多物理量信息融合方法在复杂地质构造勘探中的应用研究
发布时间：2022-02-05 03:36
近年来,计算机及信息技术的飞速发展,新信息技术逐渐应用于土木工程勘察,设计及施工等各个领域。BIM及GIS等信息技术的开发推动了土木工程的信息化进程,信息技术的应用大幅提高了工程中数据传输、处理及可视化的能力。在岩土工程中,地质构造通常具有多变性、复杂性,踏勘、测绘、钻探及地球物理勘探等调查方法提供了不同层次的信息,因此研究新信息技术对多物理量的信息进行综合分析显得尤为重要。本文针对复杂地质构造调查问题,在单一勘探方法方面研究三维高密度电法的数据采集方式及反演方法,解决其野外采集时间长、反演难度大的问题。在多方法联合勘探方面,提出了多物理量信息融合方法,在传统测绘、踏勘或钻探等手段的基础上,采用地球物理勘探方法获取多物理量的地下信息,利用信息融合方法对采集的数据及图像进行综合分析及评价。首先分析了常见的复杂地质构造的类型及特点,分析现有的地质构造调查方法获取的信息和相关物理量,以及各种调查方法在探测深度、准确性及效率等方面的特点。然后针对二维高密度电法信息量不足导致异变体信息缺失的问题,开展了三维高密度电法的数据采集及反演方法研究;针对勘探中获取的多物理量信息（包括电阻率R,极化率η,...
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究流程
上海交通大学硕士学位论文-11-图2-1断层Fig.2-1Geologicalfault岩体的完整性及含水性直接影响着其物理力学特性。当岩体节理裂隙发育时，可能地下水渗透，导致电阻率降低；岩体的密度及弹性波波速也与其完整性相关，岩体完整性越好，密度越大，波速也越大。因此，当岩体包含断层破碎带时，与周围完整岩体相比断层面的电阻率下降、密度降低并且弹性波波速也变校根据物理特性的差异，可选择不同的探测方法勘探出断层破碎带的分布。在实际调查项目中，断层的判识方法以地质分析法为主，即根据地表地质条件来判断断层的分布。地震波反射法对于大规模断层的探测效果较好，通常利用它来判别内部破碎带的位置形态等信息。根据断层与周围岩体的电性差异，还可选用电阻率法进行辅助探测。（2）岩溶地质岩溶地质，又称为喀斯特地貌，主要是由于侵蚀性的地下水对可溶性岩层造成溶蚀而形成的。我国西南部地区水资源丰富，并且硫酸盐、碳酸盐岩类富集，因此这些区域的岩溶地质非常发育。岩溶地质，如图2-2所示，其主要表现形式有溶沟、天坑竖井及地下溶洞等。地下岩溶降低了岩体的强度，降低了地基的承载力，并且通常包含水及泥沙等填充物，因此容易发生坍塌变形以及突发性涌水等事故，严重威胁了工程安全[64]。
上海交通大学硕士学位论文-12-图2-2岩溶地质（贵州省六盘水鸡冠山隧道）Fig.2-2Karstgeology地下溶洞属于洞穴式地下岩溶地质，当地下溶洞较干燥时，其物理力学特性相当于空洞，因此与周围岩体差异明显。主要表现为弹性波波速降低，总体密度变小，电阻率升高，介电常数降低；在地下溶洞含水量大的情况下，其表现为弹性波波速降低、密度变小，但与周围围岩相比电阻率降低、介电常数升高；而当溶洞半含水时，其物理力学特性表现复杂，波速降低且密度下降，视电阻率的变化难以确定。在实际调查项目中，通常采用地质分析法、电测量法及地震勘探等方法对大区域的地下岩溶进行勘察，小区域内一般可进行钻探或结合地质雷达法等进行辅助勘探。（3）采空区由于人类社会的发展，历史上出现过各种乱开发、开采的现象，这些无序的人类活动对浅层地表造成了影响，形成了复杂的不良地质构造。而随着社会进一步发展，这些遗留问题逐渐凸显，对生态环境造成破坏的同时，也不同程度地影响了工程建设的安全性。根据2015年全国各地对采空矿区信息的初步统计，我国采空矿区众多，空间体量大，主要分布于全国28个省（市、区），全国金属非金属地下矿山采空区的总空间体积达12.79亿立方米。2017年，国家启动了一项控
