特约专栏

• 城市强干扰环境地下空间探测技术与应用

  何继善;李帝铨;胡艳芳;凌帆;王金海;

  城市地下空间开发利用是我国城市发展的重要研究课题，如何实现城市强干扰环境地下地质结构“透明化”是科学、合理、安全开发利用城市地下空间的关键。我国地质环境条件复杂，特殊的地质构造给城市地下空间透明化带来了严峻的挑战。地球物理勘探的无损探测特点使其在城市地下空间探测中得到了广泛的应用。本文在介绍微重力探测、地质雷达、高密度电法、广域电磁法以及天然源面波勘探在城市地下空间探测应用的基础上，分析了不同地球物理探测技术在复杂地质背景下的应用效果及可行性，最后针对传统地球物理探测技术瓶颈提出了改进方案及建议，以期为城市强干扰环境地下空间透明化发展提供技术支撑。

  2022年05期 v.19 559-567页 [查看摘要][在线阅读][下载 927K]
  

• 筑坝堆石体密度附加质量法检测技术与装备研究及应用

  张建清;蔡加兴;马圣敏;严俊;

  附加质量法是近年来广泛应用于筑坝堆石体密度检测的一种方法，它具有方便、快捷、无损、准确等优点。本文首先介绍附加质量法检测堆石体密度测试方法技术研究，从模型研究出发，提出附加质量法求取堆石体密度的方法，开展附加质量法现场检测技术研究；然后，叙述附加质量法智能检测装备研发，研发自动化可控震源和智能数据采集处理系统，创建附加质量法检测智慧管控平台；最后，简述该技术在多个大中型水利水电工程中进行的系统应用，取得了良好的工程应用效果，为实现大坝填筑施工质量过程控制提供了重要的技术支撑。

  2022年05期 v.19 568-584页 [查看摘要][在线阅读][下载 1857K]
  

• 基于蒙特卡洛方法的瞬变电磁接收机过渡过程研究

  王广君;段雪影;黄鲸珲;胡祥云;

  传统的瞬变电磁法在浅层存在探测盲区，限制了在浅层地表结构探测中的应用。瞬变电磁探测仪接收机的过渡过程的影响是导致浅层存在探测盲区的主要原因之一。当发射机关断时间及发射电流确定的情况下，接收机电路的过渡过程会导致实测信号发生畸变，影响浅层数据的反演。本文通过对接收机接收线圈的二阶电路建模分析，结合自制的瞬变电磁系统“WLZTEM-2022”的实测数据，在已知均匀半空间条件下通过蒙特卡洛反演得到接收线圈的rLC参数，从而实现对瞬变电磁法浅层探测信号的矫正。实验结果表明，通过过渡过程校正后的早期瞬变电磁探测数据更接近瞬变电磁的早期正演数据，通过计算本文定义的误差函数，校正后的误差定量上比矫正前的误差约减小了3倍；此外，通过把反演得到的过渡过程中rLC参数加入到传统的瞬变电磁正演算法中，可以得到对过渡过程准确建模后的早期(t<1μs)的理论总场曲线，从而提高瞬变电磁系统浅层(0～5 m)的探测能力。本文研究成果对提高瞬变电磁法浅层探测精度、减小早期探测盲区具有实际应用价值。

  2022年05期 v.19 585-594页 [查看摘要][在线阅读][下载 1497K]
  

环境与工程地球物理

• 超声横波反射三维成像技术及在水工混凝土缺陷诊断中的应用

  栗宝鹃;张涛;张美多;刘康和;李嘉欣;

  水利工程在长期运行的过程中，其混凝土构件会出现磨蚀、裂缝等损伤，如不及时进行处理，将会严重影响水利工程的安全运行。本文以混凝土内部缺陷所导致的波阻抗差异为基础，采用超声横波反射三维成像法探测。该方法具有横波探测、阵列式耦合、相控阵成像、合成孔径聚焦等特点，在多发多收的配置下，可实现对地下目标高信噪比、强分辨力、强穿透力、高工作效率的探测。通过将超声横波反射三维成像法应用于水工混凝土地面和蜗壳内部侧墙的混凝土裂缝精细化检测，为后续维护、维修提供有效的数据服务和决策支持。实践证明，超声横波反射三维成像技术在裂缝、脱空等水工混凝土缺陷诊断中具有良好的应用效果，值得在同类案例中进行应用和推广。

  2022年05期 v.19 595-602页 [查看摘要][在线阅读][下载 1428K]
  

