复杂地形瞬变电磁三维正演模拟与地形效应分析

目前,地面瞬变电磁法凭借其优势已被广泛用于煤矿水文地质勘查中,然而,在野外实际勘探中,复杂地形环境常导致发射源几何形状的改变与信号接收偏差,降低了勘探精度。为此,采用理论分析、数值模拟和实际地形数据分析相结合的方式,系统研究了复杂地形条件下电性源与磁性源瞬变电磁场的响应特征。首先,基于二阶后退欧拉离散的矢量有限元正演模拟技术,详细探讨了山峰和山谷地形位于接收点和发射源位置时,对两种源系统的影响规律。结果表明:电性源系统会出现响应变号现象,源导线位置高于周围地形时响应增强,反之则被削弱;而磁性源无变号现象,但响应变化规律与电性源类似。其次,利用实测地形数据,采用四面体网格建立与实际地形高度吻合的三维正演模型。模拟结果显示:早期响应曲线能够清晰反映地形细节,曲线形态与地形特征一致;而晚期响应则逐渐趋于平缓,体现了深部背景的影响。研究成果可为复杂地形条件下瞬变电磁法的勘探装置布设、数据采集、处理和解释提供理论指导,对提高煤矿水文地质勘探精度具有重要意义。

多匝重叠小回线装置的矿井瞬变电磁观测系统

采用物理实验对矿井瞬变电磁观测系统的发射功率、发射磁矩、关断时间随发射线圈匝数的变化关系以及关断时间、接收信号随接收线圈匝数的变化关系进行了定性研究.结果表明,发射功率随发射线圈匝数的增加而减小,发射磁矩随发射线圈匝数的增加而增加,但增加幅度较小;关断时间与发射线圈匝数近乎呈正比而与接收线圈无关;接收信号强度与接收线圈匝数呈正比关系;实验过程中采用的1-40匝不同匝数的接收线圈暂态过程近乎相同.

矿井瞬变电磁超前探测物理实验

采用盐水充当均匀围岩介质,使用玻璃槽充当巷道空间,建立了含巷道全空间瞬变电磁超前探测的物理模型,根据矿井瞬变电磁超前探测扇面扫描的数据采集方式,对柱状良导体与低阻薄板的超前探测响应特征进行了实验模拟。结果表明:异常体在瞬变电磁超前探测扇面扫描的多测道剖面图上存在异常响应,异常响应特征与异常体的空间位置、空间形态有关;当柱状良导体位于掘进工作面正前方时,3个扫描方向响应最强,晚期道出现"双峰"异常;低阻薄板与柱状良导体的响应不同,多测道剖面图上响应值增大过程中无明显"台阶"状的跃变,响应值增大趋势与薄板倾向一致。

矿井瞬变电磁法在老窑水超前探测中的应用

介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法,在某矿2号总回风巷的掘进过程中,采用该技术对掘进头前方的老窑积水区进行了探测。探测结果表明,矿井瞬变电磁超前探测技术能准确圈定老窑水的位置,其施工方便快捷适于实时跟踪探测,但对积水量仅能做定性评价而不能给出定量解释,视电阻率断面图上探测异常区域分布比实际积水区间要大,且侧帮测点易受到金属锚网支护的影响,同时由于采用多匝小回线装置形式,发射电流关断时间过长,存在近距离探测盲区。

基于授课对象分类的地球物理学专业课程教学方法与实践

地球物理学专业属于冷门小众专业,大部分学生缺少本专业学习的内在驱动力与兴趣,逃课严重。为提高教学质量.在本专业教学过程中采用基于授课对象分类的课程教学方法,将学生分为毕业后读研继续从事本专业生产工作者、不读研但从事本专业生产工作、跨专业读研、不读研也不从事本专业生产工作者等四类学生,对教学目标进行明确细化;并以地球物理学专业知识为载体,授课过程中注重学生知识获取方式学习、解决问题能力培养、学习能力提升、独立思考能力锻炼,进而使学生认识到自身内在的学习需求,激发学习的内在驱动,提高自觉学习意识。

高效的高分辨率三极断面测深野外施工技术

针对探测深度较大的任务要求 ,该文提出了一种应用三相断面测探技术高效的施工方法。采用带有标注点号的同一供电电缆 ,通过针插式卡口与电极相连 ,使布极与跑极的方式大为改观 。

煤层底板导水裂隙演化规律的电法探测研究

通过试验测定不同岩样在充水条件下应力–应变全程电阻率的变化,给出在采动过程中煤层底板岩层产生导水裂隙时的导电性变化规律,并以此为基础建立底板采动导水裂隙带动态演化地电模型。利用三维电法正演软件对此地电模型进行正演数值模拟,得出煤层底板导水裂隙演化过程中的视电阻率响应特征,为矿井电法数据采集系统设计和资料处理解释提供理论依据。依据全空间高精度三维电法测量的思想,提出煤矿底板导水裂隙带动态监测系统的设计原则和技术要求,为现场实际工作条件下煤矿底板破坏裂隙带动态监测系统设计提供依据,并成功用于安徽一矿底板破坏导水裂隙带演化规律的探测。实测结果表明,采用三维电阻率法探测(监测)底板导水裂隙带演化过程效果明显,能显示出底板在回采过程中变化破坏情况,有利于煤矿底板突水预测和突水防治措施的制订。

