巷道影响下三维全空间瞬变电磁法响应特征

使用磁偶极源模拟三维均匀介质内部低阻体的全空间响应特征,采用非均匀网格和时间步长推导了瞬变电磁场的三维时域有限差分格式,并根据多个测点计算的数据,绘制了磁场和磁场对时间导数的等值线图,分析了瞬变电磁场的传播规律,以及巷道和交界面对场的影响特征。结果表明:在磁场穿过低阻体与大地的交界面时,磁场的扩散速度降低,衰减变慢;随着迭代次数的增加,磁场以低阻体为中心形成等值线环。巷道在早期对场影响较大,晚期则不明显,为解释全空间TEM异常提供参考。     

基于三维有限元法的巷道影响特征

在矿井瞬变电磁法探测中,巷道空间对探测结果存在影响,不利于探测资料的解释。采用三维有限元法,通过建立地质模型模拟了有无巷道时瞬变电磁场的分布情况,绘制了10 us和0.1 ms时刻有无巷道以及巷道不同长度和高度下XOZ平面磁场强度等值线分布图。结果表明:磁场在高阻区扩散速度比低阻区慢;巷道长度的变化对巷道长度方向磁场分布影响较大;巷道高度的变化对巷道上下方磁场分布影响较大。巷道空间在早期对磁场分布影响较大,晚期则影响不大,这为探测资料异常的解释提供了理论依据。      

瞬变电磁场信号在地下的扩散及地面上的时域响应特性

瞬变电磁测深是近年来发展较快的电磁勘探方法,是实现精确勘探的一个突破点。本文应用时域有限差分算法分析了瞬变场在二维地电模型情况下低阻体对"烟圈"的吸收现象、瞬变场的滞后现象,对进一步的时频分析和高维反演提供了正演基础。      

隧道全空间瞬变电磁响应的研究与应用

在分析隧道全空间瞬变电磁响应的基础上,提出了异常响应的比值分析法。利用围岩中低阻体的综合响应减去围岩响应,得到低阻体的响应,将低阻体的响应与围岩相除而得到相对异常值。利用相对异常值分析法,研究了围岩中柱状低阻体半径、厚度以及低阻体与激励源间距离的变化对瞬变响应信号的影响。低阻体半径越大,比值越大,最大异常出现的时间越晚;低阻体厚度越大,比值越大,最大异常出现的时间越晚;低阻体与激励源间的距离越小,比值越大,最大异常出现的时间保持不变。工程实际应用表明采用这种分析方法,更易从探测数据发现异常。     

磁偶源2.5维瞬变电磁场全空间FDTD数值模拟

为解决模拟瞬变电磁场在3维介质中传播出现的计算量大、对计算机要求高等问题,使用了3维磁偶极源来模拟2维均匀介质和层状介质中方形和薄板低阻体的全空间响应特征。模拟中使用了时域有限差分法,采用非均匀网格和时间步长,分析了瞬变电磁场在均匀介质和层状介质中的传播规律,以及巷道和交界面对场的影响特征,为解释全空间均匀介质和层状介质TEM异常提供参考。     

地一井瞬变电磁三维交错网格有限差分正演及响应特性

为了研究地-井瞬变电磁响应特征,获得不同井位低阻薄板异常体的响应规律:首先采用交错网格有限差分技术离散二次场满足的频率域赫姆霍兹方程;然后结合虚框叠加等效和虚拟界面法将发射源和接收位置扩展到任意层位,解决了全空间背景格林函数的计算问题;之后利用MUMPS求解器求解频率域二次场,再经过余弦变换,获得井中任意位置的瞬变电磁响应;最后采用三维模型对本文算法的正确性进行验证,设计了均匀半空间和嵌入低阻薄板的三维模型,获得垂直磁场的三维分布,分析均匀导电半空间中低阻薄板对地-井瞬变电磁三维响应的影响特点.结果表明:本文三维地-井瞬变电磁计算方案的计算精度与前人基本相同;水平导电薄板的存在主要影响板体附近及穿过薄板的井中瞬变响应,最大的特点是在异常体位置附近的中期时间道响应出现变号现象.本文的研究为定性解释地-井瞬变电磁法异常提供一个技术手段,也为地-井瞬变电磁三维反演奠定基础.     

