高密度电阻率成像法在断裂带探测中的应用研究

发布时间：2017-03-21 05:01

  本文关键词：高密度电阻率成像法在断裂带探测中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：断裂带是地壳中广泛分布的一类地质构造。它破坏了岩体的连续性和完整性,并可能切穿了不同的含水层,因此是一种具有特殊意义的水文地质体。在基岩地区,断裂带是控制地下水赋存与运移的主导因素。对于高放废物地质处置而言,断裂带可能是放射性核素向生物圈运移的重要通道,因此对于处置库场址区内断裂带的查明及导水性研究是处置库性能评价的一项重要内容,关系到高放废物地质处置库能否长期安全运行及能否有效隔离废物。断裂带位置、产状、宽度的查明可为断裂带性质研究及导水性和富水性研究提供依据。 本文主要完成了以下几个方面的工作：(1)在室内模拟断层,并在断层一侧注水,同时采用高密度电阻率成像法对注水和排水过程中跨断层剖面上的电阻率变化进行监测,探讨了注水和排水条件下高密度电阻率法研究水在断裂带中的运移和分布特征；(2)在室内建立了断裂带中热流传导的物理模型,并采用高密度电阻率成像法监测了热流的传导引起的视电阻率断面的变化,研究了热流在断裂带中的传导过程；(3)建立了不同宽度、埋深的断裂带物理模型,通过室内实验研究了其异常特征。建立了不同倾角断裂数学模型,通过正演模拟计算的方法研究了其异常特征。建立相同埋深、宽度、倾角(垂直)断裂带数学模型,通过正演模拟计算获得了不同电极距条件下断裂带异常特征。(4)在放射性废物处置甘肃北山预选区新场地段f4断裂上开展了探测工作,获得了三条跨断裂高密度电阻率剖面,对获得的数据进行了异常数据剔除,反演计算,得到了三条剖面上电阻率分布图像,结合实际地质情况分析了f4断裂的异常特征,计算得到了断裂带的宽度、倾角等信息。 通过以上工作,获得了如下研究成果。 (1)对断裂带注水过程中视电阻率断面变化的分析,获得了水在断裂中运移过程及分布特征,视电阻率断面反映的水在断裂中的运移过程与实际观察到的现象一致,说明用高密度电法监测断裂带中注水过程是可行的。水会优先饱和细粒介质,当细粒介质的水位高于其所能支撑的毛细压力后才向其粗粒介质流动,并在两者之间形成一个固定的水位差。因此当地下水流向垂直于阻水断裂时,将在断裂带两侧形成水位差,在宽度相同的条件下,这一水位差的大小可作为评价断裂带阻水能力的指标。 (2)对热流传导过程的监测结果表明,由于断裂带的存在,将使得热流传导过程发生变化,当热流遇到导热性差的介质时,热流将发生“绕流”。可在野外布置电极,监测季节性温度变化引起的跨断裂带电阻率剖面变化过程,从而为野外断裂带的存在及其导水性研究提供参考信息,但由于季节性温度变化的影响范围为地下几米到十几米,因此该方法得到的信息仅限于地表较浅的范围内。 (3)对不同宽度和埋深断裂带模型的室内实验结果表明,断裂带宽度越大、埋深越浅,视电阻率剖面上异常幅度越大,反之异常幅度越小。对不同倾角断裂带采用不同装置正演计算结果表明,二极、微分和温纳装置均能反映断裂带异常,但相比而言,二极装置探测深度最大,微分装置次之,温纳装置最小,但温纳装置探测效果最好。 (4)分析反演计算得到的f4断裂电阻率剖面,结合野外实际地质情况,确定了断裂带与电阻率剖面的对应关系,得到f4断裂在电阻率剖面上的异常特征为向南东倾斜的低阻条带状异常,经计算得到产状及宽带等信息,f4断裂的宽度为30-40m,倾角约为60°。
【关键词】：高密度电阻率成像法 断裂带 放射性废物处置 结构特征
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P641.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 问题提出及选题意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.2.1 断裂带探测研究现状15-18
• 1.2.2 高密度电阻率成像法国内外研究现状18-20
• 1.3 技术路线与主要研究内容20-22
• 第二章 断裂带结构特征及高密度电阻率成像法应用于断裂带探测的理论基础22-40
• 2.1 断裂带结构特征及其导水性影响因素22-26
• 2.1.1 断裂带结构特征22-24
• 2.1.2 影响断裂带导水性的因素24-26
• 2.2 高密度电阻率成像法理论及工作方法26-40
• 2.2.1 电阻率法基本原理27-31
• 2.2.2 高密度电法的测量方式31-33
• 2.2.3 数据处理方法33-37
• 2.2.4 高密度电阻率成像法野外工作方法37-40
• 第三章 断裂带注水和排水过程的高密度电法监测研究40-48
• 3.1 试验设置及方法40
• 3.2 试验过程40-41
• 3.3 结果与讨论41-48
• 第四章 温度传导过程的高密度电法监测与应用于断裂带导水性研究的可行性分析48-55
• 4.1 岩体电阻率与温度的关系48
• 4.2 岩体电阻率随温度变化的机理探讨48-49
• 4.3 试验方法49-50
• 4.4 试验结果与讨论50-55
• 第五章 高密度电法探测断裂带异常的效果及有效性研究55-61
• 5.1 不同宽度和埋深断裂带的电阻率异常特征55-56
• 5.1.1 试验方法55
• 5.1.2 试验结果与讨论55-56
• 5.2 不同倾角断裂带在不同测量装置和电极距条件下的异常特征正演模拟56-61
• 5.2.1 正演模型与方法56
• 5.2.2 不同倾角断裂带在不同测量装置条件下的异常特征56-58
• 5.2.3 垂直断裂带在不同电极距条件下的异常特征58-61
• 第六章 高密度电阻率成像法在放射性废物处置甘肃北山预选区f4断裂探测中的应用61-72
• 6.1 研究区概况61-63
• 6.1.1 自然地理概况61
• 6.1.2 地层岩性与地质构造61-63
• 6.1.3 水文地质条件63
• 6.2 测定方法及工作布置63-64
• 6.2.1 野外测定方法63
• 6.2.2 野外工作布置63-64
• 6.3 数据预处理与反演计算64-65
• 6.3.1 数据预处理64
• 6.3.2 远电极效应消除64-65
• 6.3.3 反演计算65
• 6.4 反演结果及分析65-72
• 第七章 结论与展望72-74
• 参考文献74-80
• 简历与科研成果80-81
• 致谢81-82

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