• 隧道空间对高密度电法在掌子面及侧壁富水构造探测中的影响研究

  张付军;胡俊;胡正旺;蔡佳豪;赵元科;

  在隧道中进行高密度电法探测时，由于全三维正反演算法计算量大，建模较为困难，通常采用半空间假设的二维正反演算法进行计算，而实际隧道更接近于三维全空间模型，因此半空间假设会给视电阻率计算和反演结果带来误差。为研究高密度电法在隧道富水结构探测时采用半空间假设计算视电阻率带来的误差水平，以及对反演结果的影响，本文首先建立隧道三维模型，然后采用数值计算方法计算了三维隧道模型的准确视电阻率值，并将三维模型计算的装置系数带入反演的正演迭代过程，定量分析了半空间假设时对视电阻率和反演结果带来的影响。结果表明，在掌子面探测时，真实视电阻率是半空间假设计算结果的0.66～1.0倍；而在隧道侧壁探测时，该比值在0.9～1.6范围内。但半空间假设计算的视电阻率值的空间特征与真实值基本一致，而且误差较大的视电阻率值大多位于高密度电法的低分辨率区域内，对反演结果的影响较小。模拟结果表明了基于半空间假设的反演算法在隧道探测中的反演误差可以忽略，为实际工程应用提供了理论依据。

  2022年05期 v.19 610-618页 [查看摘要][在线阅读][下载 1889K]
  

• 地磁波CT和微动技术在盾构穿越岩溶地层中的综合应用研究

  朱鑫磊;杨磊;冯光福;赵喜斌;杨喜锋;彭雨杨;

  盾构穿越岩溶地层案例不断增多，如何精准探测盾构掘进区域内的岩溶分布特征已成为制约盾构法高效施工的主要问题之一。以南宁国际空港综合交通枢纽工程地铁机场引入线为工程依托，为了精确探测出区间内岩溶发育情况，开展了不同探测方法在岩溶发育区内典型区段的适用性评价，提出了该区间的最优岩溶探测组合方法，确定了区段岩溶处治加固范围。研究结果表明，提出的“地质钻探法+电磁波CT法+微动法”的综合探测方法可有效解决盾构穿越岩溶区地层探测的难题，具有探测精度高、深度大，不受场地限制且勘探成本低等特点；现场探测结果表明，典型区段内岩溶发育强烈且集中，揭露溶洞共有20个，见洞率55%,平均线岩溶率3.9%,85%的溶洞为充填型溶洞，90%的溶洞分布于隧道底板以下，10%的溶洞穿过隧道或位于隧道侧方。基于探测结果提出岩溶处理范围：隧道掘进线两侧2 m范围内以及隧道顶部3 m范围内的溶洞都必须处理；隧道外径扩大至2 m时的隧道底板以下5 m内溶洞必须处理；底板以下5～10 m范围内的溶洞，若覆跨比小于1,且溶洞稳定岩面顶板高度小于2 m时，需进行充填处理，若覆跨比大于1,且溶洞稳定岩面顶板高度不小于2 m时，无需进行充填处理。研究结果对南宁地区类似工程岩溶探测以及确定注浆加固范围具有一定的指导意义。

  2022年05期 v.19 619-629页 [查看摘要][在线阅读][下载 2184K]
  

• 综合物探方法在近海自然遗迹调查中的应用研究

  洪少雄;胡毅;房旭东;刘溢滂;刘伯然;李小璐;王立明;

  福建晋江深沪湾陆上古森林与海上古牡蛎礁出现于同一海滩的现象是自然界之奇观，这种现象具有重要的科学意义和研究价值，也是海洋保护管理的重要对象。自20世纪80至90年代以来，伴随深沪湾周边地区社会经济的快速发展和沿海大通道、港口、航道等基础设施建设，人类活动剧烈，而自然遗迹的保存现状亟需重新认识。本文基于多波束、单波束、浅剖、侧扫等多种地球物理手段对研究区地貌及浅地层情况进行了联合探测，并对部分可疑点进行了水下探摸。研究结果表明，调查海域主要存在海底礁石、沙波、人工构筑物、沙脊、拖痕、围网等地貌类型，人类活动痕迹剧烈，在海底未出现大规模出露的自然遗迹。通过照相、RTK等手段对出露于潮间带的古森林、古牡蛎礁等自然遗迹的分布状态进行了精细定位与描述，初步确认了19处古森林遗迹地址及数处出露古牡蛎礁遗迹分布范围。研究成果对于近海海域和海底的自然资源遗产如何开展深入调查研究具有一定的指导作用，可为自然保护区总体规划编制、明确保护区边界范围提供科学依据。

