借线遥控电极阵列是一种新型供电—观测电极阵列,它借助常规电法勘探的供电导线和测量导线载波传送信号,遥控各导线与其链接的系列编码电极开关,从而有序地开展供电和测量。这种阵列的电极点距可灵活改变,供电电极间距可逐渐遥控扩大,实现了梯度测深阵列化测量。借线遥控器可以与单道电测仪、多测道电法仪、高密度电法仪等配合使用,组合后电极的阵列能更有效地开展二维/三维电法勘探。应用实例表明,与传统探测方式或高密度方式相比较,借线遥控电极及其组合阵列在矿产、岩溶等复杂地形地质条件下展现出高效率和高灵活性,拓展了电法勘探深部探测应用技术体系,具有推广价值和应用前景。
海洋可控源电磁(marine controlled-source electromagnetic, MCSEM)探测方法通过揭示海底以下的电性差异来探测油气和天然气水合物等资源,以及深部地质构造。不同的激发频率对应不同的探测深度,为了更好地对海底以下目标进行电性成像,本文开展了海洋可控源电磁的任意频率波形产生技术的研究,用于灵活改变激发频率,提升勘探效果和效率。本论文基于直接数字频率合成(DDS)芯片AD9833,通过单片机和复杂可编程逻辑器件(CPLD)联合调控,可以在海洋可控源电磁探测中发射0~100 Hz的步进0.01 Hz的任意单频驱动信号,实现了有限精度任意频率波形的产生。最后对测试技术指标进行分析后得出,任意频率波形产生技术可以有效提高MCSEM的频谱适应性和灵活性。
地磁场是空间中的矢量场,传统海洋磁力测量以地磁总场强度测量为主,丰富的地磁矢量场信息未能被充分获取和利用。鉴于当前现状,研制了海上拖曳式地磁矢量测量系统,该测量系统可应用于海上动态条件下,并最终测量获得地理坐标系下的地磁矢量场信息。对该测量系统开展了海上测量试验,完成了网格测线和重复线测量;海上实测数据经预处理后,重复线内符合精度优于6.7 nT、交叉点内符合精度优于6 nT,表明该测量系统初步具备了海上地磁矢量场测量的能力,可应用于近海或远海的地磁场测量任务,获得更加丰富的地磁场信息。
为进一步降低电磁探测系统中电场传感器的极差漂移与本底噪声,提升电场测量精度,本文通过研究极差漂移和本底噪声的产生机理,明确了电场传感器的设计需求,攻克了基于Ag-AgCl体系的石墨烯基稳定电解质凝胶制备工艺,优化设计了基于高分子微孔隔膜的多仓式、多触角电极结构,研制了低极差漂移、低噪声的石墨烯基电场传感器。该传感器利用石墨烯的离子保持能力,结合反应区、过渡区、缓冲区3区分立的多仓式结构,减缓了内部离子扩散速率,从而降低了因离子浓度变化而引起的极差漂移。利用石墨烯的导电能力降低了电场传感器的内阻,通过多触角增强与大地的接触,降低了电场传感器的接触电阻,从而降低了电场传感器的本底噪声。所研制的石墨烯基电场传感器极差漂移不超过20 μV/24 h,本底噪声不高于25 nV/ H z。在黑龙江多宝山地区开展了24小时野外大地电磁探测试验,获取了0.000 125~320 Hz频段的高质量电场数据,视电阻率相位曲线与商用电极测量结果一致,验证了石墨烯基电场传感器的野外工作有效性。
针对当前日益增长的大规模野外地震采集需求,综合考虑仪器的功能性、经济性与部署便捷性,研发一种基于MEMS传感器的低成本多功能节点式旋转地震仪RBWL。仪器采用低成本、低功耗的MEMS传感器进行三分量平动(Tx、Ty、Tz)以及三分量旋转(Rx、Ry、Rz)进行地震信号采集。为降低环境因素对测量的影响,系统自动记录温度、姿态等实时信息,并对测量结果进行相应补偿校正。为实现采集节点的实时监控与数据传输,系统集成了基于4G—云端—客户端的数据传输链路,经实测最大数据传输速率可达100 Mbps。通过开展H/V谱比的实验,不仅验证了仪器系统功能与主要性能参数,而且证明了其在工程物探中的应用效果。
