TSP结合TEM在风险围岩隧道超前地质预报中的应用

为了排查隧道施工过程中潜在的地质风险、指导隧道安全开挖掘进,针对某高速铁路风险围岩隧道浅埋段和可溶岩段,利用TSP和TEM两种方法开展超前地质预报。TSP预报可对掌子面前方围岩状况进行远距离宏观预测,能划定断层、破碎带、地下水等不良地质体的位置和大致规模;TEM预报可在掌子面附近开展多角度、多方位测量,能判定开挖面前方一定空间范围内不良围岩特征,特别是地下水、岩溶的分布及规模。研究表明,TSP震波对应的负反射和低速异常突出反映围岩岩性变化及岩体破碎程度,依据纵、横波速起伏特征可大致判定地下水发育情况;TEM低阻异常直观体现围岩富水状态,并可推测岩溶发育及分布状况,视电阻率阻值变化密集区对应了围岩岩体破碎。研究结果表明,采用两种或多种方法结合开展综合预报,可提升预报结论的准确度和可靠度,TSP结合TEM成功预报的应用实例可为类似风险围岩隧道的超前地质预报提供参考和借鉴。

小尺寸TEM非共面偏心自补偿零耦合收发技术研究

发射线圈对接收回路的耦合影响,是导致瞬变电磁(TEM)早期信号失真、浅层盲区大的主要因素之一,对于多匝小尺寸线圈结构,耦合影响更为严重。针对这一问题,提出了一种小尺寸TEM非共面偏心自补偿零耦合收发技术。该技术采用收发线圈非共面偏心的思路设计了一次场自补偿系统,非共面结构实现发射线圈与接收线圈的弱耦合,并基于互感理论获得二者的最佳相对偏心位置,以消除一次场干扰。对基于导电环异常体的探测模型进行实验仿真,结果表明新结构系统在收发线圈±2 mm尺寸误差内,能够忽略一次场的影响,对物理尺寸误差的容忍度较高,易于实现零耦合状态。最后,采用串连法对设计的非共面偏心自补偿TEM系统进行了实测实验,测试结果与理论分析一致,进一步验证新结构性能。研究可为小尺寸TEM系统获得纯二次场信号、提高浅层探测性能奠定理论基础。

基于瞬变电磁法的无人浅水水雷快速探测研究

水雷是最古老的海战兵器之一,被公认为最佳非对称武器,二战后近一半舰艇的损失是水雷造成的。海洋浅水区域因其独特的地理位置和生态环境使得布设于此的水雷成为登陆的最大障碍。战时由于时间紧迫,对登陆通道清扫需要做到快速、灵活及低伤亡。对此,文中提出了基于无人机平台的浅水水雷快速探测系统,该系统采用基于瞬变电磁法的电磁感应金属探测技术,探测水雷的金属部件,如撞针、电子单元及控制装置等。然后依次介绍了瞬变场脉冲金属探测的原理,采用无人机搭载瞬变电磁法仪实现水雷快速探测的技术方案,探测数据通过成像对目标进行识别的方法。最后选取了国内某甚浅水区域,提前布设水雷及相似目标,进行了相关探测试验,获得了探测数据,通过数据比对,验证了基于瞬变电磁法的无人浅水水雷快速探测系统的性能及可行性。

城市地下空间探测关键技术及发展趋势

近年来,地下空间开发利用以及与地下空间相关的安全运营已经成为我国大中型城市面临的重要课题,而准确的城市地下空间探测成果是保障其课题成功实施的关键。目前国内城市地下空间利用的深度已达50m,局部特大工程深度在70m左右。未来城市地下空间利用将向综合化、深层化、人性化、生态化发展,从而对城市地下空间探测的可靠性提出了更高的要求。目前常用的地下空间探测技术除了钻探外,主要采用包括探地雷达、浅层地震、高密度电法、浅层瞬变电磁法、井间CT、微动等地球物理方法。以"城市浅层地下空间探测技术体系研究"课题为例,介绍了探地雷达在真三维采集、拟地震资料处理、三维雷达数据偏移等方面的研究成果。结合地下管线探测及岩溶调查等案例,分析了探地雷达等多种探测技术的综合应用及探测效果。研究认为未来的三维高密度横波地震、三维高密度电磁法、三维探地雷达等技术是城市地下空间探测技术的发展趋势。

拖曳式瞬变电磁在浅水域工程勘察中的应用

湖北某文化区拟建大桥需查明桥址区不良地质体的分布情况,为后期基础工程施工提供设计依据。由于常规勘探手段受拟建区域水域限制,勘探采用了水域拖曳式瞬变电磁法设备。现场探测设计测线3条,通过限制拖曳速度,减少平均效应,并采用新的算法计算实际航线与布设测线的里程关系,保证测点坐标的准确。通过对3条测线采集数据进行处理解释,推测工作区东南部存在一条西-西北向的破碎带,该破碎带将会对基础工程安全造成影响,应引起足够的重视。

