- 于明羽;吴遵红;谭凯;彭代诚;熊绚兮;刘江平;
隧道地震超前探测方法是获取隧道前方复杂地质体结构的重要手段,对隧道工程的安全建设和灾害防治极为重要。针对目前隧道地震超前探测方法获取掌子面前方地质体结构和物性精度不足的问题,本研究将高分辨率的频率域声波全波形反演方法应用于隧道超前探测,并讨论了最速下降法(STD)、截断牛顿法(TRN)以及l-BFGS三种主要反演优化方法在隧道全波形反演中的迭代收敛速度、反演精度和计算效率,以期获取综合效果较好的隧道空间掌子面前方高分辨率成像全波形反演优化方法。通过对比得出,l-BFGS优化方法在反演精度、反演速度中存在明显优势,更适合隧道环境下的频率域全波形反演成像,这一结果可为全波形反演方法在隧道超前探测研究提供借鉴。
2021年01期 v.18 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 6458K] - 周世昌;王斌战;邱波;徐元璋;刘磊;苑益军;王胜侯;
微动HVSR方法因其布点灵活,现已广泛应用于城市浅地表的勘探中,然而城市中干扰因素众多,如车辆震动干扰、高压线电磁干扰、声波干扰等,而且受仪器制造工艺影响,现今的三分量检波器普遍存在零点漂移现象,造成振动曲线的扭曲畸变。因此需要对原始数据中的干扰因素和畸变进行剔除和校正,才能获得品质良好的谱比曲线。本文详细讨论了微动HVSR方法数据处理过程中普遍存在的几个客观问题,并给出了相应的解决方案:(1)瞬态干扰信号采用STA/LTA方法标记后剥离;(2)仪器零点漂移校正采用"分段标记重构法";(3)谐波干扰去除采用"自适应谐波干扰降噪技术";(4)频谱和谱比值优化计算时采用滑动时窗叠加和帕曾窗进行平滑。将武汉法泗镇岩溶塌陷区的探测数据采用上述方法进行精细化处理,最终获得了优质的二维谱比剖面,该剖面与钻孔以及其它物探资料对应良好,能够很好地刻画岩溶塌陷坑边界范围。这为HVSR法的优化处理提供了示例。
2021年01期 v.18 14-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 5969K] - 赵苏城;
武隆地区为典型常压页岩气区块,区内志留系龙马溪组页岩分布稳定,为常压页岩气有利构造区。为有效勘探开发常压页岩气,需要高精度的三维地震资料进行支撑,但是不同于四川盆地内高压页岩气,常压页岩气单井产量少,经济效益差,常规山地高密度三维勘探方法不适用,因此探索出一套适用于常压页岩气的低密度三维勘探方法。实践证明,通过观测系统优化设计,较好地增加有限炮数下均匀面元能量照明和有效覆盖次数,基于地表岩性激发井深-药量匹配技术提高了激发效率以及针对性处理措施有效地改善成像精度。与前期资料相比,低密度三维剖面信噪比显著提高。结论表明,低密度三维勘探方法作为一种经济、有效的勘探方法,对常压页岩气勘探起到示范作用。
2021年01期 v.18 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 14487K] - 刘杨;盛勇;贾慧涛;
微动探测技术通过提取微动信号中面波频散曲线求取地下介质的横波速度结构,根据横波在不同深度地层中的速度变化,进行介质分层和构造识别。近年来,该技术凭借其绿色环保、抗干扰、勘探深度范围大的优势在资源勘探和工程勘探中崭露头角,而对于微动中频率-波数法的研究由于早前数据采集质量和数据处理能力的限制而受到制约,导致该方法良好的实际应用能力被低估。本文结合微动勘探实例介绍微动高分辨率频率-波数谱法的勘探方法,说明该方法的有效性和先进性。该实例中,使用微动探测技术在一处传统电法无明显异常、无法确定热储位置的区域使用三重圆形台阵布设一条7点测线,准确定位热储,采用高分辨率频率-波数谱法处理数据,微动剖面上视S波低速异常明显,边界清晰,以此为依据定位的热储成功打出热水,证实了该方法的有效性和可靠性;显示了此方法对异常敏感、分辨率高的优势。该方法可针对不同勘探条件灵活设计相应的观测台阵系统,操作简便,非常适合生产单位在城镇等干扰大、不可破坏的环境中开展工程、资源和环境勘探。