为改善浅层工程勘查中小回线瞬变电磁系统存在的设备质量过大、收发互感严重及人力需求高等问题,本研究基于等值反磁通瞬变电磁原理,计算了广义等值反磁通天线装置的磁场分布,设计制作了高效、便携天线并配套了相应系统。后续野外试验表明,该便携式等值反磁通瞬变电磁系统在确保勘探精度的同时,有效削弱了收发天线互感现象,显著减轻了人力需求,提高了勘查效率,初步验证了系统的可行性,为小型化浅层勘查设备的发展提供了新的技术路线。
在过去的20年里,高灵敏度环形激光陀螺展示了旋转观测数据在全球地震学中的潜力,而商用光纤三分量旋转地震仪的出现也预示着旋转地震学的发展进入了新的阶段。高灵敏度便携光纤旋转地震仪的场地实验在我国起步稍晚,但其相关的数据分析研究工作已经在国外取得了一定的进展。本文详细介绍了一次主动源和一次天然地震的六分量(6C,平移运动三分量和旋转运动三分量)联合共址观测实验,内容涵盖了实验方案、实施步骤以及后续数据分析。同时,对比分析了实验的相似性和差异性,揭示了可能影响实验结果的主要因素。光纤旋转地震仪与传统地震计需固定在同一块刚性面板上来保证接收信号的一致性,良好的地面耦合以及进行掩埋处理更容易得到高质量的实验数据。同时,实验结果也表明,水体的存在会影响面波表现和P波清晰度等。这些发现不仅丰富了地震旋转观测实验的实践经验,也可为未来旋转观测实验设计提供参考,帮助更好地完成实验,获得更高质量的数据。在数据应用上,本文优化了预处理方案,该方案将主动源两测点后方位角计算精度分别提高了58.8°和50°,被动源两测点的后方位角计算精度分别提高了24.1°和29.4°,证实了该优化方案的可行性。单台六分量的数据应用也表明额外的旋转分量观测可以带来更多的地震波场信息,引入旋转观测可以提高中国目前庞大的地震观测数据的利用率。光纤旋转地震仪拓宽了地震监测领域的技术边界,也为地震学的研究注入了新的活力,为未来地震学的研究开辟出新的可能。
自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)搭载磁力仪开展水下目标磁异常探测,可进行长时间、大范围连续采样,具有隐蔽、高效、实用性高、应用范围广泛、机动性强、续航能力强的优势。为提升其测量精度,需要用海底同步观测的磁场数据作为参考,以抵消磁场环境噪声。为此,开发海底光泵磁力仪,为AUV磁异常探测数据处理提供参考。海底光泵磁力仪由磁场测量单元和水声释放单元组成,具备海底磁总场高精度自容采集、海底水声释放回收能力。磁场测量单元由光泵探头、电子学单元、计数器、电池包、尼龙承压舱等组成;水声释放单元由水声换能器、水声通讯板、电腐蚀脱钩器、水泥块、浮力块、框架等组成。重点解决了小型化、自容采集、水声通讯等技术难题。2022年于青岛近海海域开展磁异常探测试验,测试结果验证了海底光泵磁力仪的海底磁场自容采集、释放回收功能,为水下目标探测提供了有效参考数据。
高放废物地质处置地下实验室是验证潜在处置库场址安全性和适宜性,以及开发处置技术的关键设施,其在潜在处置库的选址和系统设计、处置工程理论与技术研发、安全与特性评价、全尺度现场试验和现场示范等方面都起到了不可替代的作用。本文着重介绍了地下实验室的定义、分类和功能,并对国内外已有的主要地下实验室进行了归类,即地下实验室一般可分为普通地下实验室(第一代)和特定场址地下实验室(第二代)。随着我国处置库选址工作从全国筛选、区域筛选、地段筛选,进入到场址筛选及评价、地下实验室建设阶段,在总结国内外主要经验的基础上,我们于2010年和2014年分别提出了“特定场址地下实验室”和“第三代地下实验室”的概念,并建立了首座高放废物地质处置地下实验室“北山地下实验室”,也是世界上第一座特定场区地下实验室。笔者对该实验室的选址历程、规划、定位和功能,以及在建设过程中主要科研试验内容的功能和主要开展的现场试验进行了介绍,为下一步的处置库的选址和研发提供指导意见。
