微动探测方法研究进展与展望

微动探测方法是在背景噪声成像理论的基础上发展起来的一种新型地球物理探测手段,其根据获取野外数据的观测台站方式分为微动阵列方法和微动单台方法.本文综述了前人对微动探测方法的研究进展,并对目前该方法存在的问题及研究的发展趋势进行了展望.微动阵列方法采用频率波数法或空间自相关法从微动信号中提取频散曲线,进而反演获得地下横波速度结构.微动单台方法即H/V谱比法以三分量台站为观测基础,对水平分量信号与垂直分量信号进行傅里叶谱比,以此估算沉积层厚度、获得共振频率以及场地放大因子等.目前微动探测发展还有诸多问题需要进行深入研究,例如瑞雷波与勒夫波浅层探测理论方法、同时考虑基阶和高阶面波的影响进行多阶面波反演方法研究以及H/V谱比曲线与频散曲线联合反演方法研究等,从而提高微动探测方法浅层探测精度以满足城市地下空间精细探测的需求,加深探测深度为透明地壳、地下第三空间的精细探测提供一种新型地球物理手段.     

综合地球物理勘探快速获取城市待建区浅部三维地质特征:以成都市天府新区独角兽岛为例

尽管在城市中使用地球物理方法进行探测会受到复杂人文干扰、施工场地有限的挑战,但是相比于昂贵且具有破坏性的钻孔勘探,在城市采用无损的地球物理勘探带来的好处还是远远超出了其限制.本文以成都市天府新区独角兽岛为试验区,在提前了解其地质背景和研究区工况现状的前提下,采用地质雷达、高密度电阻率法组合地球物理方法,对试验区1 km2的面积开展了综合地球物理勘探,地质雷达主要用于30 m以浅的地质结构精细分层,高密度电阻率法重点对30～100 m深的地层进行约束分层.为了提高分层精度,测点及地表起伏形态通过RTK测量控制,最终通过综合地球物理信息、RTK测量信息和钻孔信息,快速获取了试验区100 m以浅的三维地质特征,为正在开展的独角兽岛地下空间规划及施工建设提供了重要的基础资料.     

城市地下空间地球物理探测技术与应用

城市地下空间开发利用是缓解土地资源紧张、解决"城市病"的重要途径,合理开发利用地下空间资源的关键问题是如何实现城市下方地质体"透明化".受施工场地、安全等因素的制约,传统地质填图调查方法难以获取城市地下精细结构信息,地球物理方法具有无损探测的特点,已成为开展城市地下空间精细地质结构探测的主要技术手段.然而地球物理方法种类较多,不同方法应用前提、范围和效果差别较大,为给城市地下空间资源探测选择适合的地球物理方法,本文结合实际案例,系统分析了微重力、高密度电法、浅层反射地震、面波勘探、探地雷达等不同地球物理方法在城市地下空间探测中的应用效果和适用前提.在此基础上,对比了不同方法探测深度、分辨率及其在城市地下空间开发探测的适用阶段,并对未来城市地下空间探测技术发展做了展望.     

一种适合多源地球物理数据三维可视化的快速空间索引技术

识别复杂地质条件下的地质构造,常需要融合多种地球物理探测技术的数据进行分析,应用地球物理数据三维可视化技术可以更好地解释复杂的地质现象,传统的可视化方法由于缺乏对多源地球物理数据一体化的存储管理与索引机制,使得在对大范围多源地球物理数据进行空间局部更加精细可视化时的效率很低.为了更有效地洞察研究区域的地下构造,本文研究了适合多源地球物理数据三维可视化技术的快速空间索引技术.首先根据各类地球物理数据空间分布特点,提出了一种改进的四叉树结构,用于建立对多源地球物理数据一体化存储与管理.接着利用该数据结构,文章现实了多源地球物理数据快速空间查询的机制.将此结构和机制服务于大规模多源地球物理数据精细尺度下的三维可视化,提高对特定空间范围的局部多源地球物理数据动态可视化的效率.最后给出了该数据结构下空间查询与可视化的效率分析,并通过实验对整个算法的效率进行了验证.实验表明,通过建立相应的索引机制,可在大规模多源地球物理数据条件下更高效地展示任意位置岩矿石多个物理特性之间的空间关系,为多源地球物理数据的三维可视化提供技术支撑.     