矿井直流电法全空间电场分布数值模拟及影响因素

矿井直流电法超前探测效果影响因素较多,为讨论井下不同因素对地下全空间电流场分布的影响,运用Ansoft Maxwell有限元软件,分别建立均匀介质、巷道开挖及低阻异常层状模型进行正演模拟。结果表明:受巷道开挖影响,全空间电场由同心环状分布变为螺旋状分布,且受巷道空腔影响,巷道顶板电场强度、电流密度明显小于底板,靠迎头一侧电流、电流密度在迎头附近出现跳跃增大,呈现电流集中现象。由于地电断面的存在,电场强度和电流密度在分界面处均发生折射现象。受低阻体的"吸引"作用,低阻体内部电流沿其走向流动,电场强度降低而电流密度升高;低阻体外部电场强度升高,电流密度降低;并在异常体边角处出现明显的电流集中现象。受此影响,整个区域视电阻率均有所下降。与理想状态等电位相比,由于巷道及异常体的存在,电场强度和电流密度差值等位线略有畸变,导致掘进迎头前、后等电位面距供电电极并不完全相等,掘进迎头前方小于后方。在实际运用直流电法进行巷道超前探测时,应综合考虑顶底板岩性、厚度及低阻体电阻率、规模及与迎头距离等诸因素对低阻体实际位置的影响。      

高阻空洞的瞬变电磁响应特征及其探测效果

通过球体电磁响应的计算,对低阻围岩中高阻球体模型电磁响应测量结果进行了分析,获得了高阻球体的异常特征。对干旱地区深埋土洞的工程探测结果表明:高阻土洞的瞬变电磁响应特征与模拟实验结果类似,对高阻目标体具有较好的探测效果;高阻体引起的瞬变电磁场异常范围大于目标体实际规模。      

鬃变电磁场信号在地下的扩散及地面上的时域响应特性

瞬变电磁测深是近年来发展较快的电磁勘探方法，是实现精确勘探的一个突破点，本文应用时域有限差分算法分析了瞬变场在二维地电模型情况下低阻体对“烟圈”的吸收现象、瞬变场的滞后现象，对进一步的时频分析和高维反演提供了正演基础。     

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常,更需要查明灾害体的地质构造,为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此,将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中,期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先,根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场;然后,利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型,利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像;最后,综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释,判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常,但是异常分布范围略有增加,且不易判断倾斜角度;而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确,更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置,但是异常形态与实际模型略有偏差;偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态,预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明,虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布,又能识别灾害体电性分界面,为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。      

内蒙古黄旗海全新世湖泊沉积物粒度分析及其沉积学意义

对内蒙古黄旗海湖心、湖滨2个现代沉积剖面在前期磁组构研究的基础上,进行了沉积物粒度分析。结果显示,2个剖面从下到上都表现出粗颗粒含量逐渐增加的趋势,反映水动力逐渐增强。对比之前的磁组构结果发现,靠近湖心的HQW剖面,粒度与磁组构具有较好的对比性。HQW剖面的磁各向异性度等磁组构参数从下到上表现出逐渐增大的趋势,显示矿物定向和水流流速逐渐增强。另外,在20cm、40cm、65cm深度附近,粒度与磁组构参数都发生突然变化,表明存在水动力增大的异常沉积事件。HQE剖面的磁组构未能有效指示异常沉积事件,但其粒度分析中的细砂百分比含量和中值粒径在这些位置附近明显减小。若这是由同一异常沉积事件造成的,则表明异常沉积事件的沉积过程比较复杂,在研究异常沉积事件时不同的沉积部位需使用不同的研究方法。     