高放废物北山地下实验室紧邻的河西走廊和北祁连地区地震环境复杂、强震多发,而地下实验室作为由三竖井+螺旋斜坡道构成的复杂地下结构,具有明显的大尺度空间分布特征,研究地下实验室地下结构群的地震反应特征,对于后期场址的地壳稳定性评价工作具有重要的工程意义。本文根据地下实验室的设计和已有的围岩物理、力学参数,建立了岩体—地下结构体系精细化三维有限元计算模型,开展了关键断裂对地下实验室近场地震安全性影响研究。结果表明:传统的地震动衰减关系难以考虑近场可能存在的有限断层效应、破裂方向性效应和上盘效应等近场震源效应,采用随机有限断层法可以有效地考虑上述近场地震动特性;目标场址场地类型为花岗岩硬基岩场地,近场发震断裂引起的地震动传到场址的反应谱中高频部分发育明显;因地下实验室的非规则结构引起的地下硐室群地震动反应表现出明显的空间变异性,岩体软化带对应地表峰值加速度富集明显,工程中应规避此区域。本次研究为将来高放废物处置库的选址和场址评价提供了地震安全分析方面的依据。
地下水动态监测为高放废物地质处置候选场址的安全评价提供了关键基础数据,但研究发现实际的监测数据中存在较多异常值,严重干扰了对动态过程的准确判断。因此,亟须建立一种高效的方法对异常值进行准确识别。本文基于局部加权回归的时间序列分解和最小协方差行列式方法构建了地下水位异常值检测组合模型,使最小协方差行列式方法可以在更独立的残差项中进行异常值检测。结果表明,构建的组合模型相较于最小协方差行列式方法的单一模型,其对异常数据具有更好的敏感性和检测精度;并进一步确定了组合模型的阈值应接近实际的异常值比例,以获取最佳的检测效果;此外,根据新场地段BSQ01、BSQ25、BS35、BS26钻孔的水位数据对组合模型的适用性进行验证,表明其能够准确识别出混淆于大量正常水位数据中的异常值,同时也适用于不同类型异常事件的检测。
高放废物处置库运行后,近场围岩将长期处于热—水—力耦合环境中,其力学及渗透特性对处置库性能评价至关重要。我国高放处置库北山预选区围岩是典型的稀疏裂隙花岗岩体,含裂隙花岗岩的蠕变特性直接关系着处置库的长期安全性能。为此,首先通过水射流和线切割技术、裂隙表面封堵和岩样端部组合密封,解决了热—水—力耦合三轴试验中含裂隙花岗岩样品的制备和密封难题。在此基础上,开展了分级加载三轴蠕变试验。试验结果表明:在多场耦合条件下,含裂隙花岗岩三轴蠕变强度约为三轴强度的80%,蠕变变形随轴向荷载水平的升高而增大,且横向蠕变比轴向蠕变更明显;对应岩样的压密段和裂纹扩展段,轴向应变率和渗透率均呈现先减小后增大的趋势;渗透压差相等时,裂隙内部较大的渗透水压会导致岩样峰值强度降低,并产生更大的横向蠕变变形。该成果为处置库选址和围岩评价、处置库工程设计和建设提供了科学保障。
岩体适宜性评价是高放废物处置库选址和设计的核心内容之一,以判断场址岩体是否满足处置库长期包容和隔离核素的功能要求。在已提出的场址尺度QHLW岩体适宜性评价方法的基础上,本文进一步发展了处置巷道尺度岩体适宜评价准则,建立了“预评价+最终评价”两阶段的评价体系。同时,结合芬兰高放废物处置ONKALO地下实验室场址示范巷道1(DT1)揭露的地质水文信息,对处置巷道尺度两个阶段的评级标准体系进行测试和验证。对比分析优化QHLW获得的适宜性评价结果与芬兰RSC岩体适宜性评价方法定性评价结果,发现两种方法得出的评价结果基本一致,验证了处置巷道尺度岩体适宜性评价方法的可行性。