2021年01期 v.18 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 5776K] - 方文倩;李志明;
地震信号的随机噪声压制是地震信号处理中的重要问题。卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)近两年在地震信号去噪领域展现其巨大的潜力。该方法可以突破先验约束,从大量的数据中学习噪声模式,可以高效智能地实现地震数据去噪。为了进一步提高去噪效果,本文提出基于双重残差结构的CNN网络地震数据随机噪声压制方法。该网络借助于双重残差框架,允许不同层配对操作的两个算子之间任意组合,可以提取更丰富的特征,有助于提高去噪性能。针对去噪问题,选用多尺度卷积核作为配对算子。合成数据和实际数据结果表明,相较于经典的F-X预测滤波、Curvelet变换以及基于深度学习的DnCNN方法,本方法能更好地压制随机噪声并保护有效信号,具有更高信噪比。
2021年01期 v.18 44-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 4762K] - 闫国才;
煤矿井下工作面内部发育的复杂地质构造是威胁安全回采的重要因素,为保证工作面安全回采,提高探测精度,达到透明化探测目的,采用坑透和反射槽波两种物探手段相结合对工作面进行了探测研究。首先讨论了坑透和反射槽波的相关理论,分析了电磁波收敛成像算法和弹性波偏移成像算法,研究了坑透场强衰减规律和衰减系数。然后,对反射槽波探测数据进行了滤波和散射压制处理,发现两种方法相结合明显提高了分辨率。最后在理论研究的基础上,对某矿8115工作面进行透明化探测,坑透探测结果圈定异常区分布范围,反射槽波探测结果定性确定异常体属性,圈定6处异常,后经矿方钻探验证,探测结果与实际揭露情况相吻合,达到了透明化探测效果。研究表明:采用坑透与反射槽波探测工作面内部发育的复杂构造可达到确定异常体性质的效果,精度得以提升,切实为工作面安全回采提供了可靠地质资料,推广价值高。
2021年01期 v.18 51-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 5889K] - 颜英军;李钰强;王海涛;
地质超前预报能够对地下洞室前方围岩的不良地质情况进行及时预测,以达到提前预防、及时发现、及时处理、降低工程风险之目的,反射地震预报技术能够有效地使用反射地震信号预报隧道掌子面前方的地质情况,得到了广泛的应用。介绍了TGS360Pro与TRT7000两种反射地震超前地质预报系统的工作原理、工作方法,对两种系统在测试和成果输出方面进行了详细对比,并针对同一掌子面同时测试、分析,在开挖过程中实时跟踪开挖情况。通过对比,表明两种预报系统均能探测得到开挖前方的地质异常体(如断层破碎带、渗水、溶蚀裂隙等)。经开挖验证,预报结果与实际揭露情况基本相符,但也存在一定区别,可为以后进行类似的工作提供借鉴。
2021年01期 v.18 59-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 4361K] - 李展辉;曹学峰;朱自强;
随着探地雷达问题复杂度的加大以及对解释精度要求的提高,探地雷达三维正演模拟越来越重要,对高性能计算的需求也越来越大。常规三维正演模拟主要采用时域有限差分法开展,并且随着计算机技术的发展,GPU加速已经成为一种三维正演主流加速方法。但是GPU本身的显存相比CPU能利用的内存而言非常有限,要充分利用其加速性能,就需要尽量压缩存储的需求。相比有限差分,伪谱法是一种在空间上具有非常高精度的波动方程正演方法,理论上每个波长只需2个空间采样点便能达到较好的精度,能够利用其空间高精度特征,采用大尺寸网格压缩内存需求。因此,将基于GPU加速的伪谱法应用到探地雷达三维正演中,压缩探地雷达三维正演对显存的需求,充分利用GPU的高性能浮点计算能力进行加速。研究表明,相比有限差分法,伪谱法至少能压缩8倍以上的内存需求量,使得原本因显存需求过大无法使用GPU加速的问题能够充分利用GPU加速性能,大幅提高计算效率,并推进三维逆时偏移成像与全波形反演的发展。
