勘查天然气水合物资源的海洋可控源电磁发射系统

海洋可控源电磁探测(MCSEM)是勘查天然气水合物资源的有效方法之一.海洋可控源电磁发射系统是实现MCSEM的重要硬件组成部分.本文以天然气水合物在海底的一维地电模型为例,研究电偶源发射频率、发射偶极侧向漂移、源偶极矩大小对电场响应的影响,进而指导发射系统研制.该系统包括:甲板升压控制单元,可将船载大功率电能升为高压并通过万米光电复合缆输送至海底的发射机;水下变压器,可将深拖缆中的大功率高压转换为低压;拖曳式大功率电磁发射机,其内部的控制电路硬件和嵌入式驱动软件可将水下变压器输出的电能逆变为大功率矩形脉冲,并通过发射偶极将脉冲发送至海水介质中;借助水动力学设计的发射机拖体,用于装载发射系统水下部件和保持拖曳过程中的平衡与稳定;甲板端上位机监控单元,利用万米光电复合缆中的光纤实现船上计算机与海底发射机的远程数据通信.2012年5月和2013年5月海洋试验的结果均表明,所研制的发射系统可作为天然气水合物资源勘探的有效激励场源.     

CS3301在长周期大地电磁测深仪中的应用研究

大地电磁测深是研究地壳和上地幔构造的一种重要的地球物理探测方法,当前国家正在实施深部探测专项SinoProbe等项目,故需要借助于长周期大地电磁测深仪器.我国没有自己生产的长周期大地电磁测深仪器,只能依靠从乌克兰进口的LEMI-417进行深部探测.在LEMI-417使用中,我们从该仪器提供的数据文件Final.asc中发现它的电场信号测量分辨率为0.01 mV/km,磁场信号测量分辨率为0.01 nT,相对较低,此外,该仪器在无GPS信号时会出现记录紊乱等现象,故需要设计适合课题组需要的长周期大地电磁测深仪器.由于大地电磁测深仪器需要采集的电场、磁场信号为微弱信号,容易淹没于噪声之中,故选用了低噪声、极小总谐波失真率的CS3301作为运算放大器.CS3301提供了4种可选择的信号输入模式和7种可选增益,经分析与测试,测量电场信号时,CS3301设置为输入模式1及×64增益,当极距100 M时,测量精度可达0.001 mV/km,高于LEMI-417的0.01 mV/km;测量磁场信号时,将反馈理论用于测量电路,CS3301设置为输入模式3及×64增益,只对信号的可变部分进行放大,精度可达0.006 nT,高于LEMI-417的0.01 nT.该系统在华南的9005、1005等多个测点以及东北的1600、5105等多个测点进行了测试,并与LEMI-417进行了对比试验,测量结果表明它们的时间序列曲线比较一致,数据处理后,在同一测点得到的大地电磁测深曲线也较一致,说明设计的仪器达到了预期目标.     

一种便携式珊瑚礁分布调查系统研究与应用

珊瑚礁作为海洋中典型的生态系统具有重要的意义。我国沿岸珊瑚礁分布面积存在较大争议,受限于技术方法和近岸水体透明度及珊瑚礁分布特征,近岸珊瑚礁分布状况调查主要采用人工潜水的方式开展,缺乏高效的调查设备和技术方法。本文针对这一现状,研究开发了一种便携式的珊瑚礁分布调查系统,并选择广西涠洲岛进行试点应用。该调查系统可实现水下影像资料和GPS位置信号同步,并配合甲板单元实现数据的实时分站记录和存储。研究调查显示,该调查系统操作可操作性强且安全高效,可大幅提高调查作业效率至150%～200%。试点调查结果与涠洲岛珊瑚礁分布历史调查数据基本吻合,调查误差仅3.8%。     

南黄海海底大地电磁测深试验研究

针对南黄海盆地深层地震地质条件差,地震波受屏蔽,能量严重衰减,在海洋反射地震资料中很难识别反映中-古生界的反射地震波组,不能满足南黄海盆地前第三系油气资源前景评价的需要等问题,于2006年5月,开展了南黄海海域海底大地电磁测深试验,在盆地内五莲斜坡和胶州凹陷区布设了3个海底大地电磁测深点,取得了可靠的海底观测数据.本文详细阐述了海底大地电磁测深与常规大地电磁测深在数据处理方法上的差别,论述了海洋电磁噪声对海底大地电磁场观测的影响,提出了海底大地电磁场实测资料“水平姿态”校正、“方位”校正和“海洋电磁噪声”校正的方法.通过对试验观测资料的处理和反演,并结合地质、物性资料进行综合分析,结果表明在南黄海盆地海底以下深部还存留有古生代地层,这对于南黄海前第三系含油气前景的评价具有重要意义.试验结果也证明了海底大地电磁测深技术在研究古生代残留盆地方面的问题可以发挥相当好的作用.     