界定处置单元与导水裂隙的安全避让距离是评价高放废物处置库场址适宜性的重要基础,也是设计高放废物处置库的关键内容之一。本文以北山地下实验室所在的新场场址作为高放废物处置库的参考场址,采用国际通用的安全评价软件GoldSim,建立了处置库关闭后放射性核素迁移的计算模型,并利用蒙特卡罗随机模拟方法初步分析了处置单元与完整围岩中导水裂隙的安全避让距离。 结果表明,在现有场址认识条件下(研究区80%的花岗岩岩体渗透系数小于1.0×10-9 m/s),当导水裂隙渗透系数设为1.0×10-6 m/s时,其与处置单元的安全避让距离不大于0.5 m;场址花岗岩围岩渗透系数越小,对应的安全避让距离相应越小。处置单元对导水裂隙安全避让距离的研究结果可为高放废物处置库选址及其设计提供参考。
北山地下实验室建设项目是我国“十三五”规划的重点项目,在地下实验室建设和运行期间,开展的现场试验将产生大规模科研数据,为确保数据的完整性、可靠性、真实性和可追溯性,同时确保科研人员能够便捷、高效地管理和利用各类数据,有必要研发一套专门针对地下实验室科研数据的动态管理系统,为处置工程技术研发和安全评价等各项工作提供数据支撑和决策依据。本文介绍了北山地下实验室科研数据动态管理系统的研发背景和总体需求,提出总体设计方案,并全面介绍了系统功能架构和内容。该系统主要由系统管理、系统状态管理、基础数据管理、元数据管理、试验信息化管理、试验数据管理、数据质量管理和数据可视化等功能模块组成,目前已初步应用于北山地下实验室现场试验流程管理及数据管理中,取得了良好的效果。
通过地表地质调查、地球物理测量、钻孔勘察、三维地质建模等手段对沙枣园地段深部地质环境进行研究,初步查明了沙枣园地段的岩性和构造空间展布、深部岩石完整性及工程地质等特征。得出如下认识:沙枣园地段花岗岩岩体地表出露面积大,岩性相对均一,其主体为沙枣园超单元的黑云母花岗闪长岩,出露面积约330 km2,岩体外倾,且埋深大于2 km;主要发育NNW向、近SN向和NE向3组共12条断裂,倾角较陡,这些断层均通过岩体;岩体深部裂隙发育,大多为陡倾角,且被方解石和黏土等矿物充填;在该地段初步圈定2个以上有利岩块,可用作高放废物处置库的潜在候选场址。通过研究证实,沙枣园地段具备筛选高放废物处置库的有利地质条件。
伊敏组煤系地层发育、埋藏浅且赋存稳定,煤炭资源丰富,适宜露天开采,为了查明伊敏组煤层的分布特征并揭示聚煤规律,利用地球化学方法辨识其物源区古地理背景和成煤环境具有重要地质意义。通过系统采集研究区钻孔岩心煤样,进行煤岩煤质的测试分析,对煤层形成时古地理信息和沉积环境进行恢复和综合研究,结果表明,伊敏组煤层主要为褐煤,其次为丝炭,镜煤反射率(R0)均值为0.37%,原煤含油率均值为7.66%,全硫均值为1.32%。煤样CIA均值为58.45,表示物源区经历初级—中等风化作用;w(Si)/w(Al)指标均值为2.72,表明煤中矿物质来自陆源泥质沉积物;灰分指数K为0.34,代表煤层形成于低位泥炭沼泽环境;w(Sr)/w(Cu)、w(Sr)/w(Ba)、m值和n值指标表示煤层沉积期古气候温湿,蒸发量较大,古水体盐度较高;Sr、Ba、w(Ba)/w(Ga)值指标指示煤层为陆相沉积产物;w(V)/[w(V)+w(Ni)]、w(V)/w(Cr)、w(Ni)/w(Co)、w(V)/w(Sc)指标指示煤层形成于缺氧的还原条件。研究认为,伊敏组沉积早期,陆相断陷盆地萎缩,气候湿润,湖泊淤浅,形成了三角洲平原泥炭沼泽环境,为煤炭生成和聚集提供了有利的条件。
油气勘探中断层的分布特征一直是地震资料解释的难点和重点,其中走滑断裂体系中的断裂组合最为复杂。塔里木盆地二八台地区发育复杂的轮台走滑断裂体系,为明确其断裂构造特征,采用倾角+方位角扫描+构造导向滤波处理手段来降低背景噪声,综合利用相干体、蚂蚁体、最大似然体等多种属性形成多级嵌套技术,识别并统计了二八台41条断裂的走向、倾向、倾角、断距等几何学发育特征,明确了走滑断裂体系内部复杂断裂结构组合关系;认识到二八台地区发育近EW向为主的主走滑断裂带和NE走向的次级伴生断裂带,为左旋扭动产生的张破裂,表现为右阶式雁列正断层系。研究结果对二八台构造油气藏的评价有借鉴意义。
