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。

探地雷达及红外热成像在渠道混凝土衬砌脱空检测中的应用

为减少渠道渗漏损失,提高输水配水能力,增加渠坡的稳定性,赵口二期工程渠道采用现浇混凝土衬砌。为了解衬砌与渠坡土体之间的结合程度,首先采用探地雷达方法对总干及主要干渠、分干渠和支渠的渠道的混凝土衬砌进行抽样探测,结果依据脱空程度不同主要包括胶结紧密、接触不密实、轻微脱空等3种情况;在此基础上,对轻微脱空的重点部位采用探地雷达和红外热成像相结合的方法进行综合探测,对同一混凝土衬砌上的不同脱空严重程度进行划分,可极大地提高工程养护及补强等工作的针对性,保证工程安全、高效的运行。

高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

矩形空洞探地雷达成像曲线厚度变化规律研究

由于城市基础建设不断地翻新改造,引发城市地下空洞滋生问题。通过探地雷达扫描技术,对地下矩形空洞整个探测过程进行研究,将探测过程划分为四个阶段,研究了成像曲线厚度变化规律。对探地雷达水平运行时矩形空洞的成像曲线厚度变化规律进行分析,对不同大小下的矩形空洞点测时曲线厚度进行研究,并通过实际探测案例来解释矩形空洞成像曲线厚度变化规律,结果表明探地雷达探测矩形空洞时其成像曲线厚度为先增加后减小的对称曲线,其曲线厚度最大处在图像上为水平弧段两端,位于实际矩形空洞对角线附近;雷达点测时成像曲线厚度随矩形空洞变大而增加,在图像上表现为空洞越大线条越粗。

济阳坳陷成熟探区油气精细勘探理论进展与实践

济阳坳陷作为渤海湾盆地成熟探区之一,经过了60多年勘探开发,为实现油气勘探的持续发展,亟需解决油气资源潜力、勘探方向及成藏规律等理论认识问题。通过对主力生烃层系大量烃源岩样品沉积环境、有机地球化学特征的分析测试及生排烃模拟实验,对比研究了不同类型烃源岩生排烃演化过程及生烃潜力,发现咸化环境烃源岩具有古生产力高、活化能低的特点,建立了陆相湖盆“咸化富烃”生排烃模式,突破了以淡水环境烃源岩为主力油气来源的传统认识;通过分析深层储层成岩演化过程中孔隙度与地层流体酸碱性质变化的关系,指出“早期强胶结、后期强溶蚀”是深层储层形成大量次生溶蚀孔隙的重要原因,解决了高地温背景下深层碎屑岩有效储层成因问题;基于济阳坳陷勘探实践,总结提出了断陷盆地从洼陷带到斜坡带,依次发育岩性、构造-岩性、岩性-构造及构造油气藏的油气藏类型有序分布规律。创新形成了“咸化富烃、酸碱控储、有序成藏”的成熟探区油气精细勘探理论认识,明确了剩余资源潜力,指出了深层的勘探方向,使油气勘探由被动转移转为主动探索;并创新建立了适用于精细勘探阶段的“勘探层单元”划分、优选方法,形成了成熟探区“七步走”的精细勘探评价流程。结合济阳坳陷地质新认识、最新一轮油气资源评价结果,指出今后重点勘探方向及增储领域,为油田的长期效益可持续发展提供了重要保障。

大港探区南部二叠系致密砂岩储层特征及成因

【目的】大港探区南部二叠系致密砂岩获高产油气流,但其储层特征与成因机制尚不明确。【方法】综合利用岩心观察、薄片鉴定、阴极发光分析、扫描电镜观察、流体包裹体分析、碳氧同位素与氢氧同位素组成分析、电子探针及原位激光剥蚀等技术方法,结合埋藏演化史和油气充注史,对大港探区南部王官屯、乌马营地区二叠系深层砂岩储层进行研究。【结果】大港南区二叠系砂岩以高成分成熟度的石英砂岩、亚岩屑砂岩为特征,优质储层储集空间以次生粒间孔及高岭石晶间微孔为主。在构造运动的控制下,储层经历早期开放体系大气水淋滤溶蚀作用和晚期封闭体系烃源岩生酸溶蚀作用。优质储层的发育受多种因素控制,高成熟度的中粗砂岩是优质储层形成的物质基础,早期地层抬升剥蚀导致的大气淡水淋滤作用形成大量次生孔隙是优质储层发育的关键,早期烃类充注抑制胶结作用有利于次生孔隙的保存。【结论】地质历史时期为大气水淋滤注水区,而现今位于斜坡带—洼陷带的深埋储层,为下步有利勘探目标。该模式的建立对渤海湾盆地其他地区二叠系储层的钻前预测具有借鉴意义。