瞬变电磁法在煤矿采区水文勘探中的应用

煤矿开采中最重要的地质任务是探测采区内小构造的分布及其含(导)水性,采区三维地震勘探主要用于探测地质构造,而电法勘探则用于含水构造的探测.本文结合实例介绍了应用瞬变电磁法并结合三维地震进行煤矿采区水文勘探的基本原理、野外施工技术及资料处理解释方法.实际应用表明,瞬变电磁法与地震勘探的综合水文勘探降低了物探资料多解性问题,大大提高了勘探精度,可为煤矿防治水工作提供可靠的水文地质资料.

地—井瞬变电磁法三维正演研究

地—井瞬变电磁法是一种使用较多的瞬变电磁法工作装置。鉴于现今国内外对其正演研究还比较少,在此实现了基于一维解析法和矢量有限单元法的地—井瞬变电磁法一维和三维正演。通过对比层状介质的一维解析解和水平板状体地电模型的数值解,验证了矢量有限单元法用于模拟地—井瞬变电磁法的有效性;通过对低阻块状体地电模型进行三维正演,分析总结了矩形回线源激发瞬变电磁场随时间和深度变化的扩散规律。

覆盖层影响下典型地-井模型瞬变电磁法正演

地-井瞬变电磁法是用于地质找矿的有效方法之一,开展该方法的三维正演研究能对资料处理与解释提供帮助。在时间域有限差分算法的基础上,建立了三维地质模型和覆盖层模型,模拟了该模型下的地-井瞬变电磁响应;引入了参数EA,分析了方形低阻体和覆盖层的响应特征以及覆盖层影响因素。结果显示:低阻体位于发射场源下方时,其响应曲线呈现"双高一低"的极值特征,高峰值分别对应低阻体上下边界,低峰值对应低阻体中心;低阻体位于发射场源旁边时,其响应曲线呈现单极值特征,该特征与覆盖层响应特征相同。当覆盖层电阻率较低时,"趋肤效应"作用使覆盖层的响应强度强于低阻体;但当发射场源离钻孔足够远时,覆盖层影响可以忽略,低阻体响应强度更与覆盖层-低阻体电阻率的比值有关。孔中发射能有效降低覆盖层影响。

高分辨率三极断面测深在工程勘察中的应用

介绍了高分辨率三极断面测深技术及其在工程地质勘察中的应用。通过实例证明了此方法在地基稳定性评价中良好的应用效果,能够为高标准建设工程项目提供可靠的地质资料。

基于改进振幅衰减常数的无线电波透视层析成像研究

为提高无线电波透视的探测精度,将改进的振幅衰减常数引入层析成像技术,给出改进的振幅衰减常数表达式,该常数不仅与电导率、介电常数、频率等参数与有关,而且与电磁波入射角度密切相关.基于射线理论采用阻尼约束的代数重建算法(ART)对陷落柱模型进行层析成像模拟,分析对比改进振幅衰减常数与经典振幅衰减常数的绝对衰减层析成像和相对衰减层析成像的反演重建效果.结果表明:改进振幅衰减常数的成像效果显著优于经典振幅衰减常数;绝对衰减层析成像对构造的横向定位较为准确,相对衰减层析成像容易造成真实构造的局部缺失.将改进的振幅衰减常数应用于工作面隐伏陷落柱的实际探测工作,取得了良好的应用效果.

矿井直流电法三维正演计算的若干问题

介绍了用于矿井直流电法三维正演模拟不同数值计算方法的特点及其适用范围,提出了用对数等间距和算术等间距相结合的网格剖分方式,说明了电极互换原理所满足的地质条件。针对合成系数矩阵为非对角占优的特点,采用了大数处理方法,使其线性方程组适用于现有的求解方法。最后通过对具体问题的探讨,阐述了地质模型的计算精度和计算时间之间的相互关系,为模型参数的选择提供了一定的理论基础。

覆盖层下三维板状体地-井瞬变电磁响应

地-井瞬变电磁法是地质找矿的有效方法之一,它是利用地表发射、井中接收瞬变场响应来实现查找深部矿产资源的一种方法。在时间域有限差分算法的基础上,以回线源为激发源,采用非均匀网格剖分技术,对均匀半空间和倾斜板状体、含有低阻覆盖层的倾斜板状体模拟。通过对比分析表明:均匀半空间中,响应极大值随观测时间延迟而减小;场源位于接收钻孔正上方时,异常体响应特征明显;当场源位于旁侧位置,需要较长的观测时间获得异常体的响应;低阻覆盖层对异常响应的影响在整个观测时间范围内都存在,减弱了异常体的响应;覆盖层的影响随发射场源与接收钻孔位置距离的增加而减弱。研究工作为定性分析地-井TEM响应特征和资料解释时提供参考。