【参考文献】：
期刊论文
[1]探地雷达在矿山地质环境调查中的应用探讨[J]. 余洋,许献磊,张志鹏,田磊,何培雍,亓国涛. 煤炭工程. 2017(10)
[2]复杂山地煤矿采区三维地震勘探采集方法研究[J]. 郭建敏,李鹏. 工程地球物理学报. 2017(03)
[3]基于自适应遗传算法的CSAMT一维反演[J]. 孙彩堂,李玲,黄维宁,刘真,周逢道. 石油地球物理勘探. 2017(02)
[4]基于尖点突变理论的充填体下采空区安全顶板厚度计算模型[J]. 徐恒,王贻明,吴爱祥,李芳芳,高维鸿. 岩石力学与工程学报. 2017(03)
[5]Mapping coalmine goaf using transient electromagnetic method and high density resistivity method in Ordos City, China[J]. Guiju Wu,Guangliang Yang,Hongbo Tan. Geodesy and Geodynamics. 2016(05)
[6]海洋直流电阻率法各向异性正演模拟研究（英文）[J]. 殷长春,张平,蔡晶. Applied Geophysics. 2016(02)
[7]基于岩心刻度的测井地质分析方法[J]. 李浩,刘双莲,柴公权,魏修平,张守成. 地球物理学进展. 2016(01)
[8]基于小波变换的地震属性多源信息融合预测技术研究[J]. 郭彪,李勇,何剑,丁昭恒. 矿物岩石. 2015(03)
[9]三维高密度电法高分辨数值模拟与分析[J]. 黄真萍,吴伟达,张义,胡晓娟. 工程地质学报. 2015(04)
[10]三维高密度电法在积水采空区探测中的应用[J]. 张振勇. 矿业安全与环保. 2015(01)
硕士论文
[1]高密度电阻率法与探地雷达对典型污染的模拟与应用研究[D]. 赵云鹏.中国地质大学(北京) 2018
[2]基于物探数据融合的视电阻率联合反演方法及应用[D]. 陆自清.西安科技大学 2014
[3]利用地震反射和折射联合层析成像探测深部构造方法研究[D]. 周小仙.中国地质大学（北京） 2010
[4]基于小波变换的图像融合技术研究[D]. 孙晶.北方工业大学 2009
本文编号：3614486
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究流程
上海交通大学硕士学位论文-11-图2-1断层Fig.2-1Geologicalfault岩体的完整性及含水性直接影响着其物理力学特性。当岩体节理裂隙发育时，可能地下水渗透，导致电阻率降低；岩体的密度及弹性波波速也与其完整性相关，岩体完整性越好，密度越大，波速也越大。因此，当岩体包含断层破碎带时，与周围完整岩体相比断层面的电阻率下降、密度降低并且弹性波波速也变校根据物理特性的差异，可选择不同的探测方法勘探出断层破碎带的分布。在实际调查项目中，断层的判识方法以地质分析法为主，即根据地表地质条件来判断断层的分布。地震波反射法对于大规模断层的探测效果较好，通常利用它来判别内部破碎带的位置形态等信息。根据断层与周围岩体的电性差异，还可选用电阻率法进行辅助探测。（2）岩溶地质岩溶地质，又称为喀斯特地貌，主要是由于侵蚀性的地下水对可溶性岩层造成溶蚀而形成的。我国西南部地区水资源丰富，并且硫酸盐、碳酸盐岩类富集，因此这些区域的岩溶地质非常发育。岩溶地质，如图2-2所示，其主要表现形式有溶沟、天坑竖井及地下溶洞等。地下岩溶降低了岩体的强度，降低了地基的承载力，并且通常包含水及泥沙等填充物，因此容易发生坍塌变形以及突发性涌水等事故，严重威胁了工程安全[64]。
