防步兵地雷地球物理探测技术国内外研究动态

战后遗留的数百万颗地雷在许多国家带来了严重的人道主义问题.其中防布兵地雷因为其体积小金属含量低,一旦被埋在地下将很难被发现,所以目前迫切需要研究和发展新颖的探测技术来消除目前国际社会十分关注的探雷问题.而高敏感度、高可靠度和低花费是对探测技术的基本要求.当前正在使用和发展的探测技术包括地球物理探测技术和非地球物理探测技术两大类.地球物理探测技术中,正在使用和有发展前景的探测技术主要包括:低频电磁感应、红外成像、核四极矩共振和探地雷达等技术.本文将主要介绍以上几种探测技术的原理、现状,并总结它们各自的优缺点.研究表明将几种探测技术有机地结合于一体的复合探雷器是解决地雷探测问题的一个不错的选择和当前发展的一个趋势.     

三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用

道路塌陷空洞一直是威胁交通安全运行的重要隐患,对道路塌陷空洞的探测方法进行研究具有重大的现实意义。研究工作通过实例探讨三维探地雷达（GPR）对道路塌陷区进行探测的方法技术及其应用效果。为查明道路塌陷空洞的空间分布特征,在塌陷区布设了共23条测线,1.0 m×0.5 m的三维测网并进行数据采集;通过对雷达数据进行处理,获得不同测线、不同方向的三维雷达剖面。结合地质情况对上述图件进行综合分析与解释,准确地查明塌陷空洞的位置、埋深及发育程度;经开挖验证,解译结果可靠。工程实践表明,三维探地雷达技术可以快速、高效地应用于道路塌陷探测中,其探测结果可为塌陷区后续施工以及安全防治提供参考。     

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.     

基于RFD-U-Net的探地雷达缺失数据重构

在探地雷达勘探中,由于受到采样点数与测量速度不匹配、地表不均匀或仪器内外部干扰等因素的影响,容易造成信息不完整,甚至缺失．如何有效重构缺失信号是提高原始GPR数据精度和进行后续高分辨率成像的关键环节．本文提出了一种残差特征提取网络（RFD-U-Net）来针对性处理数据缺失这一问题．其中,RFD采用信息蒸馏网络的方法对缺失数据进行重构,首先使用多个特征提取连接来进行特征学习,然后在残差单元上增加跳跃映射,补充卷积过程中损失的特征信息,最后与轻量网络U-Net相结合,极大程度地缩减了网络冗杂．合成测试数据的对比结果及UQI和SNR两种评价指标的量化分析结果可知,RFD-U-Net获得了最优的重构效果和最佳的计算数值,验证了本文所提方法重构缺失GPR剖面的准确度和优越性．将RFD-U-Net应用于实测数据中,能够较好地重构缺失数据,在细节上突出了有效信号的连续性,并采用自动聚焦技术这一评价指标进行佐证,证明了该方法的实用性．     

多源探测数据揭示的南海东北部三维地壳结构特征

南海东北部洋陆转换带及其邻区复杂的地壳结构一直是南海岩石圈结构研究和深水油气勘探的热点.本研究基于覆盖南海东北部的119条地球物理探测数据（包括二维地震和OBS/OBH/ESP等剖面）,采用已有OBS数据拟合的时-深关系进行转换,提取主要沉积地层界面和Moho面深度信息;参考区域深钻资料,利用离散平滑与克里金插值法对研究区的数据稀疏区进行插值,在此基础上建立了南海东北部三维地壳结构模型.结果显示：南海东北部的地壳拉伸减薄具有空间差异性.平面上,可以分为地壳轻微、中等和强烈减薄区（拉伸系数分别小于1.5、1.5~2.5之间和大于2.5）;Moho面深度向SW向变浅,洋陆转换带宽度由东部的50 km变窄至西部的20 km;北部陆架区发育一系列NE走向的断陷,推测主要受到滨海断裂带的控制,南部陆坡深水区部分凹陷发育巨厚沉积层,可能是由于深水区大型正断层活动和南海扩张过程中陆壳向海掀斜的共同作用.垂向上,Moho面深度与沉积层底界表现为镜像关系,上地壳拉伸系数基本都大于下地壳;且东沙隆起及其邻区的下地壳下部发育高速层,其厚度以近东西向为轴向南北方向变薄.研究揭示的南海东北部三维地壳结构,特别是Moho面结构特征,是认识其深部动力过程和构造活动的重要依据,可为探讨南海洋盆的扩张和演化提供参考.