我国煤矿井下钻孔物探技术发展与分析

利用钻孔空间进行孔中地球物理探测是矿井勘探技术研究的一个重要方向,钻孔物探技术可以有效延伸勘探的距离、范围,提升对孔周地质条件的勘探精度．文章结合国内常用矿井地球物理勘探方法及其优缺点,阐述了近年来矿井钻孔物探技术与装备的发展历程和现状．面对当前国内煤炭开采深部化、地质条件复杂化的发展形势,以及安全精准开采对地质探查的高精度要求,分析了矿井钻孔物探技术在基础理论、技术体系、仪器设备、工程应用等方面存在的不足,并从井下钻孔地质地球物理精细探查技术体系、孔中多地球物理场协同观测及耦合分析、井下钻孔随钻多场多参数采集技术与装备、综合提升煤矿井下探测信息智能化水平等几个方面提出未来发展思考,为矿井钻孔物探技术与装备持续研究与应用提供参考．     

HVSR探测方法在城市岩溶勘察中的应用

随着城市空间逐步向地下发展,地下岩溶等不良地质体的存在给城市建设带来较大的安全隐患,常规的地球物理探测方法在城市地下岩溶等不良地质体探测中因人文活动、电磁干扰等因素的影响而受到极大限制．微动探测作为一种被动源勘探方法,因其场地适应能力强、工作效率高等优点被逐渐应用于城市地下岩溶探测．基于微动的HVSR谱比法则具有更好的适应性．为探索该方法在城市岩溶探测的有效性及其特征,选取岩土勘察中的两个工程场地作为探测试验区．试验区内岩溶发育,通过钻探获取了岩溶的空间分布特征及基岩的起伏变化．在试验区的岩溶异常上进行HVSR测试,并利用面波勘探的频散曲线对HVSR谱比曲线进行深度换算,从而代替钻孔信息进行深度换算的方法,来探测地下地质情况．结果表明,利用该方法进行HVSR谱比曲线的深度换算简便有效,能有效的探测出地下岩土分界面和岩溶的分布情况,为后续岩溶区工程勘察提供帮助,减少钻探工程量提高经济效益和时间效率．     

地球物理方法对城市活断层的探测与研究

采用综合地球物理方法对长春市活断层进行探测,实践证明,利用联合剖面法、高密度电法、地质雷达、瞬变电磁法、高分辨率地震和重磁方法等,在研究活断层的位置、产状与形态上均具有很好的作用,针对城区干扰因素多环境复杂等不利因素,通过采用新的数据处理方法技术,取得了理想的探测效果,为今后开展活断层的探测与研究提供了借鉴.     

基于微动技术的综合探测体系在乌鲁木齐城市地下空间精细化探测中的应用研究

城市地下空间的安全、合理利用对城市发展和地质环境保护具有重要的战略意义.乌鲁木齐市位于天山北部山前冲积扇,区内以卵砾石为主的覆盖层厚度变化范围大,第三系基岩受区域构造控制,空间形态复杂,区域断层多呈现隐伏形态.同时,乌鲁木齐市煤炭资源丰富,由此产生的“老、乱、小”采空区严重威胁城市地质安全.为查明区内各类地层、构造及不良地质体的空间位置,需采取地球物理多方法联合勘探以实现地下空间的精细化探测.本文以乌鲁木齐市四类典型地质体为探测目标,综合应用多种地球物理探测技术,结合地质先验信息分析评价了每种探测方法的有效性和局限性,建立了乌鲁木齐城市地下空间精细化探测体系,为其他内陆型城市地质调查工作提供依据和借鉴．     

地质定年方法综述与地球物理定年

年代确定在地学中得到广泛应用.而作为地史学中重要的组成部分，年代确定为地质时期中地球岩石圈在时间上发展和演变提供了重要的时间约束.本文综述了四种定年方法：即古生物法；古地磁法；同位素法和地球物理法.随着地球物理的探测技术的发展，地球内部精细结构得到揭示.我们认为，应用地球物理资料确定年龄将可以弥补其它方法的缺陷，可能为地球内部三维岩石定年提供支撑.     

