容耦合式电阻率法在城市遗址考古勘探中的应用

城市密集柏油公路网和坚硬水泥地面给地下遗址考古勘探造成了很大困难,传统的高密度电阻率法需要插置电极,无法在城市环境中使用。电容耦合式电阻率法采用非侵入式的方式,通过特制电极与大地形成电容器产生电流进行电法勘探,特别适合城市硬地表介质的条件。为了检验电容耦合式电阻率法在城市遗址考古勘探中的应用效果,在地处杭州市主城区的吴越捍海塘遗址进行了电容耦合式电阻率法探测试验,采集多个收发距的电法数据,对数据进行反演处理,将反演结果与考古发掘结果进行对比分析。结果表明,反演的电阻率图像推断结果与考古发掘结果基本吻合,电容耦合式电阻率法是城市遗址考古勘探的有效方法,具有广泛的应用前景。     

高密度电阻率法在三星堆壕沟考古勘探中应用研究

三星堆遗址文化从新石器时代晚期延续发展至商末周初,延续时间近2000年,是迄今在西南地区发现的范围最大、延续时间最长、文化内涵最丰富的古城、古国、古蜀文化遗址,对三星堆遗址文明的溯源、遗址的发掘研究都具有重要意义.本文是利用高密度电阻率法勘探三星堆壕沟,其研究成果与壕沟情况十分吻合.     

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.     

高密度电阻率法成像

介绍在地质大学电法科研组“高密度电阻率法正、反演软件”的基础上,研制高密度电阻率法2.5维电阻率成像系统;讨论不平地形条件下高密度电阻率法2.5维电阻率成像的算法和软件,可用于九种常用电极装置观测结果的电阻率成像。对理论和实测数据的成像结果表明,该成像系统程序运行稳定,成像效果很好。     

等位线追踪法在井间电阻率成像中的应用初探

井间电阻率成像是近年来发展起来的在工程应用很广泛的方法,其关键技术之一是反演方法,目前国内外主要是基于最小二乘法.综合国内外各种资料,本文借鉴医学CT引进等电位线的研究角度来进行电阻率反演追踪成像,根据测得的电流、电位推导出反演视电阻率的解析解,并在野外相对复杂的场地进行反演成像实践及解释,相对传统算法等位线追踪法计算简单快捷有效,反演成像精度比较高.该法可以结合传统的有限元等数值方法进一步研究以提高精度.     

地下洞体的三维电阻率探测方法

高分辨电阻率法采用单极-偶极装置,对老窑等地下洞道非常敏感,可以提供快速、准确、直观的成像反演解释方法.为进一步提高探测的准确性、避免旁侧影响,将单极-偶极装置以网格方式布设在地面上进行面积测量,在纵横两个方向都形成对地下分析分辨单元的多次覆盖观测,实现三维电阻率勘探.在三维高分辨电阻率探测中,直接成像解释方法仍然有效,获得的地下洞体的位置和影像更为精确.     

基于电流密度连续性条件的直流电阻率各向异性问题自适应有限元模拟

直流电阻率法被广泛应用在工程和环境及水文地球物理、野外采矿、地热探测等领域.地下岩石常具有层理面和裂缝等具有方向依赖性的结构,岩石电导率常常呈现各向异性特征,因此研究复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演算法具有迫切的理论和学术需求.本文利用面向目标的自适应有限元算法和非结构化网格相结合的方式,解决了带地形任意复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演这一难题.有别于前人的研究成果,本文提出了一种特别的二次虚拟场算法实现带源的任意起伏地形问题模拟;另外,本文第一次基于电流密度连续性条件构建适合直流电阻率各向异性问题的后验误差估计算法,有效地驱动面向目标有限元网格自适应加密过程.最后,通过三组电阻率各向异性模型验证本文提出算法的正确性和适应性,测试结果表明：对于任意复杂直流电阻率各向异性问题,本文提出的算法具有精度高、适应性强等特点;另外,我们还发现电流密度连续性条件可用于设计直流电阻率问题的有效后验误差估计算法.

     

基于全区视电阻率的半航空瞬变电磁法对低阻薄层的探测能力探讨

针对使用感应电动势定义全区视电阻率会出现"二值性"的问题,本文采用与电阻率一一对应的垂直磁场分量结合二分搜索算法计算全区视电阻率,这使得全区视电阻率具有唯一性和可靠性.将全区视电阻率的概念引入到半航空瞬变电磁法中,在此基础上,建立以中间层为低阻薄层的三层地电模型,分别绘制了不同低阻薄层埋深与层厚比、围岩与低阻薄层电阻率比的全区视电阻率异常曲线图,并分析其全区视电阻率异常曲线形态及变化规律,通过计算其相对误差,分析并归纳了半航空瞬变电磁法对低阻薄层的探测能力.结果 表明全区视电阻率对地下低阻薄层分辨率较好,能较好反映地电断面信息,这对半航空瞬变电磁法有效探测低阻薄层具有实际的指导意义.     

