钻孔地质雷达技术在水文与工程地质中的应用分析

目前,钻孔雷达技术在国外已被广泛应用于各领域,但相对于我国来说还是一种新技术。由于钻孔地质雷达可以探测到比地面地质雷达更深的地质目标体,因而可广泛应用于水文地质与工程地质领域,用来探测深部的断层、裂隙及破碎带等不良地质体。本文首先概述了目前国内外钻孔雷达在水文地质与工程地质领域的应用和研究情况;然后通过实例详细分析了该技术在实际工作中的应用效果;最后总结了钻孔雷达技术在水文地质与工程地质方面的应用优势,并指出了钻孔雷达技术现阶段存在的一些问题及其未来在我国的发展方向。

钻孔地质雷达天线收发信号数值模拟

为了解决钻孔地质雷达数值模拟中天线长度的影响,通过理论推导和数值计算研究天线中电流于电压的相互转换。对于发射的信号,首先根据激发的电压与的卷积得到天线中电流的分布,从而得到计算区域的电场;对于接收信号接收天线处的电场与卷积得到该无限小的天线电流强度,然后根据天线长度对其进行积分得到天线总电流的大小,与接收天线的负载电阻相乘即可得到该时刻接收到的电压大小。结果表明:接收信号波形与发射信号波形基本相同。证明了在考虑天线长度的前提下,根据文中算法得到的收发信号表达式是准确的。

矿用钻孔地质雷达在打通一煤矿井下的试用验证

结合国内钻孔雷达探测技术发展与应用情况,将不同天线频率的矿用钻孔雷达引入打通一煤矿211瓦斯巷进行了现场探测试用验证。探测结果表明:不同频率天线的探测结果基本一致;200 MHz天线的探测精度高于100 MHz天线的探测精度,分别可达0.15 m、0.3 m;200 MHz天线的径向探测半径小于100 MHz天线的径向探测半径,分别可达10 m、15 m。

钻孔地质雷达技术在水文与工程地质中的应用

钻孔地质雷达技术现已被广泛应用在了各项工程地质条件检测中,并取得了显著的发展成果,相对于传统雷达技术而言,该技术能够检测到更深层次的地质目标体,可以应用在断层深度剖析工作中,但是此技术在我国的发展时间较短,仍然处在较多不完善之处。为此,本文分析了钻孔地质雷达技术及其在水文与工程地质中的应用实例。

点状不良地质体钻孔雷达响应特征——围岩及充填效应正演分析

钻孔地质雷达探测是一种有效获取高分辨率深部岩体信息的井中地球物理方法。针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内点状不良地质体围岩介质和充填状况进行了雷达响应正演研究,分析了这些点状不良地质体围岩介质和充填状况对钻孔地质雷达反射信号的影响。研究结果表明,围岩与空洞内充填物的相对介电常数相对值,决定着雷达反射剖面信号的强弱对比,介电常数相对值较大时,更易确定目标地质体的前、后部界面位置,而低阻围岩的雷达波信号大部分被围岩介质吸收,通过单孔反射方法几乎不可能探测到空洞的存在。通过反射信号强度和正负相反射特性及其强弱变化,可以定性地判断空洞内填充物质的性质。

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持。

钻孔雷达与数字摄像在地质勘探中的综合应用

由于地质条件的特殊性和复杂性,利用传统的现场钻探手段来准确地评价岩体质量仍存在一系列的问题:钻探岩心提供的是一维信息,很难准确获知地质结构的空间特征以及周围岩体的地质信息;钻进过程中机械扰动导致岩芯破碎等因素也可能使得岩心不能正确反映岩体地质特征.本文将钻孔地质雷达和数字钻孔成像两种勘察方法结合起来,对钻孔孔壁以及周围岩体进行探测,获取工程场址的地质信息,快速评估所关心区域是否存在不良地质体等工程隐患.介绍了钻孔雷达与数字摄像综合勘察技术的定义、应用范围和研究内容,通过工程应用实例分析,证明该勘察方法能有效地发挥两种勘察技术的各自特点,结合两者的数据信息,能更好地对钻孔周围的岩体地质特征进行描述,并进行岩体完整性评价.