胜利探区油气共/伴生资源综合利用前景

胜利探区发现了多种油气共/伴生资源,部分为关系国防、农业、高科技等行业安全的战略资源,极具开发利用价值。针对目前研究较深入、已经工业化生产的氦气、卤水(钾盐)、铀矿等,分析了其在中国的勘探开发现状、在胜利探区的赋存特征、成矿条件及综合利用前景。研究结果表明:①氦气高异常主要分布在济阳坳陷、柴达木盆地的10余个地区,元古界—新生界的多个层位,具有与常规天然气、非烃气、页岩气等伴生的多种赋存类型。②济阳坳陷、柴达木盆地在古近纪—第四纪均具有发育卤水(钾盐)的古气候、古环境,其中东营凹陷油田水含有丰富的溴、锂、钾等,柴达木盆地的油田水中钾、锂较高,部分地区含量值达工业品位。③铀矿的主要类型为砂岩型,车排子凸起的多口井在白垩系、新近系呈现高异常自然伽马值,为最有利的伴生铀矿远景区;吐哈盆地、柴达木盆地及济阳坳陷的部分胜利探区也具有发育铀矿的铀源、构造、岩相、水文地质等成矿条件,部分井的自然伽马测井数据表现出高异常值。整体上胜利探区油气共/伴生资源具有类型多、分布层位多、异常区域广的特点。若充分利用胜利油田在勘探基础资料、地质基本认识、工程设施等方面的天然优势,尽快系统开展油气共/伴生资源成藏(矿)规律研究、资源潜力评价、提取工艺技术攻关等工作,有望将其发展成为新的业务增长极。

探地雷达在白洋淀湖底地层结构探测中的技术攻关与实践

白洋淀湖底地层调查对于白洋淀生态地质调查、湖底生态清淤及湿地生态保护具有非常重要的现实意义。为系统探明白洋淀湖底地层结构,从区域尺度对湖底地层实现完整刻画,为钻探调查提供精确的靶区数据支撑,创新了探地雷达应用范围,采用船载方式,透过水体开展了湖底地层勘查。剖析白洋淀湖底结构探地雷达勘探技术难点,分析了含底泥和不含底泥2种情形下水上勘探电磁波的传播特征和湖底原生地层的地球物理响应条件,建立了淀水+淤泥层+湖底原生地层的湖底简化结构模型。通过对比国内外主流探地雷达系统不同硬件设备的勘探能力与适应条件,优选出双皮划艇搭载50 MHz低频组合天线的工作模式,结合适用于水下电磁波弱信号提取的数据处理技术,获得了白洋淀湖底15 m深度范围的地层结构数据。结果表明,此种工作模式适用于湖区水深小于5 m的水域,原生地层电磁波整体呈现弱反射特征,湖底15 m深度范围内存在2~3组砂层反射界面。淤泥层会大大削弱湖底原生地层的电磁波反射强度。存在厚砂层的水域,电磁波会形成强反射波组,砂层展布形态刻画清晰,砂层厚度变化在0~3 m之间。本项研究实现了湖底地层结构建模分析、天线勘探模式优选、数据处理过程优化等技术集成。该技术成果为白洋淀淀区地下水与地表水三维地质建模提供了基础依据,为湖底地层钻探勘查提供了靶区支撑,有力推动了白洋淀湿地水-陆一体化探测技术方法体系的构建。

改进YOLOv5的探地雷达常见地下管线识别

针对当前探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)图像识别准确率低,且小目标识别困难等问题,本文将YOLOv5(You Only Look Once)和ConvNeXt网络相结合,提出一种适用于GPR图像的常见地下管线识别网络ConvNeXt-YOLOv5,显著提高了雷达图像中小目标的识别精度.同时,为了解决因地下管线原始信息不足而导致的模型训练精度低的问题,使用实测GPR图像、时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)与混类增强算法Mixup模拟图像构建数据集.然后,在此数据集上验证了本文所提方法对常见地下管线的识别效果,并用识别后的二维GPR B-scan图像还原出地下管线的三维图像.实验结果表明,对镀锌输水钢管、PVC管、电缆线和含水塑料瓶等常见地下管线进行识别时,ConvNeXt-YOLOv5表现出优良的识别性能.尤其是对PVC管的识别精度提升明显.与YOLOv4、YOLOv5、YOLOv7和Faster R-CNN模型相比,其平均精度均值分别提高了3.83%、2.82%、1.9%和3.72%.同时,三维探地雷达图像更直观的还原了地下管线信息.