基于蒙特卡洛方法的瞬变电磁接收机过渡过程研究

传统的瞬变电磁法在浅层存在探测盲区,限制了在浅层地表结构探测中的应用。瞬变电磁探测仪接收机的过渡过程的影响是导致浅层存在探测盲区的主要原因之一。当发射机关断时间及发射电流确定的情况下,接收机电路的过渡过程会导致实测信号发生畸变,影响浅层数据的反演。本文通过对接收机接收线圈的二阶电路建模分析,结合自制的瞬变电磁系统“WLZTEM-2022”的实测数据,在已知均匀半空间条件下通过蒙特卡洛反演得到接收线圈的rLC参数,从而实现对瞬变电磁法浅层探测信号的矫正。实验结果表明,通过过渡过程校正后的早期瞬变电磁探测数据更接近瞬变电磁的早期正演数据,通过计算本文定义的误差函数,校正后的误差定量上比矫正前的误差约减小了3倍;此外,通过把反演得到的过渡过程中rLC参数加入到传统的瞬变电磁正演算法中,可以得到对过渡过程准确建模后的早期(t<1μs)的理论总场曲线,从而提高瞬变电磁系统浅层(0~5 m)的探测能力。本文研究成果对提高瞬变电磁法浅层探测精度、减小早期探测盲区具有实际应用价值。

多参数综合物探方法在煤矿采空区勘探中的应用研究

为了探明陕北侏罗纪煤田中能亿安煤矿井田范围内的5-1号煤层采空区的分布范围及状况,针对单一物探参数误差大和单一物探方法效果不佳以及反演结果多解性的不足,提出采用三侧向电阻率、自然伽玛、自然电位以及井径等多种测井参数和瞬变电磁法、浅层二维地震法及音频大地电磁法三种地面物探方法组合的多参数综合物探方法对5-1号煤层采空区进行探测,基本查明了勘查区内采空区的分布范围及其赋存情况,研究结果表明:多种物探参数的组合可以避免单一物探参数造成的不同介质物性特征范围重叠的误差,提高探测精度,其中煤层和夹矸按各自的解释原则,其深度、厚度差值均小于0.05cm;多种物探方法结合使用的综合物探方法可以充分发挥浅层二维地震法分辨率高、音频大地电磁法对水体敏感以及瞬变电磁法抗干扰能力强的优势,提高物探结果的可靠性和准确性。

综合物探方法在房采采空区勘查中的应用研究

针对单一物探方法在煤矿采空区探测中的局限性和多解性问题,结合陕北侏罗纪煤田地质及地球物理特性,综合运用瞬变电磁和可控源音频大地电磁法对普泉煤矿勘探区内浅埋房柱式采空区进行探测。综合探测成果对勘探区内3-1煤层采空区和采空积水区的位置、深度、范围等信息进行了推断解释,与地质资料和验证钻孔钻探成果基本吻合。研究结果表明:瞬变电磁和可控源音频大地电磁法相结合的方法在浅埋房柱式采空区探测方面具有较高的可靠性和准确性,能够为煤矿的安全生产和采空区的综合治理提供科学依据。

三角波电流瞬变电磁发射系统研制

论述了一个双极性三角波电流脉冲瞬变电磁发射系统的原理研究以及工程实现,产生的脉冲电流可以用来探地测浅,包括矿物检测、未爆弹检测、水文勘探和地质绘图等。通过推导在负载线圈上应施加的电压波形,采用有源高压钳位电路和无源高压钳位电路分别得到三角波电流的线性上升沿和快速线性关断的下降沿。整个瞬变电磁发射系统可以产生峰值电流高达10A,重复脉冲频率为1Hz-10kHz可调的双极性三角波电流脉冲。最后,给出了该发射系统的电流波形实际测量结果,可以看出该系统能够产生线性度很高的三角波发射电流波形,并且在实际应用中激发的二次场能够用于定位未爆弹的位置。

Albert湖盆北区退积型浅水三角洲沉积及储层特征

根据古生物、岩心、测井、地震等资料,采用储层沉积学、古生物学、地震地层学及类比等方法,从区域构造-沉积演化特征入手,建立了东非裂谷西支北端Albert湖盆北区退积型浅水三角洲沉积模式,系统剖析了沉积体系与砂体展布特征,分析了储层相带物性差异及其影响因素。Albert湖盆北区上上新统目的层段自下向上依次发育三角洲平原、三角洲前缘及前三角洲亚相,其中三角洲平原分流河道为主要储层砂体,储集物性好,而前缘砂体较薄,平面上分布局限,储集物性相对较差。研究成果为该地区油藏储层精细描述及开发方案编制提供了地质依据。