山地城市某地铁深基坑监测与特性分析

以重庆某地铁复杂深基坑工程为实例,沿基坑周边布设3类监测项目,在基坑开挖施工过程中,对各监测对象进行了监测。根据监测数据,分别对桩撑、桩锚、板肋支护结构水平和竖向位移、支护桩深层水平位移、基坑周边地表沉降等变形特性进行了综合分析,结果表明,该基坑工程支护设计方案可满足设计和周边环境的要求。     

原位化学氧化修复工程中氧化剂需求量的测算研究现状

原位化学氧化(ISCO)修复技术由于修复周期短、效率高等特点已被广泛应用于土壤和地下水的有机污染修复。ISCO修复中所需的氧化剂的剂量通常用氧化剂需求量来衡量,在实际应用过程中,使用的氧化剂剂量过多或过少均会产生一定的负面影响。因此,氧化剂需求量的准确测算对于获得良好的工程修复效益具有重要意义。本文在对氧化剂需求量的组成及定义进行梳理、统一的基础上,重点综述了相关测算方法的原理和应用现状。ISCO修复中总氧化剂需求量(TOD)的组成包括污染物氧化剂需求量(POD)、天然氧化剂需求量(NOD)和氧化剂分解量(DEO)。NOD和DEO的存在为有机污染物有效的修复降解和TOD的准确测算带来了挑战。氧化剂需求量的测算方法可以分为实验法和化学计量模型法两大类,实验法又可以分为批实验法、柱实验法、注抽实验法和反应动力学模型法,批实验法的是目前应用目前较为最为广泛。在实验法中,同一样品的不同时间点获得的氧化剂需求量差距可以达到37%,因此应把污染物浓度在氧化作用下降低到目标限值所需要的时间作为氧化剂需求量的测定时间,并且为了更为精准地提供氧化剂需求量,有必要使用带有测试条件的表达方式来进行表示。目前的氧化剂需求量测算方法多针对于高锰酸钾氧化剂需求量。芬顿试剂和臭氧等分解性较强的氧化剂的DEO可能达到TOD的50%以上,现有方法对DEO的准确测算仍面临困难,应予以特别关注。除了需要开发出能够准确获得DEO的测算方法,场地施工条件对TOD的影响也需要进一步探究,氧化剂需求量的测算仍需一个更为科学的工作流程或指南。     

乌鲁木齐市主要岩土层物理力学性质指标相关性分析

由于湿陷性黄土地区地质灾害防治工程地基处理不当,使得黄土地区的非均匀湿陷性对地质灾害的防治工程造成一定威胁。因此,选取合适的参数建立黄土湿陷性预测模型能为黄土地区地质灾害防治工程的基础设计提供理论依据。本文以伊犁河谷地区巩留县黄土为研究对象,在前期收集该地区69组土工试验参数的基础上,借助数理统计的方法对该地区黄土湿陷系数和土性指标参数的相关性进行了分析,并采用多元线性回归理论和神经网络理论建立了该地区黄土湿陷性评价的预测模型。研究结果表明：研究区土体微观结构多表现为絮凝状结构,以支架接触方式为主,矿物颗粒多呈现薄片状,孔隙结构多呈现孔状或不规则状;研究区黄土湿陷系数与含水率、密度、干密度、饱和度、孔隙比、孔隙率相关系数在0.645~0.857之间,具有强或极强的相关性;通过对研究区建立的黄土湿陷性多元线性回归模型和RBF神经网络模型的综合对比,RBF神经网络模型更具有适用性、可信性和准确性,其准确性达到94.20%。因此,建立的RBF神经网络模型精度能够满足实际工程的需要,为解决该地区黄土湿陷性评价问题提供了新的思路。     

海底电磁接收机新进展

海洋电磁法广泛用于物理海洋学、地球物理学、水下目标检测等领域,以上研究及应用均建立在对海洋环境下的电磁场信号高精度观测基础上。用于海底电磁场高精度观测的海底电磁接收机,需要解决仪器的高可靠性投放回收、高稳定性水下作业、低噪声、大动态范围、低时漂等一系列技术难题。文中介绍了中国地质大学(北京)近些年来在海底电磁接收机研制方面为达到以上目标所取得的一些经验、成果以及最新进展。新海底电磁接收机的典型电场本底噪声为0.1 nV/m/ Hz@0.5 Hz,动态范围大于110 dB,时漂小于5 ms/day,与国外同类先进产品技术指标平齐。截止到2016年初,累计完成了约60站位的海底电磁数据采集作业,2012年以来接收机回收率达到100%,获取了多批次高质量的海底MT及CSEM资料,研制的接收机成功应用于水合物勘查及油气勘探领域。     

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50 m厚的高阻层,其电阻率为25 Ωm、顶部埋深为181 m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.     

坑(井)-地多参数电磁接收系统

坑（井）-地多参数电磁接收系统在地面、坑道、井中三维空间观测天然场源及人工源电磁信号,观测装置接近或穿过矿体,借助动源、大功率发射可获得更加明显的异常值,旨在加大探测深度的基础上提高深部分辨率,同时获取电阻率、极化率、复阻抗等参数.为坑（井）-地电磁成像方法现场数据采集提供硬件设备支持,针对坑道、井中电磁观测的特殊需求,开发了由不极化电极、非接触电极、小型感应式线圈、微型三分量音频磁传感器、地面-坑道电磁接收机、井中电磁接收机等组成的坑（井）-地多参数电磁接收系统,解决了传统不极化电极坑道硬岩表面接地困难和传统感应式磁传感器难以适应坑道狭窄空间的问题;通过多层次的室内、弱干扰条件下野外测试验证了接收系统的各项技术指标,接收机通道全频段噪声水平接近10 nV/rt（Hz）,微型三分量音频磁传感器体积压缩至32 cm×32 cm×32 cm;强干扰条件下的矿山试验验证了接收系统的可靠性、适用性及先进性.