隧道地质预报中的瞬变电磁视纵向电导解释方法研究

瞬变电磁隧道超前地质预报最常用到的成果解释图为视电阻率等值线图,但由于视纵向电导相对于视电阻率等值线图具有更好的电性界面识别特征,因此,研究隧道超前地质预报中的瞬变电磁视纵向电导解释方法就显得很有意义。通过建立在全空间条件下的等效导电平面法来计算视纵向电导参数,并且详细阐述了视纵向电导曲线及其一次、二次微分曲线之间的关系。然后,通过建立隧道正演夹层模型和实际应用实例对视纵向电导的解释特点和效果进行较为全面的分析研究,并深入讨论了视电阻率等值线图与视纵向电导二次微分成像联合解释方法。最后,总结和归纳出视纵向电导在瞬变电磁超前地质预报解释中的一些方法特点和规律,以此指导瞬变电磁法在隧道内的超前地质预报工作,不断提高瞬变电磁隧道超前地质预报的精度及准确度。     

瞬变电磁法二维正演数值模拟及在工程勘察中的应用效果分析

工程勘察中,岩溶以及地层脱空给工程安全带来严重安全隐患,应用钻探手段查明此类地质问题代价较大,此时应用经济有效的地球物理技术探测地下地质异常体,可以在节约成本的同时达到解决地质问题的目的。本文首先通过2-D瞬变电磁正演模拟,分析正演模拟结果,然后结合地质钻探结果,分析瞬变电磁法在探测岩溶及地层脱空等地质问题的应用效果。结果表明,瞬变电磁法可以有效地探测岩溶及地层脱空等地质问题,适合作为工程勘察辅助手段加以应用。     

隧道掌子面前方低阻夹层的瞬变电磁探测研究

 实践表明,隧道掌子面前方含水、充泥等不良地质体对隧道施工构成潜在的危险和障碍,严重影响隧道施工速度。由于瞬变电磁法对低阻体反应灵敏,在进行瞬变电磁隧道超前地质预报时,这些含水、充泥等不良地质体通常又可以近似当成一种低阻夹层来处理,因此,利用瞬变电磁法对掌子面前方低阻夹层的探测研究就显得很有意义。采用建立在全空间理论上的瞬变电磁等效导电平面法,利用遗传算法进行计算,并结合视纵向电导及其微分成像对隧道掌子面前方低阻夹层展开相应的正演模拟及应用研究,重点讨论视纵向电导微分成像的电性界面响应特点及其与视电阻率断面等值线联合解释方法,总结出相应的结论和规律,以此来指导瞬变电磁法在隧道内的超前地质预报工作,不断提高瞬变电磁探测的精度及准确度。     