不同勘探方法对浅层小断距隐伏断裂探测效果

采用浅层地震勘探、钻孔联合剖面勘探、槽探3种方法联合探测临汾盆地郭家庄断裂的空间位置,并研究其活动特征。结果表明,不同探测方法对断层信息的揭示存在很大差异,浅层地震勘探在探测具有一定断距的断层,同时地层存在一定物性差异的情况下能取得理想的效果,且不同的工作参数探测效果不相同;钻孔联合剖面勘探能提高对小断距断层的分辨率,但受地形及地层主观认别等因素的影响,可能会遗漏断距小、标识层薄的断层;槽探能较好地识别地表断层的微小断距,但受施工深度和施工条件影响。3种方法相结合,可以精确确定断裂的空间位置和活动特征。

堤坝蚁巢综合物探技术研究进展

通过梳理不同时期土石坝蚁巢的类型与规模,阐述了蚁巢的结构特点及成灾模式,总结了蚁巢物探的物性基础;着重介绍了直流电阻率法、探地雷达技术、地震勘探法等在蚁巢探测中的应用现状,从成果维度、探测效率、工作强度、探查精度等视角论述了探测方法的适用条件,指出现有物探技术还不能有效支撑蚁巢的高精度、高效率、立体化探测,并提出了普查-详查-治理-监控的蚁患综合物探服务架构。立足于蚁巢探查技术的客观需要,提出未来蚁巢物探技术应聚焦研制蚁巢发育阶段的1∶1病害物理模拟装置及隐患图谱,研发适应堤坝地形的蚁巢探测装备及正反演算法,构建堤坝蚁害常态化巡查体系及时移电阻率监控系统。

矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统及实验研究

煤岩界面识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一。基于高频雷达波探测技术可实现煤岩界面的随采高精度探测,但仍存在矿井超大采高(≥6 m)片帮垮落带来设备的安全风险及采高突变(采高≤2 m)时空间限制设备通过的问题。在前期工作基础上提出了一种矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统并进行了煤岩界面探测实验研究,主要内容包括:①阐述矿井节点式雷达观测系统原理,根据矿井工作面实际环境设计煤岩界面识别观测系统方案及雷达传感单元安装方式;②研究并提出节点式采集控制系统和信息交互传输设计方案,实现数据动态采集控制及存储;③针对节点式采集方式及煤岩界面雷达反射回波特征,研究提出了节点探测数据增强处理方法、煤岩界面识别算法,可有效的实现煤岩界面智能识别与追踪、煤层厚度及空间坐标解算。为验证该方法的可行性,采用多个中心频率为1.5 GHz的探地雷达传感单元进行物理模型验证实验,并对节点式数据采集和连续数据采集结果进行了对比分析,实验结果表明:节点式采集方法与连续采集方法均可有效识别出煤岩界面,与连续采集方法相比,本文提出的节点式探测方法可实现数据的快速动态重复性采集,单次采集时长控制在10 s以内,煤层厚度探测结果平均误差为1.07 cm,最大误差为1.47 cm,平均误差百分比为7.64%。本方法为矿井智能化开采中煤岩界面的动态高精度探测提供技术支撑。

往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。

基于极限梯度提升和探地雷达时频特征的水泥路面脱空识别

针对探地雷达(GPR)数据解译依赖于人工经验,存在费时费力和主观偏差的问题,提出了基于极限梯度提升(XGBoost)和GPR时频特征的水泥路面脱空识别方法。采用正演模拟、室内试验和现场试验获得了脱空病害数据源,建立含有标签的脱空GPR数据集;通过重采样方法统一GPR数据采样频率,并对预处理后的GPR数据进行时频域特征提取,建立了包含18个时域和12个频域特征的数据集。以时频域特征为输入,是否存在脱空病害为输出,采用XGBoost算法构建脱空识别模型,并与随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)算法进行对比。结果表明,模型的识别准确率排序为XGBoost(98.10%)>ANN(95.10%)>RF(93.17%),XGBoost模型识别精度最高,并能在实际路面上准确定位脱空区域。

内蒙古额济纳旗灰石山北西地区Nb多金属矿的物化探特征及找矿潜力浅析

内蒙古额济纳旗灰石山北西矿区位于塔里木板块东北缘,北部有近东西向雅干大断裂,东南侧临近北东向恩格尔乌苏大断裂。岩浆活动频繁,区域上北西、北东向断裂发育。研究区内北东向断裂构造既是主要的控岩、控矿构造,也是热液活动的主要通道;含矿岩体为上二叠统哈尔苏海组变质岩屑石英砂岩,片理化强烈,岩石普遍具绢云母化、绿泥石化,褐铁矿化、硅化较强。研究区内1:5万航磁异常展布形态与区内北东向断裂构造方向一致,局部的弱磁异常与矿化蚀变密切相关,可作为间接找矿标志;1:2.5万土壤地球化学测量结果显示,金、铌、镧各元素异常吻合好,形成了北东向异常带,具有多处浓集中心,浓度分带明显。通过对研究区所处区域地质背景、物化探异常特征及矿床地质特征进行研究,认为该区的成矿条件优越,是赋矿的有利地段,对寻找金、稀有元素铌及稀土多金属矿产具有很大的潜力。

