跨孔电阻率法装置灵敏度分析及分辨率讨论

由于跨孔电阻率法的测量区域在两孔之间,对其测量装置的排列方式、灵敏度及分辨率等的研究,与常规地面电阻率法有较大的不同;影响其分辨率的因素也比常规地面电阻率法多.跨孔电阻率法的装置排列方式不同,其灵敏度范围和分辨率不同.针对跨孔电阻率法的二极、三极、四极装置,通过Fréchet导数分析了各装置的灵敏度,并确定了适用于跨孔探测的装置排列方式.在此基础上,本文建立不同的异常体模型,以四极装置为例进行了数值模拟,并综合灵敏度剖面图,讨论了相关装置的横向、纵向分辨率和影响因素.研究表明:灵敏度与分辨率的关联,灵敏度等值线剖面图的疏密、形态、正负值范围等对分辨率有着直接的影响.在跨孔电阻率法探测中,对各种复杂异常体在反演图中所呈现的不同形态进行区别分析归类,具有实际意义,这为提高现场勘探效率,增强采集数据的分析、解释的准确性,提供了理论依据和实验指导.     

掘进巷道直流电法四极装置超前探测的模拟及应用研究

为研究矿井直流电法四极装置在掘进巷道超前探测中的效果,本文以矿井直流电法超前探测原理为基础,通过分析COMSOL Multiphysics点电源正演模型模拟值与理论值的误差,验证了COMSOL Multiphysics研究直流电法超前探测的可靠性与可行性;建立巷道超前探测三维地电模型,通过正演模拟,分析了巷道空腔对数据的影响,对比了二极、三极装置与四极装置的探测效果及对不同距离低阻体的响应特征;基于相似性原理构建物理模拟实验,绘制了超前探测视电阻率等值线图,研究了四极装置对迎头前方不同形状、距离异常体的实际探测效果.研究结果表明：直流电法四极装置能够对迎头前方低阻体产生异常响应,探测数据剔除巷道空腔影响后,能够精准识别出异常体的横向位置;并且相较于板状异常体,四极装置对球状异常体的超前探测效果更好．通过将直流电法四极装置超前探测应用于工程实例中,经钻探验证与探测效果一致,说明该技术具有很强的实用性和推广性．     

不同观测方式下基于伴随矩阵的2.5D全通道电阻率反演研究

全通道电阻率层析成像是采用除去2个供电电极其余接地电极全部采集数据并参与反演计算的一种电阻率成像方法.相比较传统的对称四极测深、斯伦贝谢、偶极-偶极、单极-偶极、单极-单极等勘探方式来说,全通道采集得到的数据可以更好地覆盖目标地质体因此可以更准确地确定介质的电阻率.本文基于有限差分方法求解二维静电场方程和基于伴随方法计算非线性灵敏度矩阵,并利用牛顿共轭梯度反演方法实现全通道电阻率层析成像.理论模型的正演和反演表明了算法的可靠性.与常规四极电阻率法采集方式相比,全通道电阻率法具有更好的分辨率及更灵活的布极方式.在此基础上,着重分析了各种观测装置的有效勘探范围和成像分辨率.本文的研究可以有效指导电阻率法勘探观测装置形式的设计与选取,更好的解决实际工程地质问题.     

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.     

高密度电阻率法在海底金矿含水构造探测中的应用

海底金矿上覆岩层中含水直接对矿床的开采构成威胁,选择山东三山岛金矿新立矿区海底-135m水平沿脉巷道,采用地球物理高密度电阻率法对该巷道635m测线以下200m深度范围内岩体中的含水构造进行了坑道探测,利用三种装置(温纳装置(Wenner)、偶极装置(Dipole-Dipole)、Schlumberger装置)进行实施,相互验证,取得了很好的探测结果.温纳、偶极和Schlumberger三种装置的视电阻率反演结果反映在测线(-135m沿脉巷道)以下至30m深度为一高阻层,表明自-135~-165m的岩体中已不含水或含少量的水;测线以下30~60m段为低阻层,反映-165~-200m的岩体中含基岩裂隙水;测线以下大于60m的地段为特高阻层,反映-200m以下岩体含水性逐渐变差.该探测结果与矿区水文地质结构调查分析结论具有很好的一致性,表明了坑道高密度电阻率法探测含水构造是可行的.     

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.     

基于贝叶斯二维反演的地下连续墙隐患电阻率成像

针对城建深基坑围护和水利防渗的地下连续墙病害隐患探测难题及特点,考虑到地连墙渗漏会造成墙体内外电阻率显著的变化,可引入地球物理探测方法中的直流电法技术,但传统地面电法的隐患探测效果不理想.考虑到地下连续墙施工时在墙体中设置测斜管,因此可开展地连墙内部缺陷的跨孔电阻率层析成像.而鉴于非线性反演具有对初始模型依赖性不强的特点,提出了基于贝叶斯反演理论的电阻率层析成像.在MATLAB开发环境下,编程完成的多组不同地电异常体的数值模拟反演计算表明,反演结果的信息丰富,对异常体的成像准确高效,且反演结果的稳定性好.     

电阻率层析成像技术

根据视电阻率实测值重建二维或三维介质真电阻率的分布图像是电成像技术的核心。本文简要介绍了电极阵列系统，分析了二极、温纳、偶极和复合对称四极装置的特点、参数选择、拟剖面构制和探测深度等问题。在数据处理上，以线性反演方法为主，但需针对电位场的特点采取相应措施并发展约束反演和计算Fr6chet导数的新方法。电阻率和自电位的概率成像从一个新的角度给出了地下构造的信息。在技术应用方面，通过电剖面对比、电法／地震联合探测的实例，讨论了电阻率层析图像的物理含义和进行地质推断需注意的问题。电成像的性质属位场反演，不可避免的存在空间分辨率偏低的弱点，发展综合物探，加强与地质方法的结合具有重要意义。     

超高密度电法全四极装置正反演

超高密度电法是一种新型、高效且实用的电法勘探方法,数据信息量是常规方法的数十倍以上.本文从超高密度电法的基本理论与数据采集方式入手,阐述了超高密度电法的全四极装置观测方式,推导了基于双线性插值、三角形剖分的超高密度电法正问题有限单元法求解方法;提出了超高密度电法的偏导数矩阵混合求解及最小二乘广义线性反演算法.以一个典型地电模型为例,分别采用超高密度全四极装置与五种常规排列装置进行正演模拟并反演成像,反演结果表明,超高密度全四极装置相对于单一装置采集方式具有探测数据量大、抗干扰能力强、数据反演异常结果能够更好的刻画实际地质情况的特点.最后,采用超高密度电法对倾斜板状体地电模型进行正反演,说明了该方法能较好的反映出地下电性的分布,有效提高物探解释的可靠性及勘探的准确性.     

钻井-地表电极联合电阻率观测装置的异常特征研究

本文利用有限单元法对多种钻井-地表电极联合电阻率观测装置在球体、直立板和水平板体等典型地质体模型上的异常响应进行正演计算,并分析其异常特征和分布规律.计算结果表明利用井中和地表电极的联合观测方式进行地下介质探测,可在兼顾地质体的水平分辨能力的同时,提高电阻率测深在垂向上分辨率.就水平分辨率而言,四极（偶极）装置对地质体的水平定位能力最强,井-地三极装置次之,地-井三极的分辨能力最差.就垂向分辨能力来说,各种观测装置的分辨率相差不大.