     

基于全波形反演的探地雷达数据逆时偏移成像

逆时偏移成像(RTM)常用来处理复杂速度模型,包括陡倾角及横向速度变化剧烈的模型.与常规偏移成像方法(如Kirchhoff偏移)相比,逆时偏移成像能提供更好的偏移成像结果,近些年逆时偏移成像越来越广泛地应用到勘探地震中,它逐渐成为石油地震勘探中的一种行业标准.电磁波和弹性波在动力学和运动学上存在相似性,故本文开发了基于麦克斯韦方程组的电磁波逆时偏移成像算法,并将其应用到探地雷达数据处理中.时间域有限差分(FDTD)用于模拟电磁波正向和逆向传播过程,互相关成像条件用于获得最终偏移结果.逆时偏移成像算法中,偏移成像结果受初始模型影响较大,而其中决定电磁波传播速度的介电常数的影响尤为重要.本文基于时间域全波形反演(FWI)算法反演获得了更为精确的地下介电常数模型,并将其反演结果作为逆时偏移成像的初始介电常数模型.为了验证此算法的有效性,首先构建了一个复杂地质结构模型,合成了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用常规Kirchhoff偏移算法及逆时偏移成像算法进行偏移处理,成像结果显示由逆时偏移成像算法得到的偏移结果与实际模型具有较高的一致性;此外本文在室内沙槽中进行了相关的物理模拟实验,采集了共偏移距及共炮点探地雷达数据,分别应用Kirchhoff和叠前逆时偏移成像算法进行处理,结果表明叠前逆时偏移成像在实际应用中能获得更好的成像效果.     

基于探地雷达的混凝土无损检测反演成像方法

本文针对水利水电工程中的混凝土构件无损探测问题,提出了一种新的反演成像方法.传统方法主要依赖人工经验观察偏移探测数据,精度无法保证.这种方法以Maxwell方程的TM问题为数学模型,在混凝土的表面放置发射源与接收器,根据探地雷达的接收数据,采用同伦优化方法结合收敛速度较快的阻尼高斯牛顿方法作为反演算法,其成像结果更具定量化和可视性.该成像方法克服了传统雷达剖面图只能近似地反映混凝土中埋藏物及缺陷的深度、大小等缺点,不仅能够探测混凝土内部异物的位置,而且能够比较准确地确定异物的大小及属性.通过计算机模拟以及对实际资料的处理,验证了该反演成像结果直观、可靠、具有一定的应用价值.     

基于多源数据的活动断裂遥感图像处理技术

本文在综合分析活动断裂遥感影像特征的基础上, 主要研究了活动断裂与隐伏断裂调查中遥感图像处理。基于SAR影像、 ETM+影像、 SPOT-5影像及高精度DEM数据, 运用SAR图像与ETM+多光谱图像融合方法、 ETM+图像纹理特征和光谱特征组合增强方法等, 结合断裂周围高分辨率影像及其三维影像, 综合分析解译了济南市周边活动断裂, 为该地区地震地质调查和精确定位活动隐伏构造提供了依据。     

基于方差分量估计的多源InSAR数据自适应融合形变测量

近年来,合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）技术在地面沉降监测方面展现了巨大的应用潜力,但受其重访周期和一维形变测量能力的限制,仅利用单一轨道卫星观测数据很难揭示真实的地表形变特征及其演化规律.随着在轨运行的SAR卫星系统不断增加,使得融合相同时间段内覆盖同一区域的多源多轨道InSAR数据成为可能.然而目前普遍采用的多源InSAR数据融合方法均为针对大尺度形变监测设计,或者忽略南北向形变甚至水平形变,容易造成误判.为此,本文对经典小基线集（Small Baseline Subset,SBAS）时序InSAR分析方法进行改进,在其形变反演模型中加入东西向和南北向形变参数,采用方差分量估计方法解算多源观测数据验后方差,通过迭代精化确定权重矩阵,从而获得形变参数的最优估值.使用美国南加州地区的ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR数据开展实验,利用南加州综合GPS网（SCIGN）位于研究区域内的9个站点观测数据进行验证,结果表明本文方法得到的融合形变测量结果在垂直向上能够准确反映地表形变波动,周期性与GPS观测比较一致;同时,融合得到的三维形变场显示南加州洛杉矶地区存在不可忽略的水平形变,东西向形变测量精度略高于南北向.因此,基于方差分量估计的多源InSAR融合方法在提高形变测量时间序列连续性的同时,能够更准确地反演研究区域三维形变特征.

