AMT在山区隧道地质勘察中的研究与应用

论文摘要

由于山区隧道所处的地形及地质构造复杂,会对地球物理场的分布造成严重畸变,形成假异常,难以从中提取探测体的有效异常,同时探测目标体埋藏较深,因此山区隧道的地球物理勘察,一直是工程领域的难题。对于山区隧道的地球物理勘察并没有一套比较完善的理论与方法。音频大地电磁测深法(AMT)相对于传统的勘察方法具有探测深度大、观测手段多、工作效率高且能适应恶劣的山区环境的优点,逐渐成为山区隧道地球物理勘察的主要方法。本文针对山区隧道特殊地形、地层岩性和隐伏构造等常见地质问题,从大地电磁基本理论、正演数值模拟、实测数据的反演解释等方面,对AMT在山区隧道勘察进行研究。首先,从音频大地电磁场基本理论入手,系统地阐述了一维、二维大地电磁场的波动方程与介质的电阻率及阻抗相位的关系。从音频大地电磁场满足的微分方程、边值问题及变分问题出发,推导了音频大地电磁法二维正演的有限单元计算算法,利用FORTRAN90语言对大地电磁二维正演进行编程实现。其次,针对山区隧道特殊地形、地层岩性、隐伏构造和地下岩溶四类常见的地质问题,建立正演模型,采用该正演程序进行数值模拟,研究并分析四类地质问题的正演模型响应特征,为实测数据的处理及反演解释提供理论依据。最后,结合九绵高速公路WLP隧道和MP隧道音频大地电磁测深法勘察实例。研究了音频大地电磁法在隧道勘察中的方法技术流程,形成一套针对山区隧道音频大地电磁勘察可行的方法技术与解释技术,并在其它隧道进行推广应用,取得较好的应用效果。通过理论研究、模型正演及实际工区的推广的应用,表明音频大地电磁法在山区隧道勘察中具有经济、高效、探测深度大且不受近场效应影响等特点,能够为山区隧道勘察提供参考依据及应用经验,具有重要的理论意义及现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
•   1.1 选题的目的及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 大地电磁法国内外研究现状
•     1.2.2 大地电磁法正演国内外研究现状
•     1.2.3 大地电磁法反演国内外研究现状
•     1.2.4 隧道勘察国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容及研究思路
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究思路
•   1.4 主要研究成果
• 第2章 音频大地电磁法理论基础
•   2.1 MAXWELL方程组
•   2.2 电磁场的波动方程和边界条件
•   2.3 各向均匀介质中的大地电磁场
•     2.3.1 介质的电阻率与波阻抗
•     2.3.2 趋肤深度
•   2.4 二维模型大地电磁场
•   2.5 本章小结
• 第3章 音频大地电磁法二维正演研究
•   3.1 音频大地电磁二维正演边值问题
•     3.1.1 外边界条件
•     3.1.2 内边界条件
•     3.1.3 边界条件归纳
•   3.2 音频大地电磁二维正演变分问题
•   3.3 音频大地电磁二维正演单元分析
•     3.3.1 矩形单元剖分
•     3.3.2 矩形单元分析
•     3.3.3 总体合成
•   3.4 视电阻率及阻抗相位计算
•   3.5 程序实现
•   3.6 本章小结
• 第4章 音频大地电磁法二维正演模型分析
•   4.1 不同地形的地质模型数值模拟
•     4.1.1 水平地形模型
•     4.1.2 斜坡地形模型
•     4.1.3 山脊地形模型
•     4.1.4 山谷地形模型
•     4.1.5 复杂地形模型
•   4.2 带地形的不同岩性地质模型数值模拟
•   4.3 典型构造的地质模型数值模拟
•     4.3.1 断层构造模型
•     4.3.2 向斜构造模型
•     4.3.3 背斜构造模型
•     4.3.4 复杂构造模型
•   4.4 水文地质模型数值模拟
•   4.5 数值模拟分析与讨论
•   4.6 本章小结
• 第5章 AMT法应用实例
•   5.1 AMT法九绵高速WLP隧道应用
•     5.1.1 研究区地貌及地质概况
•     5.1.2 研究区地球物理特征
•     5.1.3 研究区物探工作方法与技术
•     5.1.4 研究区物探成果图异常解释及推断
•     5.1.5 WLP隧道AMT勘察结论及建议
•   5.2 AMT方法九绵高速MP隧道应用
•     5.2.1 研究区地貌及地质概况
•     5.2.2 研究区地球物理特征
•     5.2.3 研究区物探成果图异常解释及推断
•     5.2.4 MP隧道AMT勘察结论及建议
•   5.3 AMT法在山区隧道地质勘察中的推广应用
•     5.3.1 CCL隧道的推广应用
•     5.3.2 WJP隧道的推广应用
•   5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张文鑫

导师: 李勇

关键词: 音频大地电磁法,山区隧道,有限单元分析,正演模拟

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,地球物理学,矿业工程,公路与水路运输

单位: 成都理工大学

分类号: P631.325;U452.1

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000142

总页数: 82

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