隧道含水构造三维瞬变电磁场响应特征及突水灾害源预报研究

针对隧道含水构造的瞬变电磁场响应特征和隧道突水灾害瞬变电磁探测与预报问题进行了两方面的研究:第一,采用时域有限差分法实现了针对任意复杂模型瞬变电磁探测的三维正演,完成了隧道含水构造瞬变电磁场响应的三维建模,并针对典型含水构造进行了响应特征分析;第二,提出了隧道突水灾害瞬变电磁三维多分量阵列式探测方法,并就其解释技术进行了探索。具体研究内容如下:(1)地面和航空瞬变电磁的三维正反演技术在欧美、澳洲等发达国家已经开始应用于工业生产,然而,隧道内的瞬变电磁探测存在一个复杂的伪均匀全空间环境,现有的正演技术均不适用于隧道内的瞬变电磁探测,其主要原因是采用现有方法对隧道探测施加激励源存在难度。针对这一问题,同时考虑有源和无源区域的Maxwell方程组,引入激励源电流密度项到安培定理中,从而实现回线激励源的注入。理论上,这种施加激励源的方法适用于任意复杂的三维模型,但其缺点是增加了计算成本。为了提高计算效率,采用了CPU+GPU异构并行计算方案。为了验证所给出的新激励源施加方法的正确性,首先采用均匀半空间模型解析解与三维FDTD解进行对比,结果显示衰减曲线误差小于5%,视电阻率误差小于3.5%;然后采用四类三层模型(A,H,K,Q)的线性数字滤波解与三维FDTD计算结果进行对比;之后采用均匀半空间包含低阻块体的模型进行计算并与相关研究中的FDTD解和积分方程解进行对比。以地面验证的理论为基础,针对隧道探测进行了专门改进,提出了隧道超前探测瞬变电磁三维正演建模方法,针对直立断层、倾斜断层、充水溶洞等隧道开挖过程中可能遇到的典型含水构造进行了正演模拟,考察了含水构造与掌子面的距离、含水构造规模、含水构造与背景围岩电阻率差异等参数对瞬变电磁响应的影响,得到了部分典型含水构造的瞬变电磁响应特征。针对TBM开挖的隧道,计算和分析了TBM机对瞬变电磁超前探测的影响规律,为隧道瞬变电磁超前地质预报用于TBM施工的隧道进行了数值的探索。分析数值算例后,新发现隧道超前地质预报中尚未采用的水平感应电动势响应对含水构造具有明显的反应,对于判识大规模含水构造具有重要作用。(2)现有的隧道瞬变电磁超前探测一般采用中心回线的方式并在掌子面布置1条测线,得到电阻率断面的二维分布,对含水构造的空间形态与分布规律反映较差。借鉴地面大回线中心装置的工作方式,提出了隧道突水灾害瞬变电磁三维多分量阵列式探测方法,给出了详细的装置布置形式与观测方法。以一维瞬变电磁基本理论为基础,研究了小回线半径下瞬变电磁回线内带偏移距观测点的水平和垂直磁场频率域响应中双重贝塞尔函数强振荡型积分的计算方法,以中心点频率域响应多项式为基函数,定义多项式形式的带偏移距观测点频率域响应表达式,通过最小二乘拟合获得多项式系数。将得到的频率域响应方程按照反傅里叶变换转换到时间域,得到瞬变电磁回线内带偏移距观测点水平和垂直感应电动势响应的时间域方程,在瞬变电磁场晚期近似条件下,给出了与隧道多点阵列式探测方法配套的水平和垂直感应电动势响应晚期视电阻率公式,从而使隧道多分量阵列式瞬变电磁探测采集的数据能够转换为视电阻率图像进行解释。以层状地层的横向和纵向电阻率合成方法给出了综合利用水平和垂直响应的电阻率矢量合成方法。采用均匀半空间模型和四类三层模型(A,H,K,Q)进行对比验证,并采用现场实测数据进行分析,结果得到了钻孔验证。上述两部分研究工作为瞬变电磁正演理论提供了研究基础,尤其是隧道突水灾害瞬变电磁探测的响应特征研究提供了基础。建立的隧道三维探测方法能够获得三维数据体,连同正演理论为进一步的三维反演提供了研究基础。     

等值反磁通瞬变电磁法在成都市地下空间资源地质调查中的应用

成都市钙芒硝、富水砂砾卵石层等不良岩土体以及隐伏断裂构造对地下空间的利用形成严重制约。据现有钻孔资料显示钙芒硝层多分布在30～150m深度、砂砾卵石层多分布在10～100m深度,属于等值反磁通瞬变电磁法的有效探测范围。首先对城区电磁干扰源进行了调查,总结了提高数据采集质量的具体措施;然后布置了过已知钻孔的等值反磁通瞬变电磁法试验剖面,过井剖面反演视电阻率值与不同深度的测井视电阻率值吻合较好,说明反演初始模型参数选取正确,定量反演精度较高;最后布置了三条等值反磁通瞬变电磁法试验剖面,试验结果表明等值反磁通瞬变电磁法结合钻探和其它物探手段,能有效划分出不良地质体的分布范围和对隐伏断裂进行识别。     

基于场路耦合的隧道瞬变电磁超前探测正演与工程应用

 瞬变电磁正演计算几乎全部采用均匀半空间的解析解作为初始条件加入,这对于存在解析解的情况下是可行的,然而,进行隧道超前探测时,由于处在全空间中并且存在已开挖洞体的影响,使用均匀全空间的解析解作为初始条件并不适用。从麦克斯韦方程组出发,在三维瞬态涡流场方程和电路方程的基础上,建立基于A法(矢量磁位法)的瞬变电磁场路耦合模型。通过节点法进行时间离散,建立迦辽金格式的时间离散方程,实现独立电压源激励下的瞬变电磁三维正演,使瞬变电磁法的三维正演更接近实际的观测过程。应用场路耦合方法进行瞬变电磁“烟圈效应”的数值计算,其结果与解析值对比表明正演结果与实际相符。以青岛胶州湾海底隧道为例分别建立考虑海水影响和不考虑海水影响的瞬变电磁超前探测模型,应用场路耦合的方法进行三维正演模拟,得到隧道上方海水体对瞬变电磁探测的影响。     

岩溶隧道瞬变电磁响应数值模拟及应用

利用ANSYS软件,对岩溶隧道的瞬变电磁法超前地质预报进行了模拟计算,表明瞬变电磁法对岩溶体敏感,验证了瞬变电磁法超前预报的可行性,与工程应用结合,可为现场数据的解译工作提供理论依据。     