2021年01期 v.18 67-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 2509K] - 闭遗山;梁明;
华南某岩溶工地准备进行超前钻勘察工作,由于场地详勘过程发现岩溶较发育,为查明近地表5 m范围内土洞、溶洞等不良地质体平面位置及顶底板埋深,采用地质雷达进行连续剖面测量。根据地质雷达勘察成果选择3个异常进行钻孔验证,3个验证孔均打到空洞或充填型溶洞,异常埋深与地质雷达异常深度位置基本一致,物探推测与钻孔验证结果基本吻合。通过勘察实例表明,在第四系覆盖层厚度较小或基岩裸露场地,利用地质雷达探测能够获得场地不良地质体发育情况。同时要注意,识别并排除干扰源才能对地质雷达资料做出正确推断解释。
2021年01期 v.18 75-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 8750K] - 贾豫葛;刘志新;
采空区发生透水、地面沉降以及塌陷等问题不仅严重威胁着矿井的生产安全,还威胁地面人们的日常生活,因此探测地下采空区分布是非常必要的。本文建立了几种采空区和采空区塌陷的地质模型,模拟计算采空区和采空区塌陷在地表引起的全张量微重力异常响应,比较分析全张量微重力异常响应特征。模拟结果与理论分析是一致的,可为采空区或采空区塌陷的高精度微重力异常探查提供依据。
2021年01期 v.18 82-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 4792K] - 杨磊;
重力勘探资料是不同深度地质异常体的综合反映,位场分离工作向来都是重力勘探的重要环节。本文首先通过构建BP神经网络模型和趋势分析模型来拟合低频区域重力场,进而分离出局部异常场信息;然后通过理论模型的分离结果对比分析,对于中浅部的局部异常体信息,BP神经网络模型分离结果精度高,其短波长信息源更精确。最后,将BP神经网络模型运用到南非Witwatersrand Basin某实测航空重力测网数据分析中,其分离结果的Theta map成像结果较好地吻合了实际地质资料,验证了BP神经网络模型在实际重力勘探解译中具有一定的适用性。
2021年01期 v.18 90-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 4070K] - 陈春飞;沈晓武;张秉政;
电磁波层析成像(CT)技术是将一定频率电磁波作为发射源,利用接收机来获取地下地质体的物性参数的地球物理方法,在岩溶勘查中有着独特的应用。不同填充状态的空洞、破碎含泥沙溶洞及含水溶洞等,其对电磁波的吸收存在一定差异。电磁波CT技术利用电磁波在不同介质中吸收系数存在差异,造成在传播路径上其能量衰减的不均匀性,使用层析成像技术反演出介质的吸收系数分布,从而得到地下介质的精细结构和电性分布。本文通过构建溶洞模型,进行正反演计算,讨论并总结其响应特征与规律。结合某工程应用,并使用地质钻孔资料对比,对结果进行解释,验证了电磁波CT技术的实用性与有效性。
2021年01期 v.18 98-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 6805K] - 王洁;
近年来岩溶地面塌陷事件频发,已成为全国影响最大、危害性最大的地质灾害类型之一,严重影响了人民群众的生命财产安全和城市的运行秩序。因此,如何提高地下空间岩溶探测有效性及精确性显得尤为重要。本文将三维高密度电法应用于武汉某岩溶塌陷区探测,该方法是在塌陷区一次性完成布极,利用分布式串/并行采集方式,将地下空间剖分成大量的矩形棱柱,通过缩小实测电阻率与计算电阻率的差值差异,实现了模拟地下实际情况的过程。本次研究从空间角度进行数据处理解释,从而实现了岩溶探测成果的三维可视化,直观地展示了目标体的走向、空间位置及形态,大大地提升了反演解释的可靠性和精度,取得了较好的应用效果。