探地雷达正演的间断伽辽金法影响因素分析

时域间断伽辽金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法具有守恒性、稳定性、高精度性和间断性等优点,现已成为一种有效的探地雷达(Ground penetrating radar, GPR)正演方法.为了提高DGTD算法的计算效率和精度,作者详细分析了数值通量、时间离散格式、单元大小与局部基函数阶次、网格剖分方式等影响因素.数值实验表明,局部Lax-Friedrichs中τ=1/2的补偿数值通量既可以消除伪解,又可以提高计算精度;在精度相同的情况下,低存储显式Runge-Kutta方案(low-storage explicit Runge-Kutta, LSERK)的稳定性条件和低存储优势要明显优于其它两种时间离散格式,尤其是在大型复杂模型和三维正演模拟中更有优势.而提高基函数的阶次或增大网格数,均可以提高其误差的收敛性,局部基函数阶次N和单元大小d与电磁波波长λ的适用关系为d/N约等于λ/15;当单元数目大致相等时,网格剖分方式对于高阶DGTD算法的影响较小,说明DGTD算法对网格具有较好的适应性.最后,采用DGTD算法对火星乌托邦平原模型进行正演,验证了基于最优参数的DGTD算法模拟精度高,可为火星乌托邦平原GPR实测数据的解译奠定理论基础.

“双一流”建设背景下研究生学风建设的价值意蕴、现实困境与策略探赜

研究生是建设新时代科技强国与创新型国家的重要后备力量,学风建设成效直接决定着研究生培养质量。推进研究生学风建设是培养高素质人力资源战略的根本保障、建设创新型科技智造国家的必然要求、加快建设我国“双一流”高校与学科的先决条件、推进改革性培养方案重构的力量支撑和预防研究生学术道德失范的思想疫苗。然而当前研究生学风建设依然存在诸多现实困境,导致研究生学风建设现状依然不容乐观,通过完善招考制度与培养方案、加强思想政治教育工作、强化导师师德师风、规范学风建设制度和营造良好学术氛围等策略构建多维度的学风建设长效机制,有望提升研究生培养质量。

岩体现场旋切触探教学实验平台研发

快速准确获取岩体力学参数是各类岩体工程加固设计与安全防护的关键,为满足岩体工程智能化的科教要求,提高学生的工程实际创新能力,该文研制了一台可自动连续监测钻孔过程的岩体现场旋切触探教学实验平台,平台由电气控制系统、液压系统、油泵传动系统、随钻监测系统和人机互动等多个系统组成。对25个岩石开展现场旋切触探试验,准确获得了扭矩、转速、钻速和压力等参数,以及扭矩、压力与每转钻进量三者之间的关系曲线,证明该设备能有效开展岩体性能原位测试,为岩体工程提供了一种勘察手段。

探地雷达对天体熔岩管探测技术类比研究

熔岩管是建立地外天体基地首选地之一。为验证探地雷达对地外天体熔岩管探测的可行性,使用400MHz探地雷达对海南海口石山火山群中的七十二洞和卧龙洞进行熔岩管探测技术类比研究。结果显示:管道上壁距离地面小于等于2m时,雷达可清晰显示上界面;当熔岩管上、下界面高度小于3m时,雷达图可观察到上、下分界面所在位置。使用遗传算法进行雷达数据反演,获得管壁介电常数,并与深度法和样品测量结果对比验证了该反演算法的可靠性。通过分析发现,样品孔隙度与介电常数存在关联性。探地雷达可有效测量地下熔岩管的内部空间信息,并用于未来月球基地建设的准备工作。

基于GPR探测的长江源地区冰川与冻土厚度研究

长江源地区的冰川变化揭示了青藏高原气候变化趋势。冰下地形探测作为冰川发育和运动过程研究的基础,对长江地区水土保持和淡水资源储量研究具有指导意义。长江科学院在长达10 a的江源科考基础上,分别于2022年、2023年采用探地雷达(GPR)技术对长江正源沱沱河发源地格拉丹东主峰的冰川厚度进行精准探测,并对查旦湿地冻土厚度上限进行了探测研究。结合多种冰川和冻土地质模型的GPR波场模拟结果,提高了GPR技术在长江源地区冰川和冻土探测的有效性和精准度。探测结果表明,格拉丹东主峰冰川厚度和查旦湿地冻土厚度上限均有不同程度降低,冰川厚度和冻土厚度上限观测是一个常年积累的结果,后续仍需持续进行观测,积累更多数据,分析变化趋势,以估算探测区域内冰储量,研究气候变化对冰川的影响效果。