为提高银额盆地上古生界地震探测效果,以银额盆地西部居延海坳陷为试验区,调研了该区以往地震采集特点及资料处理技术现状,开展了地震野外采集试验和室内处理攻关,探索总结了银额盆地上古生界的地震探测技术。结果表明,该区地震激发应因地制宜采用井炮及可控震源相组合的方式;接收方面应首先满足排列长度的前提下再考虑增加接收密度;采取配套的各向异性处理、谱约束反褶积、楔形变换自适应去噪等针对性处理技术可有效提升深层地震成像质量。本研究为相似地区开展工作提供了经验和借鉴。
蟒岭矿集区岩浆活动强烈,是近年来北秦岭构造带深部找矿的热点地区,区内钼矿的形成与晚侏罗世酸性小岩体关系密切。为实现该区深部找矿突破,本文在重力异常圈定的腰庄隐伏岩体上开展了广域电磁法测量。测量结果显示,深部存在明显的高阻异常,推断高阻异常的凸起部位为腰庄隐伏岩体;其电阻率反演结果基本刻画了该岩体的顶面变化特征,推断顶面海拔介于-300~620 m、南北宽度1 300~1 600 m。通过对优选出的深部成矿有利部位进行钻探验证,揭示了隐伏岩体和隐伏钼矿体的存在。结果表明,广域电磁法探测深度大、分辨率高,是蟒岭矿集区深部找矿的有效勘查方法。
地震信号倒谱分解技术是近年来发展起来的一种烃类检测方法,有利于突出宽频带地震信号内某些特定频段的弱流体信息。本文着重研究了基于傅里叶变换倒谱和基于小波包变换倒谱的地震信号倒谱分解技术,并应用于顺北地区超深层碳酸盐岩储层烃类检测。对比分析了共倒谱剖面与传统共频率剖面的特征,进一步详细对比分析了基于傅里叶变换倒谱和基于小波包变换倒谱的一阶和二阶共倒频剖面特征,在此基础上,对比研究了基于傅里叶变换倒谱和基于小波包变换倒谱的烃类检测效果。实际地震数据处理结果表明,倒谱分解技术较常规基于小波变换的谱分解技术时空分辨率更高,能给出更多的细节信息。小波包倒谱分解技术较傅里叶变换倒谱分解技术检测到的地震幅度异常剖面能给出更准确的含气性解释结果。
由于青海尕林格铁矿区上覆有超过150 m厚的沉积覆盖层,矿体埋深大,使得磁异常形态平缓,难以刻画矿体的空间分布特征。因此,本文采用磁异常三维反演方法获得研究区地下三维磁化强度分布特征。结合该区围岩无磁性的先验信息,三维磁化强度模型不仅能较清晰地显示矿体的空间分布特征,而且反映了现有500 m以浅的钻孔下方存在强磁性体的分布,推断区内500 m深度以下存在隐伏矿体。研究结果表明,磁异常三维反演可以有效地提升目标体的识别能力,能够较清晰地显示磁性矿体的水平位置、深度及规模等信息,可以为钻探设计、储量评估等提供有力依据,值得在固体矿产勘探详查中推广应用。
无人机作为半航空瞬变电磁的飞行平台,其本身会产生电磁信号,对采集的瞬变电磁信号产生影响。本文研究了半航空瞬变电磁数据采集过程中无人机产生的噪声对采集数据的影响,通过开展野外试验、系统性能测试等,分析了不同转速、不同吊挂长度、不同飞行高度、不同飞行速度对无人机噪声的影响,提出了通过确定最优吊挂长度、加入屏蔽层等措施进行无人机噪声的压制方法。本文研究基于KWT-X8L-25八旋翼无人机开展,其研究过程与研究思路同样适用于其他型号的无人机,可以为半航空瞬变电磁飞行平台的遴选提供借鉴。
鄂尔多斯盆地深层油气资源丰富,开展高精度地震成像处理及构造解释,建立整个盆地的构造骨架大有裨益。本文针对鄂尔多斯盆地二维拼接大剖面处理中存在的振幅一致性问题开展研究。采用“六步法”振幅一致性处理流程,将炮间能量调整、球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿、分频振幅补偿、基于覆盖次数的振幅归一化和基于偏移距分布的振幅归一化处理贯穿于保幅处理中,较好地消除了因不同年度测线在地表激发接收条件、采集方法、观测系统、仪器上的差异造成的振幅不一致问题。所获得的盆地级二维拼接大剖面为建立鄂尔多斯盆地的构造格架,明确奥陶系马四段、马三段及以下中深层构造模式、断层特征及地层展布特征,预测古隆起分布提供了可靠的资料基础。该技术系列也为其他复杂区的地震资料处理提供参考和借鉴。
