城市地下孤石井中地球物理定位技术研究

论文摘要

孤石是一种典型不良地质问题,严重制约着城市地下工程建设,由于孤石分布随机性强、无规律,孤石定位被认定为世界级难题,其探测技术研究成为近几年热点。常规地面物探方法因城市环境复杂,干扰严重导致孤石定位不理想,而井中物探方法受环境影响小,且信号发射和接收接近目标体,获取数据信噪比高,有助于提高孤石定位精度。因此,本文围绕城市地下孤石定位问题,提出井中探测方法,并为此做了深入研究,其主要研究内容和成果如下:（1）提出基于VSM技术的RVSP地震数据处理新技术。研究了基源信号阵列最小化构造技术,并以主频10Khz信号仿真证明利用有限角有限道数据能恢复基源信号。通过VSM实现RVSP→SWP和RVSP→SSP变换并建立数据分析理论及成像方法,研究了新技术探测孤石分辨率问题和成像范围问题,结果指出不同粒径孤石在叠加剖面中均有明显反射特征,随着粒径变大,成像结果能反应孤石规模,且纵向分辨率高于横向分辨率,新技术扩大了RVSP数据的成像范围,其边界受钻孔影响小,也降低了地面排列长度的限制。（2）研究基于VSM技术的井-地波场重构孤石探测应用技术,为孤石定位提供新思路。建立了该技术应用的数据处理方法和解析方法,实践成果指出该方法对孤石探测效果明显,分辨率高,定位准,SWP和SSP数据成像结果分别从垂直和水平两个视角对孤石定位,提高了孤石的空间定位能力。（3）深入研究城市地下孤石特征,建立广州地铁沿线孤石“大数据”样本,探索孤石样本的数理统计方法。建立孤石单一属性和多属性相关性数理统计和分析方法,统计结果在宏观上揭示了孤石分布规律;再通过电阻率测井数据和波速测井数据统计了孤石的地球物理特征,综合统计结果在宏观上揭示了城市地下孤石分布规律和地球物性特征,为孤石定位提供科学依据。（4）深入研究井中地震层析成像孤石探测技术。指出复杂观测系统有助于提高井中地震波层析成像质量,加快收敛速度,提出XY交互切割快速射线追踪策略,解决了复杂观测系统射线追踪和大量数据追踪慢的问题。（5）深入研究井中电阻率层析成像孤石探测技术。揭示孤石在井中供电情况下的电场响应特征,通过大量数值模拟分析了井中不同供电情况下孤石异常场对正常场的扰动情况,并利用求电场梯度的方法研究了井中供电模式与成像分辨率的关系,指出井中电阻率层析成像受布极方式影响小,临近电极区域分辨率最高。该论文有图110幅,表7个,参考文献143篇。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容及创新点
•   1.4 文章结构安排
• 2 孤石特征及对工程建设的影响
•   2.1 孤石的形成机理
•   2.2 孤石的分布特征
•   2.3 孤石的地球物理特征
•   2.4 孤石典型地质问题类型
•   2.5 本章小结
• 3 井中电阻率层析成像孤石探测技术研究
•   3.1 电位场正演原理
•   3.2 电阻率共轭梯度（CG）反演
•   3.3 电阻率层析成像孤石探测实例
•   3.4 本章小结
• 4 井中地震波层析成像孤石探测技术研究
•   4.1 地震波旅行时正演计算
•   4.2 地震波反演理论
•   4.3 模型试算及成像效果分析
•   4.4 井-井地震波CT孤石探测实例分析
•   4.5 本章小结
• 5 基于VSM技术井-地波场重构孤石探测技术研究
•   5.1 虚拟震源基本理论
•   5.2 RVSP数据虚拟震源构造过程分析
•   5.3 基于VSM技术的RVSP数据重构孤石探测模型试算
•   5.4 基于VSM技术的井-地数据探测有效范围分析
•   5.5 本章小结
• 6 基于VSM技术的井-地波场重构孤石探测实践
•   6.1 试验点地质概况及孤石发育特征
•   6.2 试验目的及方法
•   6.3 基于VSM技术的数据处理
•   6.4 SWP和 SSP成像结果综合分析
•   6.5 本章小结
• 7 结论及展望
•   7.1 工作总结
•   7.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位数据集

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李红立

导师: 潘冬明

关键词: 城市地下孤石,电阻率成像,地震波走时成像

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 自然地理学和测绘学,地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国矿业大学

分类号: P631.4;P231

DOI: 10.27623/d.cnki.gzkyu.2019.000286

总页数: 175

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