跨孔直流电阻率CT法在岩溶区的数值模拟研究

论文摘要

在用地面电阻率法勘探时,由于探测精度和深度受到限制,往往不能准确确定岩溶的具体埋深、大小等信息,这时就需要更精确的勘探手段进行详查。跨孔直流电阻率CT法,是在传统的电阻率法基础上发展起来的一种新型地球物理探测技术,它是基于目标体与围岩间电性差异,将电极置于孔中探测,采集得到电位或视电阻率信息,来达到对目标体识别和准确定位的方法。由于跨孔观测模式的特殊性,探测成像效果不仅与装置的选择、孔的设置有关,还与岩溶自身属性有关,综合影响下,给勘探和资料处理解释带来了很大困难。本次研究的目的就是结合正反演数值模拟,对岩溶探测分辨率的影响因素进行规律总结,对典型岩溶不良地质体进行反演成像,来为理论研究和工程应用提供参考依据。本文基于地面直流电阻率法的研究,研究了跨孔直流电阻率CT法的工作原理、正演理论、反演理论,推导了AM、AM-N、AM-BN三种装置的装置系数,通过自编程序和专业软件开展了数值模拟。通过数值模拟分析,研究了各装置的异常响应特征,研究了探测分辨率的影响因素,研究了岩溶区不良地质体的成像特点,总结出了相应规律。本文建立了单个低阻、高阻模型,低阻带模型,水平层状模型,基于有限元正演数值模拟,绘制了视电阻率响应曲线,总结出二极装置探测时,低阻体表现为高视电阻率响应,高阻体表现为低视电阻率响应,而三极、四极装置能够直接表达所测量区域的电性信息,不同装置视电阻率异常的响应规律,对三种装置的视电阻率响应情况建立了一个初步认识。从反演成像的角度,研究了跨孔直流电阻率CT法分辨率的影响因素。通过控制变量法,首先对各个装置的灵敏度进行分析,得出各个装置的特点,再结合多种岩溶地质体模型,分析二极、三极和四极装置的探测分辨率,得出四极装置综合探测效果最好。接着详细分析了孔间距、孔深、电极距三个观测参数因素对单个异常体的探测效果,得出了孔间距和电极距是主要影响因素。并给出建议:电极距应小于等于目标体直径,才能有效定位目标体。最后分析了岩溶自身属性因素,分别对单个或多个异常体的探测效果。得出随着电阻率差异变大,分辨率会增大,其中横向分辨率对低阻差异变化反应灵敏;随着异常体尺寸增大,分辨率会增大;该方法更能分辨垂向形态变化;异常体与孔距离会影响分辨率,越靠近孔异常响应越强,而越靠近两孔中心,分辨率越好;埋深会影响分辨率,在靠近地表和孔底位置,分辨率较差。建议:钻孔设置时,应尽量使异常体位于孔间中心。在运用跨孔电阻率CT法对岩溶进行精细化探测时,常常会遇到反演成像结果不理想的情况。本文根据前面关于装置选择、参数设置、岩溶自身属性对探测效果影响的分析,采用贴近实际情况的常见模型,详细分析了不同岩溶目标体赋存环境下的成像特点。最后本文将理论研究应用于实际中,在参数设置中参考了孔间距的选择、电极距的选择等建议,再将成像特点规律总结运用于反演图像解释中。通过岩溶探测的实例验证,证明跨孔直流电阻率CT法适用于岩溶区详查,并验证了本文正反演算法的正确性,数值模拟成像研究的必要性。表明了本文研究不仅能为跨孔直流电阻率CT法的理论研究作参考,也能为实际岩溶探测提供依据,具有理论和实际应用价值。

论文目录

摘要

Abstract

第1章引言

1.1 选题的背景及意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 选题意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 跨孔直流电阻率CT理论研究现状

1.2.2 跨孔直流电阻率CT方法应用研究现状

1.2.3 存在的问题

1.3 论文的研究思路、研究内容和预期成果

1.3.1 研究思路和研究内容

1.3.2 预期成果

第2章跨孔直流电阻率CT法的基本理论

2.1 跨孔直流电阻率CT的电场原理

2.2 跨孔直流电阻率CT的工作原理

2.2.1 探测原理

2.2.2 装置系数

2.3 跨孔直流电阻率CT的正演理论

2.3.1 边值问题和变分问题

2.3.2 网格剖分和单元分析

2.3.3 最优化波数选择

2.4 跨孔直流电阻率CT的反演理论

2.4.1 最小二乘反演原理

2.4.2 反演计算问题

2.5 本章小结

第3章跨孔直流电阻率CT法的正演数值模拟

3.1 正演算法验证

3.2 跨孔视电阻率曲线讨论

3.2.1 二极装置视电阻率响应特征

3.2.2 三极装置视电阻率响应特征

3.2.3 四极装置视电阻率响应特征

3.3 本章小结

第4章跨孔直流电阻率CT法的影响因素讨论

4.1 装置影响

4.1.1 装置灵敏度分析

4.1.2 不同装置反演成像

4.2 孔间距影响

4.3 孔深影响

4.4 电极距影响

4.5 岩溶自身属性影响分析

4.5.1 电阻率差异影响

4.5.2 异常体大小影响

4.5.3 异常体形状影响

4.5.4 异常体与孔距离影响

4.5.5 埋深影响

4.5.6 覆盖层影响

4.6 本章小结

第5章跨孔直流电阻率CT法在岩溶区的反演

5.1 简单岩溶模型反演

5.1.1 单个溶洞模型

5.1.2 溶沟溶槽模型

5.1.3 基岩面模型

5.2 复杂岩溶模型反演

5.2.1 覆盖型溶洞模型

5.2.2 溶洞群模型

5.3 工程实例

5.3.1 工程概况

5.3.2 反演结果对比

5.4 本章小结

结论与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈秀清

导师: 肖宏跃

关键词: 跨孔电阻率,岩溶,数值模拟,影响因素

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,地质学,地球物理学,矿业工程,工业通用技术及设备

单位: 成都理工大学

分类号: P631.3;P642.25

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000241

总页数: 68

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跨孔直流电阻率CT法在岩溶区的数值模拟研究

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