在塔里木盆地深部碳酸盐岩地层中发现了多种类型的非层状、非规则油气储集体,这些储集体不同于层状储层,是横向尺度至少在一个方向为有限的地质体。实际观测到的地震反射波场,是由层状地层与非层状、非规则地质体形成的反射波、绕射波(散射波)组成的复合波场,在不同的数据集中此三类波场呈现不同的形态特征。本文以波场形态特征差异为基础,采用基于图形引导的稀疏约束频率域抛物线Radon变换的层状波场与随机波场的分离技术,将高信噪比的、未经偏移处理或经偏移处理的复合反射波场数据分解为横向尺度“无限”延伸的反射波场和横向尺度有限的非规则地质体的绕射(散射)波场,为直接对非规则储集体进行预测和研究奠定基础。该技术在塔里木盆地和鄂尔多斯盆地应用取得了很好的效果。
静态弹性力学参数是页岩油开采及注水压裂工程的关键参数,应力效应下各向异性对页岩动静态弹性特征具有重要的影响,开展储层动静态弹性特征的主控因素与控制机理研究是页岩油气开采及注水压裂工程中一项亟须解决的关键科学问题。通过不同加压方式下页岩的三轴压缩力学与声学联测实验,研究各向异性对页岩纵、横波速度及宏观力学性质的影响,探究页岩动静态弹性特征的响应规律。结果表明:①随压力的增加,页岩动、静态杨氏模量增大,且增大速率由快到慢趋于稳定值;②层理角度一定时,动态杨氏模量大于静态杨氏模量,二者呈正相关,动、静态泊松比关系较差;③岩石动、静态刚度系数均随围压增大而增大,与纵波相关的动态刚度系数C11、C33比与横波相关的动态刚度系数C44、C66变化更明显;④页岩动、静态各向异性均随围压的增大而增大。研究结果可以揭示页岩动、静态弹性特征响应机理,并能够为页岩油气储层开采与水力压裂改造提供关键力学参数。
叠后断裂识别一般基于构造类属性,但该类属性都存在断点刻画不清、断层连续性差等特点;深度学习对于大、中尺度的断裂有着较好的表征能力,但是针对小尺度的断裂刻画能力有限。基于此,提出同步挤压广义S变换的振幅梯度凌乱性多尺度断裂刻画算法:首先,在时频域内将地震数据分解为不同频带的单频数据体;其次,基于不同频带的地震数据体计算振幅梯度向量的凌乱性;最后,运用不同频带的地震数据体刻画不同尺度的断裂信息。基于模型及实际资料的研究结果表明,同步挤压广义S变换振幅梯度凌乱性属性不仅对大、中尺度断裂有较好的刻画能力,同时对于小尺度断裂也有着很好的表征。
当前,槽波地震数据采集通常是使用矿用数字地震仪配合动圈检波器来实现的,但是这种数据采集系统存在频带宽度窄、装备量大的问题。为了提高数据质量和施工效率,利用MEMS加速度计的微型化、频带宽等优势,将其集成于槽波地震仪的采集卡钟,设计得到了槽波地震仪。该地震仪可以实现独立型激发,分布式采集,频带宽度达到1~800 Hz,采集数据的质量得到一定程度的提升;单个仪器质量仅为0.52 kg,且集成化的设计使地震仪完全摆脱了线缆的束缚,100道观测系统配备仪器总质量仅为52 kg,是分布式地震仪总质量的10%,是节点式地震仪的25%,装备总质量的下降降低了运输成本,提高了施工效率。