     

工程结构地下水病害电磁雷达检测技术研究

由于积水病害隐藏在一定厚度的钢筋混凝土层背后,加上积水空洞具体形态的不规则性以及洞内可能充填水分、空气、浆液、土等介质的因素,故其存在相当的复杂性。阐述了采用地质雷达对隧道衬砌质量进行无损检测的原理及方法,并对某隧道进行了健康诊断。通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,确定钢筋及格栅钢架的分布位置及数量,查明衬砌背后特别是拱顶存在的空洞和回填不密实区域。同时,应用形态学处理方法对衬砌雷达图像进行特征提取,通过小波处理技术,直观且方便地得到了衬砌边界线和积水区域,发现了衬砌中的异常点。同时,对地质雷达探测结果采用钻孔法进行验证,两者相吻合。实践证明,使用地质雷达对隧道混凝土衬砌结构进行检测是切实可行的。     

基于微动技术探测盆地浅部地层速度结构1

本文介绍了利用微动技术探测地表浅层速度结构的方法,并在江苏常州地区一个凹陷盆地内进行了一次野外台阵观测试验,采集场地数据的质量良好.利用空间自相关法得到了不同半径下的自相关函数曲线,该场地的自相关函数显示,对于半径较大的台阵,其自相关系数较好;根据自相关函数提取了场地的频散曲线.通过设定初始模型,利用邻域反演算法得到了该场地的基本速度结构和各层深度分布范围;最后通过与场地附近的人工地震剖面进行对比分析表明,试验结果所揭示的土层结构与浅层人工地震勘探解释结果接近.     

基于CT与熔融挤压快速成型的牙颌建模研究

为了获得ABS材料的牙颌实体模型,首先通过三维CT扫描获得样本个体的牙颌数据,再通过Mimics软件进行数据的处理与转换,得到能直接用于快速成型的STL格式的数据模型,最后用熔融挤压快速成型MEM系统成型实体。实践表明:这种方法能获得牙颌的三维数据,并能加工出较满意的牙颌实体模型。     

利用宽频带地震数据资料研究辽宁地区的地壳结构

通过收集辽宁省地震局数字地震台网34个地震台站记录的2008—2009年的60个震中距为30°~90°之间,震级6,信噪比较高的远震记录数据,采用频率域反褶积方法计算获得各台站的远震P波接收函数,并用H-Kappa叠加方法对获得的接收函数进行叠加处理获得各台站下方的地壳厚度以及泊松比。通过研究表明,辽宁地区的地壳泊松比在0.24~0.29之间,地壳厚度介于30~36km之间。     

基于隔震就位连接技术的高层钢框架结构建筑抗震技术研究

以抗震设防7度区的某高层钢框架结构建筑为研究对象,研究基于隔震就位连接技术的高层钢框架结构建筑抗震技术。对研究对象采用抗震就位连接技术,通过在隔震层中设置弹性滑板支座、厚层橡胶隔震支座化黏滞阻尼器等隔震装置提升研究对象自振周期,降低其上部结构受地震作用的影响程度,增强抗震性能。对研究对象进行模态分析与时程分析,结果显示,所研究隔震技术在显著提升研究对象自振周期,使其摆脱场地特征周期的同时,也能够延缓扭转振型的形成,显著降低地震作用对研究对象上部结构的影响,说明所研究技术的运用具有较好的抗震效果。     