  2022年05期 v.19 630-639页 [查看摘要][在线阅读][下载 2792K]
  

• 基于道平均的钢筋砼衬砌缺陷识别

  陈海涛;马远刚;吕曹炯;

  高铁隧道钢筋混凝土衬砌内部质量缺陷识别是探地雷达检测的难点。为抑制二衬钢筋对混凝土内部脱空缺陷反射的影响，首先，提出利用在滑动窗口内将相邻雷达记录道进行叠加平均，使合成后的雷达记录道中钢筋反射能量因相邻道间相位差的存在而得到抑制的道平均算法。然后为验证算法的可行性，根据高铁隧道衬砌设计参数分别建立了钢筋混凝土及素混凝土衬砌模型，并进行了探地雷达正演模拟，经道平均处理后的探地雷达模拟剖面显示：钢筋及钢拱架等弧形反射同相轴得到明显抑制，预设的脱空缺陷特征得到有效增强。最后，通过对某在建高铁隧道的探地雷达实测数据进行道平均处理，识别出1处钢筋混凝土衬砌内部脱空缺陷，结果得到了钻孔及孔内电视验证，表明将道平均技术应用于钢筋砼衬砌缺陷识别是可行的。

  2022年05期 v.19 640-648页 [查看摘要][在线阅读][下载 1675K]
  

• 锚杆锚固质量声波检测技术的应用与探索

  余信江;邹双朝;邓扬;黎建洲;

  传统锚杆锚固质量检测方法采用拉拔试验来判断锚杆施工质量的好坏，由于是一种有损性检测，难以准确判断锚杆实际长度、孔内砂浆密实性的真实情况。以一维声波反射法传播理论为基础的锚杆锚固质量无损检测技术体系很好地解决了上述问题，声波法作为作为锚杆无损检测常用的方法之一，已在水利水电、交通等工程锚杆支护质量检测中得到了广泛的应用，本文简要概述了国内外锚杆锚固质量无损检测技术和检测设备发展，详细介绍了基于一维杆体的波动理论的锚杆锚固质量检测技术基本原理、锚固长度和饱满度的评价方法，从时域、频域、相位特征分别对比波形信号分析的适用性和局限性，并现场制作5根锚杆锚固试验模型。检测数据结果表明，波形信号的缺陷位置与模型实际设置的缺陷位置基本一致，杆底反射位置通过原始波形较难判断，特别是缺陷较多的波形信号更难以判断，但在模型缺陷位置和杆底反射位置均发现了相位信号明显变化，可为同行研究者提供借鉴。

  2022年05期 v.19 649-656页 [查看摘要][在线阅读][下载 1931K]
  

资源与能源地球物理

• 重力与大地电磁测深在博野潜山深部地热探测中的应用

  张大明;张龙飞;殷全增;赵石峰;张昭;台立勋;杨彪;

  地热是蕴藏在地球内部的一种巨大的能源宝库，作为清洁能源，开发利用好地热能具有良好的社会、经济效益，发展前景广阔。目前浅层地热资源已经开发殆尽，地热资源向深部求取成为当下急需解决的问题。本文以河北保定博野地区碳酸盐岩热储构造为研究对象，在综合研究该区地质情况的基础上，通过分析该地区剩余重力异常数据，并在博野县城开展了大地电磁测深工作，对该区可能蕴涵地热资源的深部构造和储存形态进行了评价，推断了蓟县系雾迷山组的顶界面深度为2 800～3 600 m,确定了高阳博野断层F位置，指导了地热井JZ04孔位的确定，并对钻探地层进行了预测。经钻探验证，JZ04井钻遇地层及构造情况与物探推断结果平均吻合度达86.46%。研究结果表明，重力与大地电磁测深方法在博野潜山深部地热资源探测中具有有效性，可为探测地热储层和查明热储结构提供方法依据。

  2022年05期 v.19 664-672页 [查看摘要][在线阅读][下载 2601K]
  

• 叠前反演技术在南堡1号构造带火成岩识别中的应用

  李聪;赵宝银;徐文会;霍丽丽;高娟;