浅基岩埋深条件下多年冻土的瞬变电磁法探测研究

瞬变电磁法(TEM)在青藏高原、东北等地区的多年冻土调查中取得了较好的应用效果,但局限于松散沉积层较厚情形,在基岩埋深较浅条件下探测多年冻土基本处于空白。兰州马衔山多年冻土具有分布范围小、温度高、基岩埋深浅的特点,是应用TEM探测浅基岩埋藏条件下多年冻土分布的理想地区。以马衔山多年冻土为主要研究对象,以季节冻土为对照研究了瞬变电磁响应特征,结合区域构造特征、地层露头、钻孔岩心、地温监测数据等信息,论证并探讨了TEM应用于浅基岩埋深时对多年冻土的探测效果。结果表明:马衔山多年冻土分布受构造断裂形成的低阻带控制,下部为负温岩层,实际分布面积为0.11 km2;TEM应用于浅基岩埋深的多年冻土勘探时更多的对地下岩层做出响应,可结合地质、地貌、水文、植被等信息,利用多年冻土的特点和电阻率的变化情况来判断多年冻土的分布范围;当基岩埋深特别浅时可以与探地雷达、钻孔等其他手段联合反演,从而准确地识别多年冻土与下伏基岩。

清真寺浅井水温异常与龙门山断裂带中段地震活动

对四川省北川县清真寺内水井水温( 地热) 连续观测所反映的地震活动信息作了讨论。该井水温受气象因素影响不大, 水温测值稳定, 出现突升突降与附近 M≥4 级地震活动有较好的对应。

红松阔叶混交林林隙浅层土壤温度的异质性

以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,采用网格法布点,通过对生长季内林隙各样点浅层土壤温度的连续观测,利用经典统计学和地统计学的方法分析了林隙浅层土壤温度的时空异质性。结果表明:林隙浅层土壤温度不同空间样点之间存在异质性,而且异质性的强度、尺度和空间结构组成随时间而改变,浅层土壤各月平均温度斑块形状复杂,5cm土壤平均温度大小顺序均为7月>6月>8月>9月,20cm土壤平均温度大小顺序为7月>8月>6月>9月,浅层土壤月平均温度的最大值分布位置不固定,5和20cm土壤同一月份平均温度的大小顺序均是空旷地>林隙>郁闭林分。

高温热害矿山岩温测定及其变化特点分析

随着矿井开采深度的增加和采掘机械化程度的提高,高温热害逐渐成为制约矿山安全开采的重大问题之一。以铜坑矿锌多金属矿体为实施对象,采用浅孔测温法测定井下原始岩温。利用Origin软件回归实测岩温数据,分析了孔底温度(T)与测温时间(t)关系曲线的变化特点,探讨了曲线变化的一般规律与异化情况,提出了浅孔测温实施工艺的改进意见与注意事项。研究工作对于准确获取原始岩温数据具有重要意义。

造山带中岩浆铜镍硫化物矿床的地球物理勘探：现状、问题与展望

地球物理勘探在众多岩浆铜镍硫化物矿床的发现中起着重要的作用.相对于围岩,硫化物矿石在电学、密度和磁化率等物理性质方面有着显著的差异性,产生高重力、高磁力、高极化和低电阻的地球物理异常,是岩浆铜镍硫化物矿床传统地球物理勘探方法的理论基础.造山带中铜镍硫化物矿床通常具有小岩体成大矿的特征,以中亚造山带的东天山和喀拉通克地区最为突出.这类矿床通常表现出复杂的岩体形态、产状、岩相构成、赋矿岩相和矿体空间展布,给传统地球物理勘查工作提出挑战.国外铜镍矿最大探测深度已达到4000m,最大开采深度也达到2450m,而我国同类矿床分别只有1600m和900m左右,亟待提高.以高分辨率浅层地震波反射、地-井瞬变电磁法、井中重力勘探和航空电磁法为代表的地球物理新进展则为这一问题带来新思路,可能代表着铜镍硫化物矿床大深度精细勘探的发展趋势.

浅层瞬变电磁法在城市道路地下病害检测中的应用

为解决当前城市道路地下病害快速而有效的探测,尝试将浅层瞬变电磁法引入到城市道路地下病害检测工作中.本文首先阐述了瞬变电磁法的基本原理,介绍了浅层瞬变电磁仪及其工作装置,并简要地分析了基于"烟圈"理论的一维快速反演解释,最后结合试验和工程实例,探讨了浅层瞬变电磁法在城市道路地下病害检测中的应用效果.实例表明,浅层瞬变电磁法在城市道路地下病害检测中效果较好.