浅层岩溶半航空瞬变电磁响应规律与试验研究

发布时间：2021-04-23 16:56

　　随着国民经济的快速发展,在交通、水电等领域存在大量已修建和正在修建的地下空间工程。而且,越来越多的地下空间工程规划修建在地质条件复杂、岩溶发育的西南山区,这些工程建设中常常遭遇岩溶地质灾害。目前,工程领域已经广泛采用地球物理类探测方法开展岩溶地质灾害源的探查工作。然而,对于大面积区域开展岩溶快速探查的方法尚不成熟。本文结合已经开展的地面瞬变电磁岩溶探测的经验,进行了针对浅层岩溶的半航空瞬变电磁探测方法和试验研究。对浅层岩溶的半航空瞬变电磁响应规律进行了分析,并开展了基于多旋翼无人机的半航空瞬变电磁野外数据采集试验。本文以浅层岩溶半航空瞬变电磁响应特征为研究对象,采用理论分析数值试验与野外试验相结合的方法。在地面瞬变电磁探测方法的基础上,通过装置型式为“地面发射-空中接收”的半航空瞬变电磁探测方法,针对岩溶发育地区的地电特征,开展半航空瞬变电磁响应规律研究。在半航空瞬变电磁响应规律研究中,以三维时域有限差分算法为基础,分别采用接地长导线源和地面回线源瞬变电磁场激励方式,针对均匀半空间模型和典型层状模型,以地面发射-空中接收装置型式开展了半航空瞬变电磁响应特征研究,验证了半航空瞬变电磁法对... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 岩溶发育地区的勘察现状与挑战
    1.3 半航空瞬变电磁研究现状
        1.3.1 半航空瞬变电磁概述
        1.3.2 半航空瞬变电磁法硬件研究现状
        1.3.3 半航空瞬变电磁法正反演研究现状
    1.4 主要研究内容与创新点
第二章 半航空瞬变电磁正演理论
    2.1 控制方程与有限差分离散
    2.2 激励源的施加与边界条件处理
    2.3 多分辨网格方法
        2.3.1 控制方程与有限差分的离散方式
        2.3.2 粗-细网格边界条件
        2.3.3 空间域和时间域的统一
        2.3.4 粗-细网格电阻率
    2.4 GPU加速技术
    2.5 本章小结
第三章 浅层岩溶地质模型半航空瞬变电磁响应规律
    3.1 均匀半空间模型的半航空瞬变电磁响应
        3.1.1 接地长导线源
            3.1.1.1 不同接收高度的响应规律对比
            3.1.1.2 不同电阻率的响应规律对比
            3.1.1.3 不同偏移距的响应规律对比
        3.1.2 地面回线源
            3.1.2.1 不同接收高度的响应规律对比
            3.1.2.2 不同电阻率的响应规律对比
            3.1.2.3 不同偏移距的响应规律对比
    3.2 典型层状模型的半航空瞬变电磁响应
        3.2.1 接地长导线源
            3.2.1.1 两层模型半航空瞬变电磁响应特征
            3.2.1.2 三层模型半航空瞬变电磁响应特征
        3.2.2 地面回线源
            3.2.2.1 两层模型半航空瞬变电磁响应特征
            3.2.2.2 三层模型半航空瞬变电磁响应特征
    3.3 三维岩溶地质模型的半航空瞬变电磁响应
        3.3.1 接地长导线源
            3.3.1.1 干溶洞模型
            3.3.1.2 充填型溶洞模型
                3.3.1.2.1 充填岩溶水或岩溶泥质的溶洞模型
                3.3.1.2.2 充填岩溶水-岩溶泥质的溶洞模型
            3.3.1.3 半充填溶洞模型
        3.3.2 地面回线源
            3.3.2.1 充填型溶洞模型
                3.3.2.1.1 充填岩溶水或岩溶泥质的溶洞模型
                3.3.2.1.2 充填岩溶水-岩溶泥质的溶洞模型
            3.3.2.2 半充填溶洞模型
    3.4 本章小结
第四章 现场试验
    4.1 概述
    4.2 试验方案与设计
    4.3 野外数据采集
        4.3.1 准备工作
        4.3.2 半航空瞬变电磁探测试验
    4.4 数据处理与视电阻率计算
        4.4.1 半航空瞬变电磁电阻率定义
        4.4.2 数据处理结果
    4.5 地质解释
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
在读期间参与的科研项目
在读期间的科研成果
在读期间获得的奖励
致谢
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]地空瞬变电磁法研究进展[J]. 张莹莹,李貅.  地球物理学进展. 2017(04)
[2]隧（巷）道掘进工作面-钻孔瞬变电磁超前探测方法物理模拟试验研究[J]. 孙怀凤,程铭,宿传玺,李术才,王世睿,张乐文,范秋雁,李海燕,李凯.  煤炭学报. 2017(08)
[3]钻孔雷达探测地下不良地质体的正演模拟及其复信号分析[J]. 李尧,李术才,刘斌,聂利超,张凤凯,徐磊,王传武.  岩土力学. 2017(01)
[4]多辐射场源地空瞬变电磁法快速成像方法研究[J]. 张莹莹,李貅,李佳,赵越,姚伟华.  地球物理学进展. 2016(02)
[5]无人机地空瞬变电磁系统在冶山地下巷道探测中的应用[J]. 方涛,张建军,付成群,王勇.  地球物理学进展. 2015(05)
[6]多辐射场源地空瞬变电磁法多分量全域视电阻率定义[J]. 张莹莹,李貅,姚伟华,智庆全,李佳.  地球物理学报. 2015(08)
[7]隧道瞬变电磁任意点垂直分量全域视电阻率解释方法[J]. 戚志鹏,智庆全,李貅,孙怀凤.  岩石力学与工程学报. 2015(07)
[8]垂直接触带影响下地-井瞬变电磁响应研究[J]. 徐正玉,杨海燕,邓居智,汤洪志,张华,谢石文,刘少光.  地球物理学进展. 2015(03)
[9]电性源瞬变电磁地空逆合成孔径成像[J]. 李貅,张莹莹,卢绪山,姚伟华.  地球物理学报. 2015(01)
[10]高速公路隧道岩溶区地质结构电磁法精细探测研究[J]. 底青云,安志国,马凤山,付长民,许诚.  工程地质学报. 2014(04)

博士论文
[1]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[D]. 孙怀凤.山东大学 2013
[2]基于GPU的三维有限差分直升机瞬变电磁响应并行计算[D]. 关珊珊.吉林大学 2012

硕士论文
[1]隧道含水构造地面—地下瞬变电磁探测方法与响应规律研究[D]. 李凯.山东大学 2017
[2]直接时间域矢量有限元瞬变电磁三维正演模拟[D]. 李贺.长安大学 2016
[3]隧道掌子面—钻孔瞬变电磁超前探测方法与试验研究[D]. 王世睿.山东大学 2016
[4]瞬变电磁法矢量有限元三维正演研究[D]. 姚伟华.长安大学 2015
[5]隧道TBM机瞬变电磁响应三维并行模拟及干扰去除研究[D]. 卢绪山.长安大学 2014
[6]水平电偶源地空系统瞬变电磁法多分量解释技术及全域视电阻率定义研究[D]. 张莹莹.长安大学 2013
[7]瞬变电磁地空系统多分量响应特征研究[D]. 赵越.长安大学 2013
[8]时域电性源地—空电磁探测数据预处理研究[D]. 阳贵红.吉林大学 2012



本文编号：3155694