道路地下空洞探地雷达波场和时频特性

根据城市道路地下介质的分布特征和电性参数设计模型,采用时域有限差分法和广义S变换,对道路地下存在的充气空洞、充水空洞、回填不密实、埋藏金属物状态进行探地雷达正演模拟和时频特征提取。结果表明,地下空洞顶界面的反射波同相轴均呈弧形反射形态,但充气空洞的反射波能量强于充水空洞;地下空洞发育区域的中心频率集中在某个低频区间,其余频率成分分布较均匀;埋藏金属物区域出现两簇高幅值能量团,频率分布较分散;回填不密实区域频率未能显示出较明显的规律。最后,通过工程实测验证了数值模拟的可靠性。

基于GMT脚本的AMT数据曲线图批量绘制方法与应用研究

AMT法观测天然交变电磁场,通过数据处理和反演可获得地下介质的电性分布特征,近年来得到了广泛应用。AMT数据曲线图包括测点信息、视电阻率和阻抗相位曲线及数据,可直观反映测点数据质量和曲线类型,是重要的原始资料。加拿大Phoenix Geophysics公司的MTU-5A和V8大地电磁仪是国内最常见的AMT仪器,原始数据经预处理,用MT-Editor软件编辑后可以批量导出PLT格式文件,使用awk命令可从PLT文件中提取测点信息和视电阻率、阻抗相位数据,利用GMT绘图软件将测点信息和数据绘制成图,结合循环语句可达到批量成图的目的。AMT数据曲线图可应用于原始数据质量评价和AMT测深曲线类型判别,在工作区地电规律研究中具有重要意义。

基于同步提取变换的地空频率域电磁信号幅度提取方法

地空频率域电磁法探测信号为多频非平稳信号,为了解决应用传统傅里叶变换方法提取其幅度时分辨率较差的问题,本文提出了基于同步提取变换(SET)的地空频域电磁信号幅度提取方法。该方法对电磁数据进行SET,得到高分辨率时频图,并利用能量算子使电磁数据时频谱能量更为集中;采用贪心算法提取脊线,得到时频图的高能量带;通过自回归模型自适应地补充了脊线中的0值,解决了由窗函数引起的端点效应问题。根据脊线位置的时频图复数值,得到各频率分量幅度随时间的变化,研究了不同信噪比情况下基于SET的地空频率域电磁信号幅度提取结果的准确性。结果表明:当信噪比≥10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差均小于5%;当信噪比<10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差在10%以内。提取效果良好。将此方法应用于新疆霍拉山隧道工程地空频率域电磁法探测中,成功提取了多频电磁信号各频率分量的幅度,与采用傅里叶变换提取非平稳信号幅度的方法相比,该方法有效地提高了幅度提取结果的分辨率。

均匀半空间CSAMT折线形线源的场源数值模拟

可控源音频大地电磁法(CSAMT)在野外进行测量时,通常认为发射线源是简化为长度极小的电偶极子源,但是在野外实测中,CSAMT发射线源都是折线形布设。本文在前人研究成果的基础上,根据电磁场的线性叠加原理推导出折线形电流线源激发的电磁场数值计算方法,通过对不同的折线形线源模型进行计算,分析均匀半空间情况下折线形线源对视电阻率、阻抗相位曲线的影响。模型计算表明折线形线源对视电阻率、阻抗相位曲线的近区和过渡区有较大影响,远区则不受影响;近区和过渡区受到的影响主要是由各个折线段的方位角引起,折线段方位角越大,对测点的视电阻率和阻抗相位的影响越大。当折线段方位角很小时,可以将其忽略并近似为直线源进行处理,这样既可以充分考虑发射源的形态又可以提高工作效率。为后续CSAMT数据处理的近场校正以及CSAMT数值模拟提供了理论支持。

点源干扰源定位方法及其在地电场观测中的实际应用

我国地震地电场观测时的漏电干扰问题会影响到观测质量和地震监测效能。针对这一实际问题,本文提出了点源干扰源定位方法。该方法首先建立地表点源对地电场观测影响模型,根据模型计算点源对地电场观测的干扰幅度,然后求解干扰源相对于中心电极的位置。将定位方法应用于高邮地震台和汉王地震台实际干扰源排查工作中,定位结果与实际干扰源位置基本一致,测区外干扰源定位误差小于2%,测区内干扰源定位误差小于20 m,并对影响计算误差的因素进行了分析。两个台站的实际应用表明:本文提出的定位方法为地电观测实践中查找点源漏电干扰源提供解决方案,能够有效地定位点源干扰源位置,提高干扰排查效率。