柴北缘大煤沟侏罗系泥质岩有机元素及碳同位素特征与古气候环境分析

柴北缘大煤沟地区侏罗系记录了西北地区古环境演化的重要信息。文章通过对大煤沟剖面进行有机地球化学分析,尝试恢复大煤沟地区侏罗系的环境演化。分析认为,H/C比与C/N比、δ ¹³Ｃ呈现良好的负相关性。早侏罗世：C/N比和δ ¹³Ｃ整体逐渐减小,H/C比逐渐变大;中侏罗世：C/N比和δ ¹³Ｃ在前期保持稳定,后期急剧负偏,而H/C比则反之;晚侏罗世：C/N比和δ ¹³Ｃ基本保持低值不变,H/C比稳定在高值区间。早—中侏罗世有机元素C/N比多大于15,表明有机质来源主要以 陆生高等植物为主。大煤沟剖面古气候表现为两个旋回,在早侏罗世小煤沟组时期古气候特征为温湿—干热,自中侏罗世晚期古气候开始从温湿向干热演化。     

热分层效应控制的水库水体氢氧同位素特征

为掌握水库热分层与氢氧同位素空间分布的关系,研究了广西兴安县五里峡水库夏季氢氧同位素空间分布特征及影响因素。研究表明:①五里峡水库夏季出现明显的热分层,库表层至-5 m为表水层,-5 m至-20 m为温跃层,-20 m以下为底温层;②五里峡水库δ18O、δD值沿大气降水线分布,但均落在桂林市大气降水线右下方,其线性方程为δD=4.66δ18O-10.85（R2=0.76）,其斜率与全球大气降雨线（GMWL）和桂林市降雨线（CLMWL）的斜率和截距差异明显,表明五里峡水库主要由降水补给,但在补给五里峡水库前已经过了强烈的蒸发作用和水岩作用;③ δ18O、δD随水深的增加逐渐偏负,具有表水层 > 入库水体 > 温跃层 > 底温层 > 出库水体（>表示偏正）的垂向分布特征。分析认为入库水体氢氧同位素的季节变化和蒸发作用随深度增加而降低是五里峡水库夏季分层期间水体氢氧同位素垂向变化的主要影响因素。     

塔北、塔中天然气中烷烃同系物碳同位素组成系列倒转现象的解释

塔里木盆地塔北、塔中地区天然气中烷烃气碳同位素组成序列存在着局部倒转现象,通过对此的研究和解释,初步认为塔北、塔中天然气中的烷烃气可能是以有机成因气为主;轮台构造单元天然气烷烃系列的δ13C3＞δ13C4倒转可能是混入了偏腐泥型的烷烃气体;轮南低凸起构造单元的天然气烷烃同系物碳同位素组成序列正常,天然气来源单一;塔中地区天然气按CH₄和C₂H₆的碳同位素组成特征可分成两组,可能代表了两种不同的成因类。     

中国煤型气区的构造环境、典型气藏及勘探方向Ⅱ--中、新生界煤型气

本篇论述中、新生界煤型气的有关问题。中生界煤型气资源集中分布在北方,气源岩以侏罗纪煤系为主,以西北区资源前景最好。其中吐-哈盆地最具代表性,构造环境反转是本区煤层气形成并富集的特殊构造条件。新生界煤型气资源则集中分布于大陆架裂谷系,第三纪煤系为主力气源岩,裂谷高温构造环境是源岩热演化生烃的有利条件,而背斜-断层圈闭是最有利成藏的构造类型。崖13-1气田为本区典型代表并具自生自储的特点。     

青藏高原(东北部)现代植物碳同位素组成特征及其气候信息

分析了青藏高原(东北部)现代植物(全部为C3植物)全木混合样的碳同位素组成(其δ13C值分布范围一般为-235‰~-308‰,平均值为-266‰),对影响其变化的各种环境因素进行了探讨.研究表明,降雨量及大气压力是影响该区植物δ13C值变化的最重要环境因素.一方面,降雨量增大,空气相对湿度增大,植物的δ13C值降低(偏负);另一方面,大气压力降低,植物的δ13C值增大(偏正).可见,植物中保存着自然环境变化的大量信息.     