面状不良地质体钻孔雷达响应特征及正演研究

依据钻孔地质雷达探测工作中常见的面状不良地质体,利用几何-物理模型分析方法,推导了面状不良地质体的钻孔雷达反射波的传播距离和双程走时公式,研究了不同倾角、不同收发天线距的面状地质体的雷达反射截面特征,分析了面状地质体反射截面倾角随节理裂隙倾角的变化关系,以及钻孔雷达天线收发间距对雷达波传播距离变化的影响。同时,还利用时域有限差分(FDTD)数值模拟方法,对不同宽度的面状不良地质体进行了雷达响应正演研究,为钻孔雷达在岩体工程勘察中的应用及数据解译提供了直观的感性认识和丰富的判读基础。研究钻孔雷达电磁波波在各种地质条件下的传播,对于提高勘察效果和地质解译的准确性具有重要意义。

综合物探技术在工作面高精度地质建模中 的研究与应用

建立工作面高精度地质模型是实现智能开采的基础,通过综合物探技术对工作面内煤层顶底板高程和隐伏构造展布情况进行全面探测,可为地质模型提供基础数据。以国家能源集团金凤煤矿011815工作面为研究对象,在工作面两巷按照间隔50 m、孔深80 m,垂直煤壁顺煤层方向施工钻孔30个,通过钻孔地质雷达剖面结合钻孔测斜和自然伽马测井数据进行钻孔轨迹上的煤层界面预测。将所测煤层顶底板数据与三维地震数据融合并进行高分辨的地质统计学反演,精细地刻画整个工作面范围内的煤层厚度及其顶底板岩性。在隐伏构造探查方面,以槽波地震透射+反射联合勘探所解释的构造异常为基础,依据地质雷达钻孔的自然伽马测井成果,推测钻孔钻进方向上的岩性变化,并通过钻孔测斜数据准确定位断层位置,实现对槽波异常区的精细解释,确定了工作面内隐伏断层的延展方向和落差情况。工作面回采后对模型进行了精度验证,工作面开切眼长度300 m,施工测量点20个,将实测剖面与模型剖面对比发现,地质模型预测的煤层底板高程最小误差0.061 m,平均误差0.503 m;模型煤厚最小误差0.040 m,平均误差0.242 m。基于工程实践结果表明:采用综合物探技术能够提供高精度的煤层界面和隐伏构造数据,是构建工作面高精度地质模型的重要技术手段。

地下深部灰岩岩石特性的单孔雷达反射研究

灰岩中岩溶和裂隙发育规律研究是研究陷落柱发育规律的基础。研究结果表明在单孔雷达反射图像上，岩溶和裂隙反映清晰，单孔雷达反射法用于灰岩岩石特性研究效果显著。该研究成果填补了国内灰岩岩石特性的单孔雷达反射研究的空白。

综合物探方法在磁铁矿山巷道水害超前探测的应用

针对矿体和含水层的分布特征以及现场施工条件开展巷道综合性地球物理超前探测研究,可确保井巷安全掘进和矿山安全开采。分别基于瞬变电磁法、TSP超前预报、钻孔地质雷达开展巷道超前探测,综合解析掌子面前方不良地质情况,同时验证各项技术的适用性。结果表明:综合物探技术在试验巷道掌子面前方准确探测出强含水性的断层破碎带及次级破碎带或裂隙。瞬变电磁法和钻孔地质雷达对含水体敏感;瞬变电磁法能确定产状位置,但是存在浅部盲区;TSP超前预报对弹性分界面判断效果较好。

电磁波速度层析成像技术用于探测地下深部岩层特性研究

本文阐述了电磁波速度层析成像的原理、资料处理及解释， 利用钻孔地质雷达将该方法运用到地下深部灰岩裂隙带和水流通道探测中， 其效果显著。

引水发电隧洞物探综合检测方法与应用

水电工程引水发电隧洞在建设过程中由于施工或地质原因,可能存在混凝土衬砌与围岩脱空、开挖爆破松动以及隧洞开挖时围岩崩塌等问题,查明以上工程缺陷及地质条件是勘测工作者必须面对的课题。本文针对引水发电隧洞施工过程中常遇到的这些问题,通过对某些工程引水隧洞进行物探检测的应用实例,介绍了运用声波反射法、超声波法和钻孔地质雷达法对引水隧洞工程缺陷和工程地质条件进行物探综合检测的原理和方法。