岩溶区地下溶洞综合物探探测试验研究——以福建省永安大湖盆地为例

基于隐伏岩溶区地下溶洞的发育特征对城市开发建设的影响,利用综合物探方法开展灰岩区地下溶洞探测试验研究,获得地下溶洞探测物探方法的有效性具有重要的理论意义和应用价值.通过对包括福建永安大湖盆地内两处岩溶国家地下水监测井钻孔旁在内的三条综合物探剖面选用电测深法、高密度电法和微动探测法进行试验,并与钻孔资料进行对比分析、总结各种方法的岩溶物性特征,为探测地下溶洞提供物理依据.试验结果表明:区内地下溶洞在电测深和高密度电法勘探结果上主要表现为低阻异常,在微动探测成果上表现为S波速度低速异常;视S波速度为300～850 m/s及视电阻率小于100Ω·m的半圈闭低阻异常,可作为研究区判断地下溶洞的地球物理依据.上述三种地面物探方法探测地下溶洞的有效性依次是:电测深法高密度电法微动探测法.对隐伏岩溶大范围进行地面探测时应结合测区的实际条件(如地质构造、地下水、溶洞充填物等情况)选用综合物探方法,并进行对比映证,从而揭示研究区的隐伏溶洞的分布发育规律,以此来指导岩溶区工程勘察,为钻探孔布置提供地球物理依据,减少钻探工程量和缩短探测周期.     

一种基于数据融合的地球物理数据联合反演方法

从地球物理反演的基本概念出发，认为地球物理反演是 对实测数据的地球物理属性的理解或解释，多方法的地球物理数据联合反演是一种多传感器 的数据融合. 本文分析了地球物理数据的模糊特性，采用基于语义的模糊化方法，使不同物 理意义和尺度的特征数据及测区的地质和地球物理背景成为一体，结合地球物理专家解释的 方法，利用基于模糊逻辑系统的神经网络实现了融合. 该方法充分利用了各种地球物理探测 数据的全部信息，避免了线性反演的复杂计算；其数据融合的观点,为解决地球物理联合反 演问题提供了新的思路. 通过模拟实验和应用实例验证，该方法是有效的.     

中国人工源电磁探测新方法

人工源电磁探测技术作为地球物理电磁探测的重要分支,在过去十年中得到快速发展.中国陆续攻克电磁探测方法的基础理论、正反演方法和核心装备技术难题,在地面电磁法、航空电磁法及海洋电磁法等领域的研究中取得了突破性进展,出现空-地-井立体探测和频-时域多尺度电磁探测新技术,实现对地下10km深度范围内目标体的有效探测.为了进一步满足国家在深部地质找矿、城市地下空间探测、地质灾害探测和监测等方面的迫切需求,仍需继续推动地球物理勘探方法的技术创新,发展高效、可靠、经济的新装备.     

综合物探方法在南宁地铁溶洞探测中的应用

随着城市化进程的加速,城市轨道交通得以快速发展.地铁成为未来城市主要交通建设方向之一.溶洞的地质特征又是地铁施工中的难点.本次研究区位于南宁市境内,地铁线路将穿越邕江堆积、河谷阶地区、溶蚀残丘谷地区和侵蚀、剥蚀丘陵区.经初步勘察发现研究区有多处溶洞且该段地处市中心,车流量较大、地下管线较复杂,以商业和居住为主.为了查明研究区溶洞发育情况,结合当地地质构造条件且考虑到地球物理存在多解性的特点.采用高密度电法与地质雷达相结合对研究区内的溶洞进行探测,其中地质雷达用来填补高密度电法勘探效果不理想的区域(例如沥青或混凝土路面).两种方法相互结合达到研究区全面覆盖的目的.进而对研究区的溶洞性质和溶洞空间发育形态进行确定,再通过钻孔对比验证取得了良好效果.物探方法共推断9处溶洞的研究结果表明地质雷达可以较好的填补高密度电法勘探效果不理想的区域.使这种综合物探方法针对溶洞探测获得了较好的效果.最终为工程设计及施工提供了可靠的依据.     

某新建铁路复杂长隧道岩层地质与CSAMT特征

分析了多种地球物理勘探方法在复杂长隧道探测中的优缺点,指出了CSAMT（可控源音频大地电磁）法在工作条件极其困难,地形复杂,交通不便,要求勘探深度大的隧洞勘察中,是一种行之有效的物探手段.以较高的显示度列举了CSAMT法在本区探测成功的实例.就隧道主要特殊岩层膏溶角砾岩的地球物理异常特征进行了详尽分析,给出了CSAMT法在本区隧道结构面综合地质解释结果.     

芒硝矿地下溶蚀区综合地球物理勘查效果比较

由于芒硝矿区中被溶蚀的部分矿体与其顶、底板地层的地球物理响应存在物性异性,采用高密度电法、地质雷达和地震法等方法进行探测在理论上虽具有一定的可行性,但仍需根据实际情况,通过试验选择有效的地球物理方法.在实际工作中,发现目标体与围岩之间的电性差异小,采用常规的高密度电法无法进行精细探测;又由于受到矿山人文干扰严重,采用地质雷达电磁波反射法亦无法开展有效工作.采用地震折射波法对芒硝矿区内的溶蚀、塌陷区进行勘查,发现折射波层析成像的解释结果能够对测区内地层有较好的的分层,对芒硝矿中溶蚀、塌陷范围的划定具有极佳的效果.证明了在芒硝矿区地下溶蚀区探测中,地震折射波层析成像技术的有效性.     