Recent developments in the direct-current geoelectrical imaging method

There have been major improvements in instrumentation, field survey design and data inversion techniques for the geoelectrical method over the past 25 years. Multi-electrode and multi-channel systems have made it possible to conduct large 2-D, 3-D and even 4-D surveys efficiently to resolve complex geological structures that were not possible with traditional 1-D surveys. Continued developments in computer technology, as well as fast data inversion techniques and software, have made it possible to carry out the interpretation on commonly available microcomputers. Multi-dimensional geoelectrical surveys are now widely used in environmental, engineering, hydrological and mining applications. 3-D surveys play an increasingly important role in very complex areas where 2-D models suffer from artifacts due to off-line structures. Large areas on land and water can be surveyed rapidly with computerized dynamic towed resistivity acquisition systems. The use of existing metallic wells as long electrodes has improved the detection of targets in areas where they are masked by subsurface infrastructure. A number of PC controlled monitoring systems are also available to measure and detect temporal changes in the subsurface. There have been significant advancements in techniques to automatically generate optimized electrodes array configurations that have better resolution and depth of investigation than traditional arrays. Other areas of active development include the translation of electrical values into geological parameters such as clay and moisture content, new types of sensors, estimation of fluid or ground movement from time-lapse images and joint inversion techniques. In this paper, we investigate the recent developments in geoelectrical imaging and provide a brief look into the future of where the science may be heading.     

工程VSP与地震CT联合探测方法及其在岩土工程的应用

垂直地震剖面（Vertical Seismic Profile,简称VSP）和层析成像（Computerized Tomography,简称CT）方法,不仅能够使用统一的数学方法描述（如射线理论）,并且在其勘探实践活动中完全可融为一体而成为优化技术组合下的高分辨工程物探方法.特别是在井间地震CT数据采集现场施工中,充分利用VSP和井间CT数据采集方式的兼容性和优化观测系统参数设计,几乎可以不增加野外工作费用,就能够同时获取井间地震CT数据和施测孔的逆向VSP数据体.如井中排列多点激发,地面各接收点构成多偏移距逆向VSP道集,并可组成关于孔中各炮点的变偏移距逆向VSP道集.这种高分辨技术组合在近地表大中型岩土洞室工程测试环境中更易于实现.本文简述了工程VSP与地震CT数据一体化观测系统,介绍了联合速度反演初始模型的建立与成像处理流程,给出VSP和CT联合成像方法应用于三峡大坝工程物探检测中的一个实例简介,最后得出相关结论并提出建议.     

多通道瞬变电磁法频率域比值算法及视电阻率计算研究

视电阻率在电磁法勘探中起重要作用,可以作为初步解释结果,多通道瞬变电磁法通过大地脉冲响应的峰值时刻定义视电阻率.鉴于传统方法计算峰值时刻视电阻率需要恢复完整大地脉冲响应,本文通过研究大地脉冲响应及其频谱特征,提出一种新的频率域比值法.利用参考谱及其与一般谱的伸缩因子计算一般谱的峰值时刻,进而得到视电阻率.该方法只需大地脉冲响应单个频点幅度谱,从而不用估计整个大地脉冲响应.实际计算时,可以用大地脉冲响应多个频点幅度谱得到平均视电阻率.模拟数据与实测数据结果表明,在一维介质中,频率域比值法可以得到合理的视电阻率.

     

数字化地电阻率观测数据的干扰识别及处理方法

针对辽宁省数字化地电阻率观测数据的特点,找出同步高频变化干扰数据的识别及处理方法;观测资料中缺测数据的干扰识别及处理方法;无物理基础的观测量值识别及处理方法等;通过VB编程快捷、方便地剔除瞬时干扰数据,有利于地震预报人员对数字化观测干扰数据的处理,并对地下介质的动态变化做出正确的分析、判断.     

应用CT技术研究瘦煤在不同温度下孔隙变化特征

应用µCT225kvFCB型高精度(µm级)CT试验分析系统,对直径1 mm的瘦煤从18 ℃到600 ℃高温下的热破裂过程进行了显微CT观测和分析.发现了瘦煤的热破裂规律:300 ℃煤样中大量小的孔隙贯通成大的孔隙团,因此瘦煤的热破裂阈值在300 ℃附近,从常温到300 ℃煤样的孔隙率增加了0.5倍左右.研究了煤样在100~600 ℃范围内热破裂孔隙分布的分形规律,研究发现:从100 ℃到600 ℃,煤样的分形维数D随温度升高呈现先减小、后增加的趋势.孔隙的演化规律:由初始较规则的小孔隙变形,过渡到大量较规则、小孔隙贯通成不规则的大的孔隙团,之后孔隙团缩合减小趋于规则.分布初值的对数随温度升高呈现先降低后增加的趋势;从18 ℃到600 ℃孔隙数量的演化规律为先减小后增加.     

基于GPU混合反演的隧道电阻率超前探测成像研究

隧道施工期超前探测对于避免突涌水灾害的发生具有重要作用,为满足隧道三维电阻率超前探测快速化解译与成像的要求,本文提出了一种基于GPU并行的蚁群算法与最小二乘方法相结合的混合反演算法.该方法结合线性反演与非线性反演的优点,利用蚁群算法全局搜索能力强的优点为最小二乘反演提供较优的初始模型,以克服最小二乘算法容易陷入局部最优的缺点,提高了隧道三维电阻率反演成像的精度.同时,基于蚁群算法的天然并行性,提出了CUDA环境下的GPU并行策略,实现了三维电阻率反演的快速化成像.其次,开展了基于GPU混合反演的数值算例,与传统最小二乘线性反演进行了对比,基于GPU并行计算的混合反演计算效率得到了显著提高,对含水构造的位置、形态有较好的反映,压制了三维反演的多解性.最后开展了物理模型试验,结果表明基于GPU混合反演探测的低阻异常体与实际含水构造的位置较为相符,发现基于GPU加速的混合反演方法在提高探测精度与加快反演速度方面具有显著优势,为三维电阻率混合反演方法在隧道超前探测实际工程中的应用奠定了基础.