一种隧道水体不良地质体超前地质预报方法--瞬变电磁法

本文在现有隧道超前地质预报方法的基础上,引进了一种新的隧道超前地质预报的方法—瞬变电磁法。该法对低阻含水断层、充泥充水溶洞、含水含泥破碎带等水体不良地质体反映灵敏。通过对瞬变电磁法在隧道探测中关键技术的研究,解决了隧道背景影响和装置自身过渡过程影响等关键技术问题,成功地将瞬变电磁法用于隧道超前地质预报。通过对实例验证结果表明,应用瞬变电磁法进行隧道水体不良地质体超前地质预报是有效的。     

瞬变电磁法及其在深部找矿中的应用

简述了瞬变电磁法及其在深部找矿中的应用,介绍了瞬变电磁法概念、瞬变电磁法原理、瞬变电磁测深法所采用的装置形式、及瞬变电磁法的优点,选择了加拿大奇瑟尔北(ChiselNorth)锌铜矿床和广西大厂老矿区为实例进行验证。     

瞬变电磁法数据滤波方法对比研究

瞬变电磁法在煤矿地质调查中应用广泛,它是利用二次场来探测地质体的一种方法。在各种噪声的影响下,地质目标的瞬变电磁响应(二次场信号)被淹没在噪声之中,直接影响了瞬变电磁信号的质量以及后期的数据处理和视电阻率的计算等。本文在实例研究的基础上,分析对比了瞬变电磁数据处理中常用的多项式滤波、三点滤波、无相移滤波和卡尔曼滤波方法对所探测地质体的数据处理效果,研究结果表明,多项式滤波、三点滤波和无相移滤波具有相似的数据处理效果,均能够很好地反映地层的产状特征,而三点滤波和无相移滤波能较好地反映较小地质体和断层,表现出了良好的空间分辨效果。     

ASTER遥感数据在云南大平掌铜矿外围勘查中的应用

研究区地处西南三江成矿带南段,是寻找铜多金属矿产的潜力地区。为在大平掌铜矿区外围寻找具有类似成矿地质背景的远景区域,从遥感地质的角度上,利用ASD Field Spec 3便携式光谱辐射计对区内与矿化密切相关的硅化、绿泥石化、褐铁矿化等蚀变信息进行波谱信息采集,基于实测波谱反射曲线采用光谱角分类法对ASTER数据提取各类遥感矿化蚀变信息。结合遥感地质解译成果和地质矿产资料进行找矿信息分析,为该区矿产勘查提供遥感支撑。     

综合物探方法在青海祁漫塔格浅覆盖区铁多金属矿区深部找矿中的应用研究——以野马泉矿区为例

祁漫塔格成矿带上的许多矿床位于山前覆盖区,地质和化探手段受到限制,以往找矿工作中以磁法寻找铁多金属矿产为主,弱磁异常区段的成矿潜力尚未进行研究。野马泉矿区是该成矿带上典型的矽卡岩铁多金属矿床,经过多年找矿工作后,磁异常已经评价完毕。为研究深边部,尤其是弱磁异常区的成矿潜力,近年来在该矿区开展了重力和广域电磁法联合方法,成功追索了矽卡岩型多金属矿带的深部延伸情况,综合物探方法在野马泉矿区深边部找矿中发挥了重要指导作用,表明地球物理探测方法在覆盖区深部找矿过程中具有明显的优势,为祁漫塔格成矿带覆盖区深边部找矿工作提供了成功经验。     

航磁与Srtm_DEM数据在小兴安岭覆盖区火山构造解译中的应用——以伊春市北部八家子地区为例

黑龙江省小兴安岭地区多金属矿产资源丰富,多与区域火山—岩浆活动密切相关,火山机构的精准、快速定位对区域矿产勘查具有重要意义,而小兴安岭地区基岩出露条件较差,文章尝试性地将航空磁力测量资料和数字高程模型(Srtm_DEM)数据相结合,在研究区内八家子地区解译出一火山机构及多组断裂构造,该成果丰富了该区地质信息;在覆盖区利用航磁和Srtm_DEM数据进行火山机构和断裂构造解译具有独特的优越性,能为区域寻找与次火山岩相关多金属矿产提供参考。     

秘鲁Chiclayo东部复式花岗岩基与IOCG矿床地质特征

秘鲁-智利海岸基岩带是全球著名的IOCG成矿带,成矿地质条件十分优越,发育大量富铁的铜金多金属矿床。为进一步查明秘鲁Chiclayo东部Gallinazo复式花岗岩基及与之有关的IOCG铜金多金属矿床地质特征,文章在总结分析前人成果资料的基础上,结合遥感图像解译分析,开展了野外地质调查、剖面测量、测试分析、综合研究等工作。结果表明该复式花岗岩基是一个由不同期次侵位、不同构造叠加的大型花岗岩基穹隆构造,为白垩纪侵位的一套基性－中酸性的钙碱性系列侵入岩,其周边矿化带集中分布,矿种及矿化类型较多。同时,总结出IOCG矿床找矿模型,为该区进行基础地质研究和找矿勘查等工作均具有重要的参考指导作用。     