2021年01期 v.18 107-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 6328K] - 魏朋;曾海雁;饶沾;
近几年,在辽河探区使用的近地表结构调查方法主要为地面接收微测井法,井中激发源为电火花。但是,由于电火花激发存在一些不足,影响到了工作效率和数据质量,为了提高微测井数据的质量,在辽河SJPBB地区施工时,引进了五级微测井设备用于井中接收,以地面重锤锤击激发的井中接收微测井方法施工。通过对比,该施工方法简单易操作,采集所获数据初至清晰,且施工效率提高了1倍。本方法经过在辽河SJPBB地区的应用,证明可以将井中接收微测井技术在平原地区应用推广。
2021年01期 v.18 113-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 2644K] - 任瑞国;闫小兵;扈桂让;
在金山凸起东缘断裂地貌特征解译中,采用无人机航测结合人工野外调查技术,可以快速、高效、安全地完成解译任务。本文在介绍无人机航测技术的概念及工作流程的基础上,重点阐述了无人机航测技术在金山凸起东缘断裂地貌特征解译中的应用,展示了航测数据结果,对地貌特征进行了详细解译,为金山凸起东缘断裂的深入研究提供了有力的数据支撑,显示了无人机航测技术在地质地貌调查中的巨大优势和广阔前景。
2021年01期 v.18 119-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 19153K] - 栗宝鹃;张美多;刘康和;王志豪;李琦;李嘉欣;
水利工程在长期运行过程中,其混凝土构件会出现磨蚀、裂缝等损伤,如这类问题不能够及时得到处理,将会严重影响水利工程的安全运行。本次研究主要针对水工混凝土构件中的裂缝检测方法进行研究,提出从"定性"到"定量"的一体化检测思路,具体实施过程分为四部分,即"普探—详查—判定—验证",其中,普探阶段采用探地雷达法,确定裂缝的总体分布;详查阶段采用超声横波反射三维成像的方法,确定裂缝的纵深向分布;判定阶段分别采用裂缝测宽法和表面声波法,用来确定裂缝的表面宽度和贯穿深度;验证采用钻孔电视,确定探测结果的正确性和准确性。上述技术路线突破了单一方法的限制,可有效地运用于水工混凝土构件裂缝检测,经实践证实,具有良好的检测效果。
2021年01期 v.18 128-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 8661K] - 王登锋;胡新朋;
基于TBM隧道施工的特点和地质适应性方面的局限性,单一的超前地质预报方式较难满足TBM施工的需求,实际施工中易因偏差导致采取的应对措施不足而造成TBM停机的状况发生,为解决此类问题本文通过分析TBM施工常用的地质预报方式原理以及适用范围,选择性地提出"长距离整体预报+中距离重点分析+短距离循环对比"的综合预报技术,成立超前地质预报应用管理小组,加强预报过程实施、结果研判以及现场应对管理。依托在大瑞铁路高黎贡山隧道应用实践,验证了综合预报技术可以增加超前地质预报的准确性和对施工的指导性,做到了不同探测方法的结果的相互验证和相互补充,可为以后TBM施工提供借鉴。
2021年01期 v.18 136-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 10463K] - 罗加荣;
为便于对岩石微观结构分析研究以及岩石孔隙度进行模拟计算,采用过程法模拟数字岩心。过程模拟法通过模拟岩石沉积过程建立数字岩心,在岩石开始沉积时,通过获得的随机数,从粒径累计概率分布上选择对应的颗粒半径,岩石颗粒沿势能下降最快的方向下落,每次下落前,将已沉积的颗粒扩大半径并形成一个膨胀曲面,判断岩石下落方向附近曲面上相对势能最低点作为沉积稳定位置,从而编制了过程法构建数字岩心的程序,实现了数字岩心的可视化,可为岩心特征统计分析提参考模型。
2021年01期 v.18 147-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 7111K] 下载本期数据