  南堡1号构造浅层馆陶组岩性复杂，火成岩发育，钻井揭示该区火成岩以玄武岩和凝灰岩为主，在火成岩之间发育砂岩储层，受火成岩影响，砂岩储层横向分布规律性差。不同类型的火成岩具有不同的岩石物理特征及弹性参数特征。分析表明，玄武岩为高纵波阻抗，地震上表现为强振幅特征，利用地震资料能够有效识别；但是凝灰岩的纵波阻抗与碎屑岩接近，应用地震波形、振幅等信息以及纵波阻抗均难以识别，进行砂岩储层的预测存在误差，影响了钻探成功率及开发效果。为此，在针对馆四段不同岩性的面向储层的测井评价以及精细的岩石物理分析基础上，开展了馆四段不同岩性的敏感弹性参数分析，优选了不同岩性识别的敏感弹性参数；凝灰岩及泥岩表现为较高的纵横速度比，而砂岩储层为较低的纵横速度比。基于该认识，利用叠前稀疏脉冲同时反演对馆四段进行了反演处理，通过获得的纵波阻抗及纵横波速度比信息进行了火成岩及砂岩储层的识别及边界刻画，并获得了较好的预测效果，结果与地质认识基本相符，为后续井位部署和储量计算提供了依据。

  2022年05期 v.19 673-682页 [查看摘要][在线阅读][下载 3188K]
  

• 极浅水环境下的水层多次波分阶压制

  王炜;徐强;徐爽;

  SRME(Surface Related Multiple Elimination)方法无法在浅水环境下实现地震资料水层多次波的准确预测。目前浅水多次波预测通常使用基于格林函数的多次波预测方法，但该方法在极浅水环境下时，浅层应用效果较好，深层效果较差。主要因为极浅水环境下水层多次波周期较短，地震波主频随传播降低，深层一次波与水层多次波混叠，使用自适应减法时，会造成有效波损失。因此，本文提出一种在极浅水环境下改进的格林函数多次波预测方法，首先通过对深层进行二阶及以上多次波预测，再利用自适应减法优化水层多次波的预测和衰减。通过模拟数据和实际数据测试，结果表明，该方法可以在避免有效波损失的前提下，较好地衰减水层多次波。本文提出的方法可配合预测反褶积等手段应用于浅水多次波压制，进一步提高多次波预测精度和压制效果。

  2022年05期 v.19 683-688页 [查看摘要][在线阅读][下载 2684K]
  

• 新疆塔里木盆地托甫台地区碳酸盐岩储层缝洞测井评价

  陈雨霖;唐军;

  新疆塔里木盆地托甫台地区奥陶系地层孔隙结构的随机性导致储层非均质性较强，所以利用测井技术进行孔隙、裂缝和溶洞发育特征及组合状况的评价成为储层评价中的一个关键问题。根据岩心照片、铸体薄片等信息将碳酸盐岩有效储渗空间划分为裂缝和孔洞两大类型。按照受溶蚀及构造应力改造强度，将裂缝型储层划分为组合缝洞型和溶蚀缝洞型。此外，电阻率成像测井解释中除了利用图像定性识别孔隙类型之外，根据阿尔奇公式反演孔隙度谱也可以实现裂缝、孔洞两大类储层的识别。本研究建立了简单的孔洞—裂缝理论模型，分析了裂缝对导电效率的影响，引入裂缝孔隙度、深电阻率减小幅度等基于常规测井计算的裂缝参数，建立了基于测井特征参数组合与缝洞型以及孔洞型储层的细分图版。将平均有效孔隙度和累计孔隙有效厚度结合，针对上述储层类型分别制定了储层等级划分的测井标准，丰富了碳酸盐岩储层有效性的测井评价方法。

  2022年05期 v.19 689-698页 [查看摘要][在线阅读][下载 2453K]
  

方法研究·信息处理

• 提高复杂地表区可控震源炮点布设均匀性的方法及应用效果研究

  魏铁;聂明涛;叶朋朋;齐永飞;苏自权;张超;

  在城区、农场等障碍物区进行地震勘探施工时，受地表道路通行或者障碍物安全距离限制，室内设计炮点很难按照理论位置进行野外实施布设。为了增加布设炮点的均匀性，减少浅层资料缺失对最终成像效果的影响，本文提出可以采取以下措施：大小震源混合应用；降低驱动幅度；减少震源组合台数增加扫描长度；采用伪随机扫描方式，并详细介绍了具体应用方法和效果。为了避免在同一项目中采用多种可控震源激发因素对生产效率产生严重影响，提出采用点代码自动匹配仪器处理类型的配套技术，对在复杂地表区可控震源施工提升施工效率和降低出错率方面效果显著。这些措施在实际生产中应用，不但提升了采集资料的均匀性，而且也提高了野外采集的生产效率，在类似施工项目中具有很好的借鉴意义。

  2022年05期 v.19 699-707页 [查看摘要][在线阅读][下载 3145K]
  

• 高密度电阻率法数据平滑处理的分析研究

  田必林;