豫西崤山矿集区薄脉型金银矿床地质特征及找矿远景

崤山矿集区是豫西金银多金属矿的重要成矿和主要找矿潜力区。为了解该地区薄脉型金银矿床地质特征及找矿前景,为区域及深部找矿提供借鉴,本文在研究区域成矿地质背景的基础上,对寺家沟-胡沟、东岔-宽平、申家窑深部3个典型矿床地质特征进行总结,3个矿床均属于薄脉型构造破碎蚀变岩型,矿体严格受构造破碎带控制,赋矿岩层为太华群中的高级造山变质岩和变质TTG岩系,金、银以独立矿物形式存在。通过对崤山、小秦岭、熊耳山3个地体进行对比研究,结合区域航磁和重磁解译等综合分析,认为崤山整体剥蚀程度较浅。通过进一步的探测工作,深部应存在隐伏的金银多金属矿床,该区具有发现大型乃至特大型薄脉型矿床的潜力。该文在概述区域成矿地质背景的基础上,阐述了典型矿床的地质特征,并对矿床成因进行了探讨。研究认为该地区薄脉型金-银多金属矿床为构造蚀变岩型,属中低温热液成因,并指出了该地区深部找矿远景。     

河南宅延多金属矿磁异常区找矿前景

豫西宅延M-158航磁异常历经多次查证,找矿均未取得实质性进展。本文从航磁异常、地磁异常、重力异常、激电异常特征及该区最新地质成果等方面对前人工作成果进行分析总结,结合邻近老里湾、中河大型银矿区找矿成果,认为宅延磁异常可能为银、铅、锌及铁磁性矿物等多金属矿引起的综合异常,圈出了2处铅锌找矿靶区,为该区最终取得找矿突破提供了必要的地质地球物理依据。     

湖南铜山岭矿区地质特征及边部找矿前景分析

在综合研究区域地质背景、矿区地质特征的基础上,结合最近开展边部勘查工作取得成果,总结找矿经验。分析铜山岭边部地区隐伏花岗闪长岩体顶板变化形态与成矿关系,矿床地质特征,岩(矿)石特征,围岩蚀变特征;总结岩体接触带矽卡岩型铜铅锌银钨多金属矿体成矿规律以及重要矿种分布规律;进行边部地区找矿前景分析,提出找矿主攻矿种及方向,预测了一个钨钼铋矿种找矿靶区和一个铜铅锌银矿种找矿靶区,为下一步找矿提供指导。     

AMT资料定量解释的分段校正法

目前AMT法被广泛应用于矿产勘查和工程勘查中,但对其资料的定量解释往往较难。AMT推断解释成果与实际情况存在较大误差,这样对下一步的钻孔设计提供不了可靠资料,使得钻孔设计达不到预定目的或造成过多的资金浪费。文章通过对AMT法工作原理的理论推导,提出了对AMT成果资料应进行分段校正的观点,结合勘查实例,着重介绍了该技术的应用方法。通过在未知剖面上的验证,证明了经此方法校正后的AMT反演资料与钻探资料具有较好的吻合度。     

综合品位指标在多金属矿勘查中的应用——以广西南丹黑水沟-大树脚矿段锌多金属矿为例

我国低品位的多金属矿床较多,单独开发其中的任何一种矿产都可能不具有经济意义,但通过论证综合品位指标对共伴生矿产进行综合勘查,就可能具有经济开发意义。为了充分合理地综合勘查共生、伴生矿产,文章分析了矿床工业指标的构成要素及其选取条件,以广西南丹矿黑水沟-大树脚矿段锌多金属矿为例,提出了四套不同的工业指标方案,论证了综合品位指标,并圈出了矿体,估算了矿产资源量。通过对比分析可以看出,确定合理的最低综合品位指标要全面考虑矿体特征、选矿回收率、开采的经济效益等因素。采用最低综合品位指标圈矿有利于我国共伴生矿产的综合勘查评价、综合开发利用,有利于估算可靠的资源量,对矿产资源评价有重要的作用。     

“西气东输”线路勘察中的反射波法及其应用效果

反射波法地震勘探以其采集丰富的地下信息、高分辨率等诸多优点在工程勘察中得到广泛应用。该文结合"西气东输"线路勘察的工程实例,介绍了地震反射波法方法原理与技术,着重突出数据处理的重要性;分析对比了不同参数与方法对处理剖面的影响,确定了地震反射波法资料处理的主要方法和基本流程,特别加强对各CMP道集的速度分析,得到清晰的反射剖面,并给出了综合地层和速度的反射波解释剖面,为工程可行性研究和设计工作提供详细的地质资料和设计参数,取得了良好的勘探效果。