上海交通大学硕士学位论文-12-图2-2岩溶地质（贵州省六盘水鸡冠山隧道）Fig.2-2Karstgeology地下溶洞属于洞穴式地下岩溶地质，当地下溶洞较干燥时，其物理力学特性相当于空洞，因此与周围岩体差异明显。主要表现为弹性波波速降低，总体密度变小，电阻率升高，介电常数降低；在地下溶洞含水量大的情况下，其表现为弹性波波速降低、密度变小，但与周围围岩相比电阻率降低、介电常数升高；而当溶洞半含水时，其物理力学特性表现复杂，波速降低且密度下降，视电阻率的变化难以确定。在实际调查项目中，通常采用地质分析法、电测量法及地震勘探等方法对大区域的地下岩溶进行勘察，小区域内一般可进行钻探或结合地质雷达法等进行辅助勘探。（3）采空区由于人类社会的发展，历史上出现过各种乱开发、开采的现象，这些无序的人类活动对浅层地表造成了影响，形成了复杂的不良地质构造。而随着社会进一步发展，这些遗留问题逐渐凸显，对生态环境造成破坏的同时，也不同程度地影响了工程建设的安全性。根据2015年全国各地对采空矿区信息的初步统计，我国采空矿区众多，空间体量大，主要分布于全国28个省（市、区），全国金属非金属地下矿山采空区的总空间体积达12.79亿立方米。2017年，国家启动了一项控
【参考文献】：
期刊论文
[1]探地雷达在矿山地质环境调查中的应用探讨[J]. 余洋,许献磊,张志鹏,田磊,何培雍,亓国涛. 煤炭工程. 2017(10)
[2]复杂山地煤矿采区三维地震勘探采集方法研究[J]. 郭建敏,李鹏. 工程地球物理学报. 2017(03)
[3]基于自适应遗传算法的CSAMT一维反演[J]. 孙彩堂,李玲,黄维宁,刘真,周逢道. 石油地球物理勘探. 2017(02)
[4]基于尖点突变理论的充填体下采空区安全顶板厚度计算模型[J]. 徐恒,王贻明,吴爱祥,李芳芳,高维鸿. 岩石力学与工程学报. 2017(03)
[5]Mapping coalmine goaf using transient electromagnetic method and high density resistivity method in Ordos City, China[J]. Guiju Wu,Guangliang Yang,Hongbo Tan. Geodesy and Geodynamics. 2016(05)
[6]海洋直流电阻率法各向异性正演模拟研究（英文）[J]. 殷长春,张平,蔡晶. Applied Geophysics. 2016(02)
[7]基于岩心刻度的测井地质分析方法[J]. 李浩,刘双莲,柴公权,魏修平,张守成. 地球物理学进展. 2016(01)
[8]基于小波变换的地震属性多源信息融合预测技术研究[J]. 郭彪,李勇,何剑,丁昭恒. 矿物岩石. 2015(03)
[9]三维高密度电法高分辨数值模拟与分析[J]. 黄真萍,吴伟达,张义,胡晓娟. 工程地质学报. 2015(04)
[10]三维高密度电法在积水采空区探测中的应用[J]. 张振勇. 矿业安全与环保. 2015(01)
硕士论文
[1]高密度电阻率法与探地雷达对典型污染的模拟与应用研究[D]. 赵云鹏.中国地质大学(北京) 2018
[2]基于物探数据融合的视电阻率联合反演方法及应用[D]. 陆自清.西安科技大学 2014
[3]利用地震反射和折射联合层析成像探测深部构造方法研究[D]. 周小仙.中国地质大学（北京） 2010
[4]基于小波变换的图像融合技术研究[D]. 孙晶.北方工业大学 2009
本文编号：3614486
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