Coal Mine Roadway Stability in Soft Rock: A Case Study

Roadway instability has always been a major concern in deep underground coal mines where the surrounding rock strata and coal seams are weak and the in situ stresses are high. Under the high overburden and tectonic stresses, roadways could collapse or experience excessive deformation, which not only endangers mining personnel but could also reduce the functionality of the roadway and halt production. This paper describes a case study on the stability of roadways in an underground coal mine in Shanxi Province, China. The mine was using a longwall method to extract coal at a depth of approximately 350 m. Both the coal seam and surrounding rock strata were extremely weak and vulnerable to weathering. Large roadway deformation and severe roadway instabilities had been experienced in the past, hence, an investigation of the roadway failure mechanism and new support designs were needed. This study started with an in situ stress measurement programme to determine the stress orientation and magnitude in the mine. It was found that the major horizontal stress was more than twice the vertical stress in the East–West direction, perpendicular to the gateroads of the longwall panel. The high horizontal stresses and low strength of coal and surrounding rock strata were the main causes of roadway instabilities. Detailed numerical modeling was conducted to evaluate the roadway stability and deformation under different roof support scenarios. Based on the modeling results, a new roadway support design was proposed, which included an optimal cable/bolt arrangement, full length grouting, and high pre-tensioning of bolts and cables. It was expected the new design could reduce the roadway deformation by 50 %. A field experiment using the new support design was carried out by the mine in a 100 m long roadway section. Detailed extensometry and stress monitorings were conducted in the experimental roadway section as well as sections using the old support design. The experimental section produced a much better roadway profile than the previous roadway sections. The monitoring data indicated that the roadway deformation in the experimental section was at least 40–50 % less than the previous sections. This case study demonstrated that through careful investigation and optimal support design, roadway stability in soft rock conditions can be significantly improved.     

黑龙江漠河元宝山金矿地质及地球化学特征与找矿方向

采用地质、物探、化探找矿方法,对漠河元宝山金矿进行综合研究。结果表明,目前已发现矿体4条,矿化体3条,Au平均品位2.15×10~(-6);赋矿地层为侏罗系中统漠河组;控矿构造为NEE向漠河推覆构造。磁场强度ΔT值一般在-30~20 nT,ΔΤ最大值为133.1 n T;视极化率最大值为23.58%,平均值为10.58%;视电阻率一般在500Ω·m以下,最高为1 200Ω·m,显示物探异常具低阻、高极化特征。漠河组地层金元素丰度值为8.06×10~(-9),标准离差为0.25,变化系数为0.912。黄铁矿δ~(34)S值为3.3×10~(-3)~5.3×10~(-3),极差为2.5×10~(-3),平均值为4.5×10~(-3),具有岩浆硫特点;石英中流体包裹体的δ18O值为5.2×10~(-3)~9.6×10~(-3),δD值为-125×10~(-3)~-112×10~(-3),δ18O和δD变化范围较大,反映在成矿过程中有大气降水加入。根据地质和物化探异常特征等综合信息,认为矿区西部小金沟(HS-8水系组合异常)有良好的找矿前景。     

APPLICATION OF MAGNETOMETRIC DATA IN THE STUDY OF DEEP CRUSTAL STRUCTURE IN PLATFORM PROVINCES

Results of regional geophysical work in the U.S.S.R. allow a measure of correlation between the known structural features of the crust and those of the geomagnetic field. The “normal” magnetic field used for identifying magnetic anomalies is obtained by graphic smoothing of isolines of total intensity T. Detailed analysis of data obtained in aeromagnetic and gravity surveys throughout the U. S. S. R. leads to the conclusion that the cause of the observed regional magnetic and gravity anomalies lies in the same associated geologic objects located at the same level - that of a magnetoactive interval of the crystalline envelope of the earth. The conclusions that can be drawn from existing data are: 1) the existence of “continental” anomalies of the geomagnetic field cannot be explained as an effect of the crust; 2) the basaltic layer does not affect the distribution of the geomagnetic field; 3) the anomalies in the basic (normal) geomagnetic field are caused by the presence of thermomagnetic geologic bodies in the granitic layer; accordingly, it is theoretically possible to determine the thickness of the continental layer from magnetometric data. A table showing correlative depths of the basaltic layer, its thickness, and anomalous magnetic field, as well as magnetic profiles is included.--C. E. Sears.