电阻率层析成像法在辽阳活断层探测中的应用

电阻率层析成像法是近年来迅速发展起来的地球物理新技术,目前逐渐成为工程物探中的主要方法。在辽阳市地震活断层与地震危险性评价研究中运用该方法取得了良好的效果。通过在目标区布设探测剖面,辅以浅层地震,地质钻探,可以准确地探测断层的几何结构和物理特征,为辽阳市活断层探测与地震危险性评价研究提供准确可靠的物探依据。     

基于微动H/V谱比法的土石分界面探测研究——以济南中心城区为例

土石分界面对城市抗震设防和地下工程建设具有重要意义.城市中复杂的干扰限制了常规地球物理勘探方法的使用,本文选用环境友好且抗干扰能力强的微动H/V谱比法对济南中心城区的土石分界面展开研究.在济南中心城区开展三分量微动测量,得到了400多个测点的微动数据,计算了对应的H/V谱比曲线.将得到的H/V曲线划分成单峰、宽峰、双峰和无峰四种类型,分析了不同类型曲线与地质结构的关系.根据基岩性质不同,将研究区的基岩划分为灰岩和岩浆岩两种类型,总结出了基岩为灰岩时的深度-频率关系式,同时发现当基岩为岩浆岩时无法得到可靠的关系式.根据关系式计算得到了济南部分测线的土石分界面深度分布,另外,关系式的计算结果与钻孔资料十分吻合,能满足工程探测的精度要求.本方法为在城市强干扰环境中确定土石分界面深度提供了快速准确的解决方案.     

我国深地资源电磁探测新技术研究进展

诸多研究表明我国深部资源潜力巨大,但目前的开发开采深度普遍停留在500 m以浅,开展"攻深探盲"是构建国家资源安全体系的有效途径.应用最先进的科学技术手段,提取深部地质信息,已成为我国当前地球物理科学研究的发展方向.作为地球物理学的重要分支,电磁法是矿产资源探查的主体手段之一.在分析我国现阶段航空、地面及海洋电磁探测技术进展的基础上,本文重点说明了极低频电磁法（简称WEM法）,多通道瞬变电磁法（简称MTEM）和电性源短偏移瞬变电磁法（简称SOTEM）等电磁探测新技术.WEM法建立一套包括岩石层、大气层和电离层在内的全空间电磁传播理论,通过新研制的观测系统,获取地下10 km的地电信息;MTEM方法是地下埋深4 km目标体精细勘查的有效手段;SOTEM实现地下1.5 km深度范围内目标体的精细探测.通过多种电磁探测技术组合,可实现地下10 km深度范围内多尺度探测,达到"望远镜+放大镜+显微镜"探测效果.同时,本文指出进一步研发与新方法配套的装备、资料处理技术和大数据人工智能识别等将是我国电磁法未来的发展方向.     

可控源音频大地电磁法在隐伏活动断裂探测中的应用

根据已有地质和地球物理研究结果,北京东部平原地区存在多条第四纪隐伏活动断裂。为了查明该区基岩面的起伏情况、断裂的空间展布以及深部断面的延伸情况,2010年初,在北京顺义区庙卷村和朝阳区孙河地区附近完成了2条可控源音频大地电磁测深剖面。文中介绍了可控源音频大地电磁法(CSAMT)隐伏活动断裂勘探的特点、资料采集过程及数据处理方法,结合区域地质资料对研究区域进行了综合地质解释。结果表明:CSAMT法在隐伏活动断裂探测中能给出工区内断裂的构造位置、倾向、断距以及发育规模,为地质分析工作提供可靠的基础资料。CSAMT法已经成为隐伏活动断裂探测中一种重要的地球物理手段,在城市活动断裂探测中发挥着重要的作用。     

花岗岩型高放废物处置库选址中的地球物理评价——以新疆阿奇山地段候选场址为例

采用综合地球物理方法对新疆阿奇山地段高放废物处置库候选场址进行了探测,从不同地球物理场角度揭示了研究区深部地质构造形态及区域断裂构造格架等关键地质要素,为候选场址的安全性及稳定性评价提供了重要依据,并为花岗岩型高放废物处置库选址的地球物理评价提供了示范.