地球物理与工程

1、地球物理与工程组长：马丽娜组员：刘海洋、胡峰、汪冲浪、张珂OUTLINE 地质雷达在地质灾害探测方面的应用刘海洋 高密度电法在地灾调查中的应用马丽娜 浅震在边坡中的应用张珂 面波法的工程应用胡峰 微地震与差异遗传算法反演汪冲浪地质雷达在地质灾害探测地质雷达在地质灾害探测方面的应用方面的应用刘海洋1 1 地质雷达基本原理地质雷达基本原理发射天线和接收天线紧贴地面，发射天线和接收天线紧贴地面，由发射机发射的短脉冲电磁波经由发射机发射的短脉冲电磁波经发射天线辐射传入大地，电磁波发射天线辐射传入大地，电磁波正在地下传播过程中遇到介质的正在地下传播过程中遇到介质的分界面后便被反射或折射，反射分界面后便被

2、反射或折射，反射回地面并被接收天线接收的电磁回地面并被接收天线接收的电磁波称为回波。根据回波讯号及其波称为回波。根据回波讯号及其传播时间便可以判断电性界面的传播时间便可以判断电性界面的存在及其埋深。存在及其埋深。2 2 地质雷达在地质灾害探测上的应用地质雷达在地质灾害探测上的应用 地震、地裂缝、岩溶塌陷、崩塌和泥石流等都会在岩土体中形成地震、地裂缝、岩溶塌陷、崩塌和泥石流等都会在岩土体中形成介电界面介电界面 介电界面两侧介质物理性质差异大，致使电磁波通过界面时的反介电界面两侧介质物理性质差异大，致使电磁波通过界面时的反射能量发生增减、波形幅值出现明显变化，据此可以译出该界面射能量发生增减、波形

3、幅值出现明显变化，据此可以译出该界面的准确位置及大致形态等信息手段的准确位置及大致形态等信息手段 地质雷达采用高频、宽频带、短脉冲及高速采样等技术，其探测地质雷达采用高频、宽频带、短脉冲及高速采样等技术，其探测精度及速度均高于其它种类的物探手段精度及速度均高于其它种类的物探手段3 3 举例：举例：地质雷达在滑坡调查中的应用地质雷达在滑坡调查中的应用寻找滑动面寻找滑动面 某滑坡采用加拿大生产的某滑坡采用加拿大生产的Pulse EKKO 型地质雷达搜寻滑动面，型地质雷达搜寻滑动面，其天线中心频率其天线中心频率100MHz,天线间距天线间距1.2m，步长为，步长为0.5m，采样间隔，采样间隔为为80

4、0ps，叠加次数为，叠加次数为4次，分析处理后得到图像：次，分析处理后得到图像：滑面在滑面在712m范范围内连续分布围内连续分布4 4 地质雷达在工程应用中的优缺点地质雷达在工程应用中的优缺点 优点：精确、高效、经济优点：精确、高效、经济 缺点：探测深度较前，虽然已经发展有低频地质雷达，但最大探缺点：探测深度较前，虽然已经发展有低频地质雷达，但最大探测深度只能到达百米左右。测深度只能到达百米左右。 （可以与瞬变电磁法（可以与瞬变电磁法TEM互补）互补）参考资料：1、赵忠海. 探地雷达在地质灾害调查方面的应用J. 中国地质灾害与防治学报, 2002, 13(2): 100-102.2、陈仲侯,

5、王兴泰, 杜世汉. 工程与环境物探教程J. 1993.高密度电法在地灾调查中的应用高密度电法在地灾调查中的应用 马丽娜马丽娜引言引言 近几年，在工程项目建设和生产实践中，经常会遇到各类不良地质现象，诱发地质灾害的发生，危及工程建设和人身的安全，地质环境灾害调查工作也受到了广泛重视。如何查明地质灾害的分布规律及诱发因素，是灾害治理的前提。高密度电法由于具有低成本、高效快捷、效果直观等优点，可以提供基础性地质勘察资料，被广泛应用于地质灾害调查工作中。 高密度电法采用阵列式勘探方法，测点密度大、使用的电极数量多，而且电极之间可根据排列装置不同自由组合，野外只需将全部电极置于测点上，然后利用程控电极转