基于泸定6.8级地震某二层混凝土框架结构损伤分析

2022年9月5日四川甘孜州泸定县发生6.8级地震,相关台站记录到水平向地震动峰值加速度达到891cm/s²,竖直向地震动峰值加速度为175cm/s²,地震造成严重人员伤亡和建筑物倒塌。为进一步了解本次地震对建筑物破坏作用,采用大型通用有限元软件SAUSG2022,对震中某二层钢筋混凝土框架结构进行弹塑性动力时程分析。结果表明,在泸定地震动作用下,该建筑物损伤严重,有倒塌风险,损伤部位与损伤程度与现场情况基本相符。而采用隔震技术后,分析结果表明在泸定地震动作用下建筑物损伤轻微。     

基于JC法的地下结构动力可靠性研究

基于JC法提出了地下结构的动力可靠性分析方法,建立地基土-地铁隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,将地基土-地铁隧道结构体系视为平面应变问题,采用Davidenkov动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,分析在地震动作用下地铁隧道结构的应力特性,进一步研究其动力可靠性,得到隧道结构的可靠度和可靠指标,以此评价地铁隧道结构的可靠性。结果表明：隧道结构上部右侧45°位置处的可靠性最低,下部右侧45°位置处的可靠性较低,这与隧道结构的拉应力反应的分析结果一致;基岩输入近断层地震动Northridge波和Chi-chi波时,由于地震波的脉冲效应,隧道结构的动力可靠性最低;总体而言,在0.1 g和0.2 g地震动作用下,隧道结构的可靠性足够,结构安全可靠。     

基于LVDS技术的CBCT系统高速数据采集的实现

本文介绍了一套CBCT高速数据采集和存储系统,它以平板探测器为数据源,利用LVDS技术,通过Camera Link接口标准,实现对CBCT系统海量数据的实时采集。然后,通过PCI Express总线和RAID技术,对图像数据进行传输和实时存储。该数据采集存储系统经过试验测试,能够实时无误地获取CT数据,证明其设计思路和实现方案是完全可行的。     

Textual Research on the Historical Data of the 1573 AD Minxian Earthquake in Gansu Province and Discussion on Its Seismogenic Structure

According to the detailed study of the historical earthquake records and causative structure of the Minxian M61/2 earthquake in 1573 A.D., we have found that the most grievous disaster area lies nearby the Minxian county seat (Minzhou county at that time). So, we have identified the extremely seismic area of the 1573 A.D. The Minxian M61/2 earthquake was located in Minxian city, the intensity of the meizoseismal region is Ⅷ～Ⅸ, the epicenter is 34.4°N, 104.0°E, the location precision is Ⅱ and the deviation of location is less than or equal to 25km. Tectonically, this area lies in the transition region of stress transfer and structural transform between the east Kunlun fault and the northern margin of the west Qinling fault.The differential activity of the Lintan-Dangchang fault zone is obvious, and only parts of the segment put up Holocene activity. There are landslides and rock bursts of different sizes in the meizoseismal region. By integrated analysis, we conclude that the Minxian-Dangchang segment of the Lintan-Dangchang fault is the seismogenic structure of the 1573 A.D. M61/2 Minxian earthquake, in Gansu Province.     

Research on the Historical Data of the 1585 A. D. South Chaoxian Earthquake and Its Seismogenic Structure

In 1585, a Ms53/4 earthquake occurred in the south of Chaoxian county, Anhui Province. The parameters of this earthquake were reported differently in various versions of earthquake catalogues. According to detailed textual research on the historic records of this earthquake, the epicenter location of the earthquake was further confirmed by means of seismo-geological field investigations in the Chaohu-Tongling region along the western Yangtze River valleys. Shallow seismic prospecting and drilling methods were applied in studying the buried fault. The possibility of the existence of seismogenic faults and fault activity in the western Yangtze River area were analyzed in depth, and the causative tectonic background of the 1585 Ms53/4 south Chaoxian earthquake was studied. The results of this study indicate that the Yanjiaqiao-Fengshahu fault, which was active in the early to mid-Pleistocene, is possibly the causative structure of this earthquake.To identifying the seismogenic structure of the 1585 south Chaoxian earthquake will help gain more knowledge about the tectonic background of moderate and small earthquake activity in Eastern China.