  由于高密度电阻率法具有成本低、见效快、方法丰富、解释简便的优点，该技术已被广泛地应用在水利水电工程建设、城市环境工程地质、农业工程地质勘察、城市建设工程勘察、建筑工程监测和考古研究等方面，获得了显著的地质效应和可观的经济社会效益。在高密度电阻率法测量数据的采集过程中，由于仪器因素、人为操作因素以及各种干扰的因素，数据含有各种噪音。本次研究以在湖北某地采集的高密度电阻率法试验数据为例，浅部噪音干扰较为严重，为了使水平分层更加清晰，通过分析测量数据的噪音类型，在数据预处理时把飞点噪音数据直接剔除，对随机噪音数据进行了五点三次平滑和五点平均平滑处理，然后使用RES2DINV软件对三种数据分别进行反演，得到各自的视电阻率反演断面图。结果显示，数据平滑处理总体上不会改变电阻率的分布特征，但是可以减少噪音干扰带来的误差，较好地压制随机噪音数据引起的小的串珠状异常，使反演结果水平分层更加连贯清晰。

  2022年05期 v.19 708-715页 [查看摘要][在线阅读][下载 1924K]
  

• 两种可控震源的浅层地震六分量波场特征

  李维;郭高源;王赟;张丁凡;曹瑜珈;吴志芳;张宝剑;钱荣毅;

  随着旋转地震学的发展，地震旋转分量观测在浅层工程地质勘查领域的应用值得关注。甲烷爆炸震源和电火花震源是近些年浅层工程地震勘查使用的新型震源，这两种可控震源激发条件下的旋转运动特征尚未得知。本文利用在广州城区进行的甲烷震源和电火花震源激发试验，结合二维浅层介质模型平动和旋转地震的数值模拟结果，证明了在浅层工程地震中进行旋转分量观测的可行性；通过分析两种震源采集数据的频谱特征和不同频带范围的质点偏振特征，对比平动与旋转分量的响应的异同点，发现旋转分量可以提供额外的不同于平动分量的信息、高频信号在旋转分量上更为凸显；河道会令观测数据10Hz以下的面波信号能量大幅衰减。分析结果主要表明了在旋转分量上面波不同于平动分量的特征及应用前景。

  2022年05期 v.19 716-728页 [查看摘要][在线阅读][下载 3515K]
  

• 洋流的电磁效应及其对大地电磁场的影响

  沈昭昂;彭中;杨波;

  海底大地电磁观测常受到海洋潮汐、内波或湍流的干扰，为了提高大地电磁数据观测的可靠性，有必要研究洋流运动的感生电磁场对海洋大地电磁观测的影响。本文从麦克斯韦方程组出发，推导了海水运动产生的感应电磁场控制方程，并基于有限体积法计算了包含海水层且考虑了洋流运动的感生电磁场效应的大地电磁响应。同时，以简单洋陆模型和卡斯卡迪亚俯冲带模型为例，对大地电磁响应进行了三维数值模拟。结果表明：观测信号周期越短，靠近洋流活动区域的海底大地电磁场受海水运动的干扰越严重，视电阻率失真现象越明显；陆地一侧的大地电磁场因感生电磁场的快速衰减而几乎未受到海水运动的影响。因此洋流的电磁效应对于海底观测台站会产生较大的干扰，而对陆基台站的观测所带来的影响可以忽略。

  2022年05期 v.19 729-741页 [查看摘要][在线阅读][下载 3410K]
  

• 久期函数值作为目标函数的瑞雷波频散曲线反演

  宫丰;陈晓非;凡友华;刘雪峰;唐海兵;

  传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别。然而，当地层中含有低速软夹层或高速硬夹层等复杂结构时，频散曲线可能会出现“模式吻合”和“模式跳跃”等现象，极易造成模式误判，进而导致错误的反演结果。为了解决多模式频散曲线反演的“模式误判”问题，本文基于“久期函数”构建应用于瑞雷频散曲线反演的新型目标函数，该目标函数不需要进行预先的模式判别。另外，使用随机权重的粒子群优化算法，使优化算法在全局和局部搜索方面的能力更均衡。结合新型目标函数与随机权重的粒子群优化算法对数值模拟数据与实际工程数据进行处理，所得到的各阶频散曲线具有较高的拟合度，从而可以得到准确的地层横波速度结构。结果表明，基于久期函数值的新型目标函数可以有效解决“模式误判”问题，具有可行性。

  2022年05期 v.19 742-752页 [查看摘要][在线阅读][下载 2457K]
  
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