6、换开关和微机电测仪，就可以实现数据的自动采集，提取更多的地电信息。高密度电法概述高密度电法概述 高密度电法测量系统目前有传统方式1（见图1）和分布式2两种，分布式智能高密度电法仪是在传统方式的基础上，利用计算机控制，用一根电缆 覆盖所测剖面，每一个电极都可以成为A、B、M、N极，便于扩展测量电极的道数。高密度电法量 系统包括排列（温纳装置）、排列（偶极装置）、排列（微分装置）和联合剖面装置等十多种测量模式，不论哪种方式都体现了如下特点：电极布设是一次完成的，减少了人为的干扰和误差；数据采集速度快，智能化操作，效率高；多种电极排列方式的扫描测量，获得地电断面的地质信息丰富，解释方便。 应用实例应

7、用实例 1.划分覆盖层，圈定滑坡界面 东北东部铁路通道前阳至庄河段汤池特大桥地质勘察。通过高密度电法进行探测，查明汤池特大桥隐伏构造及覆盖层和基岩的界限，为大桥基础设计和边坡处理提供依据。现场采用排列与排列，m点距，电性断面显示，纵向电阻率电性层状分布明显、地层界线清晰（见图）。2.断裂构造勘察 阜新海洲矿地质灾害勘察。通过高密度电法探测，查明地裂缝、滑坡分布情况、隐伏断裂构造及岩层的界限。现场布设6个排列，设计剖面长度为237 m，每个排列30道，下一个排列重复上一排列10道，点距3 m。其中号电阻率剖面图显示，在地表水平方向146162 m处存在低电阻异常带，近直立，向东倾斜（见图5），经

8、验证该异常与该区域太东一号断裂相吻合。 结论结论 高密度电法能够较直观而形象地反映出测量断面电性异常体的形态、产状等，能够经济有效地探明滑坡边界、断裂等不良地质现象的展布情况，是开展地质灾害调查的一种有效物探方法。但我们也要认识到，该方法也受场地和接地条件等制约，对于条件复杂的地质灾害调查，应当运用浅震、地质雷达等综合物探方法，结合钻探、岩土试验等勘察手段，为地质灾害治理提供更加丰富的基础性资料。参考资料：殷智武, 韩双. 高密度电法在地质灾害调查中的应用J. 辽宁工程技术大学学报: 自然科学版, 2008, 27(A01): 43-45.张珂1. 浅层地震勘探介绍l人工激发震源炸药震源非炸药

9、震源气动震源重锤运动学参数l地震波仪器接收l岩石物性：利用岩石的弹性性质l地震波参数可控震源动力学参数电火花震源2. 浅震中常用方法反射波法和折射波法3.浅震在滑坡中的应用l滑体外边界和滑体物质结构分区的确定l滑床形态和埋深的确定3.1.1 滑体地质结构的研究3.1.2 滑体性质和状态的研究3.1.3 地下水分布及渗流运动方向与速度的研究3.1 滑坡地段工程地质条件的研究据刘崧. 物探方法在研究三峡库区滑坡中的应用前景J. 地质科技情报, 1994, 03期:81-89.3.2 滑坡过程预测4.浅震在滑坡中的应用实例 某拟建高速公路在初勘时，发现路基附近有一小型滑坡体。滑坡体底面（滑动面）为砂

10、土层与强风化泥炭质页岩的接触面。强风化泥炭质页岩的透水性差，易形成隔水层，使得表层水难于向下渗透，雨季便有可能形成过饱和水的砂土层，在重力作用下产生崩塌。左图为经过滑坡体的一条地震反射波勘查剖面。在14-44ms存在一个非常清晰的地震波反射面（红线标注）。该反射面为滑坡体底面的反应。据刘基. 浅层地震反射波法在某些特殊工程地质中的应用效果J. 铀矿地质, 1997, 第6期:370-374.面波法的工程应用面波法的工程应用 胡峰胡峰面波法（瑞利波）概念概念：利用瑞利波在地质结构中的传播特征获取地质结构的相关特性可行性可行性：瑞利波能量最强，振幅最大，频率最低，在同一介质中瑞利波较其他波的波速