隐伏断层高密度电法响应特征与应用研究

【目的】为探究高密度电法不同装置类型对不同倾角断层的探测效果,开展了高密度电法温纳alpha、温纳beta、温纳gamma、偶极装置对不同倾角断层探测效果研究。【方法】通过参数设计建立了不同倾角断层模型,进行正演计算得出结果,并采用最小二乘法对不同倾角断层模型的正演结果进行反演成像。【结果】比较结果得出高密度电法对探测断层倾角的最优识别装置为温纳alpha,其识别结果与设置值的匹配度高达96.1%。【结论】在试验场地预埋断层并利用温纳alpha装置对其进行探测,结果验证了高密度电法温纳alpha装置对断层响应效果最优,可有效确定断层产状信息,且实测结果与数值模拟结果基本符合。

基于ZYNQ处理器的射频大地电磁采集仪器研发

研发基于ZYNQ处理器的ARM嵌入式天然场射频大地电磁法信号采集系统。该系统集成了采集控制模块、数据读取模块和数据滤波模块,采用FPGA高速逻辑门电路、FIR滤波器以及ARM嵌入式系统等技术手段,实现RMT信号的采集、传输、滤波和存储。仿真和对比试验结果表明:该系统性能稳定,滤波模块阻带衰减大于70 dB,系统采集的数据反演结果精准,能提供高精度地质信息,所设计的信号采集系统能够为国产化射频大地电磁法勘探设备研发提供一种技术方案。

济源市邵原镇东阳河一带找水物探方法应用

济源市邵原镇东阳—郝村东阳河一带水井定位物探工作,运用了高密度视电阻率测量与激电测量等两种物探测量方法,通过高密度视电阻率测量推测了含水有利地段,进而根据激电测深多参数单支曲线划分了测点含水层段,对比已知水井多参数单支曲线,含水层位符合参数TH>1、R<5的分布规律,很好地验证了高密度视电阻率测量与激电测量方法在济源西部山区进行地下水探测的实用性和有效性。

城市道路空洞的地面-管道雷达协同探测与联合成像

城市道路空洞是造成道路塌陷事故的主要原因,调查发现空洞主要源于地下管线病害发生渗漏后形成。提出一种地面-管道雷达协同探测技术,建立地下目标探测足尺试验平台,对管线周边不同尺寸的空洞、含水空洞进行探测。结合考虑天线方向图校正的背向投影算法,对管道附近空洞进行协同探测与数据联合成像,室外模型试验验证了该算法的可行性。结果表明:相较于现有地面雷达,管道雷达对地下管线周边的空洞探测结果有着更高的分辨率。同时,相较于传统的背向投影方法,本文提出的地面-管道联合成像方法可在抑制成像目标边缘反射伪影的同时对空洞顶部、底部以及混凝土管内部钢筋进行高精度成像。研究结果可为地下空洞的雷达数据解译提供参考。

随钻地层测试器电源管理模块设计

随钻地层测试器是一种测量地层压力动态响应的随钻测井仪器,常用于油气勘探、开采等阶段。作为随钻地层测试器的必备组件,电源管理模块能将高压电转变为仪器需要的各种低压小功率电源,同时具备供电、监控和安全管理等功能。从整体设计、硬件电路设计到软件设计,系统地介绍了电源管理模块的设计方案。实验室耐温155℃的测试和多井次实井作业的检验表明,该电源管理模块能适应高温和振动的随钻工况,具有一定的实用价值。

广域电磁法三维反演在青海三通沟北锰矿勘查中的应用

青海三通沟北海相沉积型锰矿区为实现深部找矿突破和扩大矿体规模,投入了广域电磁法和音频大地电磁法等物探工作,现阶段的生产实践仍是以一维、二维反演为主进行地质成果的解译,这就有可能导致反演结果与实际地质情况的近似程度不够,将直接影响到后续找矿效果。以广域电磁法三维反演成果为基础并结合已知地质和钻孔数据对矿区大地构造特征、地层及岩体深部埋藏情况、含矿岩系的深部电性特征等进行描述,研究认为:三维反演模型显示矿区沉积中心尚未遭受侵入岩体的完全破坏,具有沿走向保存完整、在深部厚度大的特点,且其核心部位存在多处具含锰矿岩系高低阻相间分布的特征层位,因此具有很好的深部找矿潜力。

忻州站井下与地表地电阻率观测数据对比分析

忻州地震监测中心站(以下简称忻州站)于2021年7月完成井下地电阻率观测系统建设,采用小极距和深埋方式布设电极。本文介绍忻州站井下地电阻率观测系统的场地布设概况、施工技术与工艺以及设备安装与调试情况。通过对井下观测和地表观测数据进行对比分析,结果表明,井下观测能够有效抑制环境干扰,其观测稳定性和数据质量均优于地表观测;地下水位对井下垂直观测具有显著影响,且与地电阻率呈负相关性。