微型客车正面碰撞特性建模及仿真研究

该文利用Pam-Crash对某微型客车及乘员约束系统进行了建模及仿真研究,全面研究了该微型客车的正面碰撞特性,包括结构耐撞性和乘员安全性。整个建模过程分三个阶段:白车身建模;整车建模;整车及乘员约束系统建模,每个阶段都参照相应的试验条件进行了仿真计算,所得计算结果与试验结果基本吻合,表明所建立的微型客车及乘员约束系统模型是可信的、采用的建模和计算方法是正确的。这些仿真方法可为企业改善汽车的碰撞安全性或开发新产品提供参考。

隧道检测中探地雷达典型图像特征分析

为提高隧道检测中探地雷达图像解释的准确性,提供典型图像的探地雷达解释模板,文章以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法,对隧道检测中常见的钢筋、钢拱架、格栅拱架、脱空、空洞、不密实等典型目标体进行了探地雷达二维正演模拟,并结合实测雷达图像进行了对比分析,总结了典型目标体雷达图像特征。模拟和实测结果表明,探地雷达可以探测隧道钢筋、钢拱架、脱空、空洞和不密实区。各目标体的图像特征可对以后雷达图像解释提供指导和参考。

利用矿井瞬变电磁法超前探测走向导水断层研究

导水断层给井下安全生产带来严重的灾害隐患,为了推进矿井瞬变电磁法的实用性,开展了导水断层瞬变电磁场响应特征研究。基于三维低阻薄板地电模型,采用理论分析、物理模拟相结合的方式,探讨了板状导体上感应涡旋电流与一次场的激发关系,研究了走向导水断层矿井瞬变电磁超前探测视电阻率响应特征。研究结果表明：1感应涡旋电流主要与板状体有效切割一次场磁力线多少有关,激励角30°～60°时,感应涡旋电流较强;2矿井瞬变电磁超前探测扇形视电阻率等值线图上,走向导水断层呈现左右对称分布2个低阻异常夹中间1个高阻异常的响应特征。研究结果应用于工程实践,取得了良好效果。

矿井张量电阻率法理论基础研究

煤矿采掘活动诱发的局部和微观电各向异性特征时空演变规律有望成为煤矿动力灾害预测预报的新机制。张量电阻率测量是掌握和认识电各向异性特征的重要方法途径,煤矿井下具有开展张量电阻率测量的独特优势。在岩石电各向异性物理机制分析的基础上,结合煤矿井下实际,提出了适合煤矿井下条件的张量电阻率测量方法。以层状各向异性介质模型为例,采用模拟计算的方法对地层倾角、走向变化时的视电阻率方向特性进行了分析;建立了巷道底板岩溶发育全空间模型,从宏观电各向异性的角度分析和验证了电阻率测量所具有的方向性。研究结果表明,采动影响使煤岩体具有电各向异性特征,采动裂隙内的水气富集程度也对煤层横向和纵向电阻率产生明显影响;含水量越大,各向异性系数越高。受上覆和下伏地层电阻率影响,各向异性地层的张量电阻率幅值显示出层状地层的综合反映;其电阻率幅值与裂隙带倾角大小有关,不受地层走向影响,但视电阻率的椭圆分布会随地层走向而发生旋转,旋转的角度依赖于地层走向的变化。这说明采动岩体变形、破坏与流体运移必然会引起含煤地层电各向异性特征的规律性时空演变。通过实时动态测量煤岩体的张量电阻率,可以识别和发现因采掘活动、流体运移引起的局部、微观电各向异性特征。在应力峰值未到达之前,及时捕捉煤矿动力灾害孕育、发展的先兆信息,并在应力释放前的可逆阶段采取预防措施,可从源头上避免煤矿重大动力灾害的发生。

无线电波透视技术探查工作面隐伏构造

综合机械化采煤对采区或工作面的地质条件要求越来越高,这就要求更为精确地控制地质构造。仅靠井巷地质编录和矿井地质分析已无法满足生产需要,而无线电波透视法因其透视距大、地质构造探查效果显著,已成为综采工作面地质构造的主要物探方法。文章对无线电波透视的探测机理进行了简单论述,并结合实例说明无线电波透视技术可成功、准确地探测出综采工作面内的断层、火成岩侵入区等隐伏构造,较好地指导了煤矿综采生产工作。

有耗媒质中任意入射角电磁波传播衰减特性研究

为提高无线电波透视技术的探测精度,给出了含入射角度参数的振幅衰减常数表达式。指出在工作频率和媒质参数一定的前提下振幅衰减常数与电磁波入射角度两者满足正弦关系,在0～π/2区间,振幅衰减常数的值随入射角度的增大而增大。采用改进的振幅衰减常数计算得到的数据进行无线电磁波层析成像,结果表明:改进后的振幅衰减常数计算得到的数据层析成像效果显著优于经典振幅衰减常数得到数据的层析成像效果,层析成像剖面图与实测地质剖面吻合较好。证明了采用改进后的振幅衰减常数可以在一定程度上提高无线电波透视的精度。