本文關鍵詞： 瞬變電磁 地井裝置 多分辨網(wǎng)格 時域有限差分 模型試驗　出處：《山東大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：我國的隧道建設目前面臨嚴重的突水突泥威脅隱患,常用的方法是超前地質鉆孔結合地球物理方法對隧道前方的地質情況進行判斷。但是,目前的超前地質預報方法僅僅能夠獲取掌子面前方一定范圍內不良地質體的情況,無法識別隧道掌子面前方大規(guī)模的不良地質構造,對隧道頂板和底板不良地質體的探測手段有限;受到隧道內臺車、鋼拱架等低阻異常的干擾,電磁類方法信噪比較低;在隧道選線勘察時,缺乏有效探查大規(guī)模不良地質體的地球物理手段。因此,類比地空瞬變電磁裝置型式,地面-地下瞬變電磁裝置型式將發(fā)射源布設于地面,在地下和地面接收響應信號。發(fā)射源布設于地面,距離隧道內金屬異常體較遠,相比隧道內布設發(fā)射源能夠提高信噪比;該裝置能夠探查幾十米甚至數(shù)百米的不良地質構造,并且能夠探查已開挖隧道頂板和底板的地質構造情況;隧道選線時可以應用該裝置探查大規(guī)模不良含水地質體,測深能夠達到千米以上。地面-地下瞬變電磁法擴大了瞬變電磁在隧道超前地質預報的探測范圍,有望成為隧道超前地質預報的新手段。本文的主要思想是將地面-地下瞬變電磁探測方法引入隧道超前地質預報與前期勘察中,全面闡述了該裝置型式的特點,系統(tǒng)介紹了如何地面-地下接收數(shù)據(jù)。為了研究地面-地下瞬變電磁法對不良地質含水體的響應特征規(guī)律,首先對多分辨網(wǎng)格算法進行了開發(fā),對多尺度網(wǎng)格內部的迭代公式進行了重新定義,利用多尺度網(wǎng)格的邊界條件對運算關系進行制約,實現(xiàn)了時間域與空間域運算關系的統(tǒng)一;然后通過改變接收深度、電阻率和收發(fā)距探究均勻半空間模型地面發(fā)射-地下接收瞬變電磁的基本規(guī)律,對垂直方向、軸向方向等五個方向的進行測線優(yōu)選;最后探究了純隧道腔體、直立充水斷層、傾斜充水斷層、充水溶洞、斷層破碎帶和大規(guī)模地下暗河的響應規(guī)律。在數(shù)值計算的基礎上,利用物理模型試驗模擬了地面發(fā)射-地下接收瞬變電磁的響應規(guī)律,首先利用不同收發(fā)距、接收高度、發(fā)射線圈位置的物理模型試驗得到基本響應規(guī)律;然后利用頂?shù)装寮爸绷嗝娴妥璁惓嗝娣謩e得出頂部低阻異常、底部低阻異常、直立低阻異常的響應規(guī)律特征;最后利用掌子面前方不同含水體模型試驗得出直立含水體、傾斜含水體、立方含水體的響應規(guī)律,對不同水量的響應特征進行分析歸納。在數(shù)值計算和物理模型試驗的基礎上進行了現(xiàn)場試驗,首先,對已知水倉進行地面和地下數(shù)據(jù)采集,利用已知模型驗證地面-地下瞬變電磁的可行性;其次,對未知區(qū)域進行地面發(fā)射-地下接收數(shù)據(jù)采集,利用巷道內小回線瞬變電磁法進行結果驗證;第三,對未知采區(qū)進行地面發(fā)射-地面接收瞬變電磁試驗,利可控源方法進行結果驗證。通過數(shù)值模擬、物理模型試驗和現(xiàn)場試驗得出,地面-地下瞬變電磁裝置型式對含水地質體響應特征明顯。本文通過多分辨網(wǎng)格算法開發(fā)、數(shù)值模擬、物理模型試驗和現(xiàn)場試驗研究了地面-地下瞬變電磁法,得到該裝置型式下不同異常含水體的響應特征,為后期的瞬變電磁三維反演奠定了基礎。
[Abstract]:The tunnel construction in our country is currently facing a serious threat of water mud inrush hazard, the commonly used method is the geological conditions of geological drilling with geophysical methods in front of the tunnel to judge. However, geological prediction methods at present can only get in front of the tunnel face a range of adverse geological conditions, unable to identify the tunnel face our big bad geological structure, detection means of the tunnel roof and floor of the adverse geological Co.; by tunnel trolley, steel arch etc. low resistivity abnormal interference, electromagnetic method of low SNR; line selection investigation in the tunnel, the lack of effective exploration of large-scale adverse geological geophysical methods. Therefore, analogy air ground transient electromagnetic device type, ground and underground transient electromagnetic device type will be arranged on emission source ground, underground and ground receiving response signals. The emission source in the layout Ground distance tunnel metal anomaly is far, compared to the tunnel layout emission source can improve the SNR; the device can bad geological structure exploration of tens of meters or even hundreds of meters, the geological structure and to probe the top and the bottom of the existing tunnel; tunnel line selection can be applied to the device exploration of massive bad aquifer plastid, sounding can reach kilometers above the ground. The underground transient electromagnetic method to expand the detection range of the transient electromagnetic geological prediction in tunnel, is expected to become the new tunnel geological prediction. This is the main idea to the ground and underground transient electromagnetic detection method into the tunnel geological prediction and pre survey. A comprehensive exposition of the characteristics of the device type, the system introduces how to ground and underground receiving data. In order to study the ground and underground water of bad geological transient electromagnetic method. Should the features, firstly, multi-resolution grid algorithm was developed, the iterative formula of internal multi-scale grid redefines the relationship of operational constraints using multi-scale grid boundary conditions, the realization of the unity of time domain and space domain calculation; then the receiving depth by changing the resistivity and receiving distance on basic the law of uniform half space model of ground and underground transient electromagnetic emission receiver, the vertical direction and the axial direction five line selection; finally explores the pure water filled tunnel cavity, vertical inclined water filling fault, fault, karst cave, underground river and large-scale response law of fault fracture. In the numerical simulation, the ground response law of underground transient electromagnetic receiver using the physical model test, using different offsets, receiving height, transmitting coil position The physical model test basic response law; and then use the top and bottom plates and vertical sections of low resistivity section were obtained at the top of the low resistivity, the low resistivity, low resistivity response characteristics of vertical characteristics; finally in front of the tunnel face with different water model experiments of water containing water containing upright, inclined, response of the water cube the response characteristics of different water content are analyzed in this paper. The field test, based on numerical calculation and model test on the first, ground and underground data acquisition of the known water sump, using the known model to verify the feasibility of ground and underground transient electromagnetic; secondly, the unknown area of the ground and underground receive data collection, using the roadway within the small loop transient electromagnetic method to verify the results; third, the ground launch ground receiving transient electric magnetic test of the unknown area, can Source control method to verify the results. Through numerical simulation, the physical model test and field test, the ground and underground transient electromagnetic device type of water containing plastid response characteristics is obvious. This paper developed multiresolution mesh algorithm, numerical simulation, experimental study on the ground and underground transient electromagnetic method to test physical model test and field response. The characteristics of device types under different abnormal water, laid the foundation for the latter part of the transient electromagnetic inversion.

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U452.11;P631.325

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