大武地电场观测干扰源判定分析

地电观测过程中常会遇到漏电干扰,这种干扰严重的影响了地电观测质量和地震监测效能。针对大武台地电场数据从2023年3月份开始出现的多次阶跃干扰进行分析,并对干扰源位置进行现场核实排查,使用“VAN”法识别干扰源并确定方位,在此基础上讨论其干扰变化特征,分析干扰产生过程。本次通过分析大武地电场干扰情况发现:理论计算干扰源方位与实际排查的位置基本一致,并对漏电干扰位置进行了整改措施,提升了大武台地电观测数据质量。

加权平均算法在地电阻率日均值计算中的应用

针对目前地电阻率观测中受电磁干扰影响而出现的数据精度低和应用效能不高的问题,提出将每小时固定点观测视为非等精密度测量过程,引入“权重”的概念,应用加权平均法计算地电阻率日均值。与常规算术平均值相比,加权日均值大幅减小了电磁干扰影响,可更为客观和真实地反映地电阻率变化特性。无论观测条件和电磁环境如何变化,都可以采用加权平均算法计算日均值,为地震分析预报提供科学、可靠的数据资料。

长短极距比值干扰源定位方法及其在地电场观测中的实际应用

提出长短极距比值干扰源定位方法用来定位地电观测中出现的地表干扰源。该方法基于均匀半空间模型且地表干扰为点电源,利用地表不同位置的干扰源所引起的同测向长短极距的电场变化差异,联合多测向比值来定位干扰源位置,并应用到徐庄子台漏电干扰一例和高邮台偶极源试验中。结果表明:利用长短极距比值法,能有效定位干扰点源,且能定位偶极干扰源的其中一个电极。

地电阻率仪温度特性与观测日变化现象的关系分析

在进行地电阻率观测时,部分台站的地电阻率观测数据出现日变化现象,这种日变化现象与所处环境温度日变化相关性较好,然而环境温度变化不仅影响浅层介质电阻率,也可能对观测仪器有一定的影响。本文首先从理论计算和环模温度试验两方面分析了地电阻率仪电流测量取样电阻特性和地电阻率仪在温度变化时对地电阻率测值的影响情况。从温度对地电阻率观测结果影响的角度,以青海拦隆口台站为例分析了地电阻率实际观测中存在的日变化现象,利用地电阻率仪温度特性对拦隆口台站进行温度校正,去除观测主机对测量结果的影响。校正后地电阻率测量结果仅变化0.03%,与该台站0.25%日变化幅度相比影响极小,表明地电阻率仪随温度的变化不是造成地电阻率日变化的主要因素,为今后研究地电阻率日变化的原因分析提供了参考依据。

地电台站受城市轨道交通干扰的测试分析与抗干扰措施研究

地电阻率观测是地震前兆观测的重要手段之一.从唐山地震、松潘地震、澜沧-耿马地震到2008年的汶川大地震,震前地电阻率都观测到明显的异常.但随着国民经济的快速发展,地电阻率的观测环境受到各种干扰,其中采用直流牵引技术的城市轨道交通干扰尤为严重,致使一些地电阻率观测台站的观测数据无法满足规范要求,部分台站因此被迫搬迁.本文通过对部分受城市轨道交通干扰比较严重的台站进行测试分析,对现有观测系统的抗干扰能力进行了分析,提出了一些抗干扰措施,为进一步提升地电阻率观测质量做了技术铺垫.

单总线技术在地电场多电极数据采集系统中的应用

针对传统高密度电法仪的电极系需用与电极总数相等的多根导线与主机相连的局限,提出了一种单总线技术,用7～10芯电缆即可控制几百根导线的智能电极控制系统,设计了数据采集系统的发送、接收和智能电极等各部分的硬件结构,并应用于地电场数据采集系统中;此外,以偶极 偶极为例给出了智能电极自动转换的软件控制算法;对整个系统进行电阻网络物理模拟测试及误差分析,并对该系统进行水槽试验。研究结果表明:该系统解决了各部分之间的硬件接口技术;所采集的数据质量可靠,真实地反映了被测目标电场信息,达到了野外数据采集精度要求。

水平两层均匀介质中井下电阻率观测信噪比的理论计算

在点电源水平两层均匀介质模型下计算了在不同地电断面中观测时地表干扰电流源对观测的影响。得到:地表干扰电流源对地电阻率观测电势差的影响取决于地电断面类型和参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离。本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构选择、电极埋深、干扰源避让有参考意义。

多种电磁法在某金矿的野外勘探应用

为了对比分析广域电磁法、音频大地电磁法(AMT)与可控源音频大地电磁法(CSAMT)的勘探效果,在山东某金矿的已知地质剖面开展了多种电磁法实验勘探,通过对比分析在相同剖面上的实验结果发现,相对于AMT而言,广域电磁法具有浅层分辨能力高、抗干扰能力强、工作效率高等优点;相对于CSAMT而言,则具有勘探深度大、抗干扰能力强、工作效率高等优点。关于广域电磁法的高频段广域电阻率与卡尼亚电阻率不重合现象、场源效应和阴影效应、电磁场多分量综合利用等问题上还值得探讨和研究。