11、小，所以利用瑞利波有较好的分辨率，在30米深度范围内可以实现分米级别的识别。物理基础：物理基础：（瑞利波在不均匀的介质中传播其相速度（VR单一频率波所传播的速度）具有频散特征，通过测定不同平率的面波相速度可以了解地质构造和有关动力学参数等性质类型类型：分为稳态面波法和瞬态面波法，都是利用面波在地层中风的传播机理和固有特性，只是产生的震源不同。稳态法一次产生一个频率的波，二瞬态法则一次激振产生一系列频率的波。 一般可以分为稳态面波法和瞬态面波法 稳态面波法原理 面波法的主要目的是为了获取频散曲线 （即VR-f之间的关系如图3所示）通过 此图可以获取地层信息，该图反应了三 层地层结构 瞬间面波法原

12、理检波器检波器3检波器检波器2检波器检波器1激振器激振器xtVR = x / t面波成分面波成分震震 源源01101001000 1000080120160200240工程实例-故宫汉白玉栏板风化程度检测故宫汉白玉栏板风化程度检测X = 0XXYAA orientationNorth side0Stimulating transducerReceiving transducer15 cmXSketch map for the observing system of Rayleigh waves on the top of the marble platePulseTransducer15 cm

13、 X = 5cmX = 0HEMarble plate 15cm thick XTransducer for CTH = 1 5 cmAA武英殿前西侧第一块汉白玉栏板顶面瑞雷波 1 2 3 4 5 6 7 8 0 400 800 1200 1600 2000 故宫武英殿前西侧第一块汉白玉栏板顶面超声波检测记录波形t / sRayleigh wave 风化越严重，结构就越疏松，对应的相速度就越小。将所获得相速度与风化程度指标相关联，可初步评判汉白玉的风化程度。H / cmVR / m s-1( 1 ) 测点测点12H / cmVR / m s-1( 2 ) 测点测点23VR / m s-1H /

14、 cm( 3 ) 测点测点34H / cmVR / m s-1( 4 ) 测点测点45H / cmVR / m s-1( 5 ) 测点测点56H / cmVR / m s-1( 6 ) 测点测点67VR / m s-1H / cm( 7 ) 测点测点78故宫武英殿前西侧第一块汉白玉栏板超声波VRH曲线0510152025200 400 600 800 1000 1200051015202530400 600 800 1000 1200 1400051015202530200 400 600 800 1000 1200051015202530400800120016002000051015202

15、53004008001200160005101520253040060080010001200051015202530700 800 900 1000 1100 1200 利用类似的原理可以在地质灾 中探明地下空洞、软弱带等 cmH /cmX /cmE051015202530510152025510152025VR / m s-11003005007009001100130015001700故宫武英殿前西侧第一块汉白玉栏板瑞雷波检测竖向速度剖面参考资料： 工程原位测试波速测试ppt 李志清微地震与差异遗传算法反演汪冲浪 Microseismic monitoring is the passiv

16、e observation of very small-scale earthquakes which occur in the ground as a result of human activities or industrial processes such as mining, hydraulic fracturing, enhanced oil recovery, geothermal operations or underground gas storage. Microseismic monitoring is a passive method, meaning that it

17、listens for seismic energy which is already occurring underground. Microseismic events are caused when human activities such as mining or oil and gas production change the stress distribution or the volume of a rockmass. Passive methods provide a continuous 4D record of seismicity in the monitoring

18、region, rather than individual snapshots in time obtained by conventional 3D seismic methods. 来源：https:/ Low Signal-to-Noise Ratio (SNR) SNR: Signal amplitude with respect to the noise amplitude Leading to: High uncertainty in P and S phase picking High uncertainty in further signal processing High uncertainty in seismic parameter determination.Main work: microseismic event location Goal: determine spatial and temporal location of microseis