目前广泛应用于探地雷达(ground penetrating radar,GPR)信号的速度谱分析方法大都通过叠加相干信号的振幅能量来构建速度谱,并估计地下介质电磁波速度;当信号子波出现多个波峰和波谷时,基于振幅的方法所构建的速度谱会出现多个能量团,不利于后续能量峰值的判别、拾取和速度估计。为此,提出了一种基于共偏移距GPR信号包络和三维速度谱分析的地下介质电磁波速度估计方法。该方法通过扫描GPR剖面中的双曲线绕射波信号包络来构建叠加能量随零偏双程走时、试速度以及测点位置变化的三维速度谱,并根据三维速度谱中双曲线顶点出现位置,提取二维速度谱切片。在此基础上,拾取二维速度谱切片中能量峰值对应的试速度并作为地下介质的电磁波速度。数值试验结果表明:与基于信号振幅的三维速度谱分析方法相比,基于信号包络的三维速度谱分析方法计算的速度谱中连续能量团更少、能量更集中、速度估计误差更小,且可更有效地构建逆时偏移的速度模型。
反褶积是提高地震数据分辨率的重要方法。然而,传统的反褶积方法在增强地震信号高频成分的同时,也放大了高频噪声的能量,降低了反褶积之后地震记录的信噪比。分辨率和信噪比的矛盾制约了现有反褶积方法表征薄层结构的能力。为此,本文提出了一种信号自适应识别多道反褶积算法。该方法从原始地震数据中提取了地震信号识别算子,并将其作为空间正则化约束引入多道反褶积的目标函数,在一定程度上实现了具有信号自适应识别能力的高分辨率处理技术。基于地震信号的空间可预测性,地震信号识别算子从地震数据本身进行估算和提取,对地震记录具有较强的自适应性能力。模型数据与实际数据的测试分析表明,本文方法能够有效地抑制高频噪声在反褶积过程中的放大效应,在提高了分辨率的同时,较好地保持了地震记录信噪比。
高阶伪随机电磁信号的频谱包含了勘探工程所需的全部频率,具有提升工作效率及抗干扰性能强的特点,在城市环境下的电磁勘探中得到应用。因此,本文在济南城市轨道交通8号线一期工程专项勘查区内,具有强烈工频干扰地区进行的电磁勘探工作中,应用了高阶伪随机电磁信号进行有效信息的提取。为了高效率地提取高质量的有效信息,作者采用包络评价算法与高阶伪随机电磁信号相结合的方案。通过频谱包络值来较为准确地估计信号实际受到干扰的情况,对接收信号进行筛选,进一步避开工频干扰及其谐波影响,获得了更多的有效频率和地电信息,为后续反演解释提供了丰富的有效电磁数据。该方法为今后复杂城市环境下的电磁勘探工作提供了一种地下有效信息的提取技术。
有效地查明滑坡区地层结构及滑坡构造对防灾减灾具有重要意义。本文以无锡市雪浪山景区滑坡调查为例,对比分析了高密度电阻率法二维及三维反演的差异,探讨了三维反演带状效应的消除方法,开展了高精度地表高程数据及钻孔先验信息约束下的三维电阻率反演,构建了滑坡区三维地质模型。研究结果表明,三维电阻率反演在复杂滑坡调查中具有显著优势;通过优化网格间距、阻尼系数和反演滤波器参数可以有效抑制带状效应;精细化地形及先验信息约束可以显著降低地形影响和反演多解性,提高反演对地层界面和滑坡构造的分辨率。通过三维电阻率反演及地质建模,获得了滑坡区的三维地层结构和滑坡体、滑动面空间分布,并对滑坡机理进行了分析研究。该项成果为研究区滑坡地质灾害调查与治理提供了重要基础资料。
单一跨孔层析成像技术具有多解性,很难准确地识别岩溶异常。为此,本文引入颜色融合技术,通过数值模拟,测试了弹性波走时CT、弹性波衰减CT和电磁波衰减CT这3种跨孔CT反演信息颜色融合的有效性,并开展了综合跨孔CT岩溶探测现场试验。试验结果表明,颜色融合技术能够有效地提高岩溶判识的准确度。研究成果为油气管道和桥梁隧道等基础工程岩溶勘查提供了一种有效的综合跨孔探测和解释新方法,对提高岩溶勘查精度具有重要意义。
无损监测古建筑内部结构特征是进行文物保护的关键。为确定临海市古长城结构和墙体内部缺陷,本研究利用100 MHz和270 MHz天线组合的探地雷达对长城不同方位上墙体结构进行了无损检测。检测结果表明临海市古长城墙体结构分层情况明显,通过探地雷达信号反射图像发现,墙体内部缺陷反应清晰,存在内部疏松、缝隙、脱空等内部病害隐患。研究表明探地雷达方法在此类古城墙结构和缺陷检测中结果可靠,研究结果可为古长城结构保护提供技术支持。
