隧道地质超前预报中全空间瞬变电磁法的正演研究

我国有大量隧道工程，隧道在施工过程中往往会遇到各种水体病害，这些水体病害会给施工安全和进度造成很大的影响。瞬变电磁是一种重要的电磁勘探方法，它对含水等低阻体反应灵敏，预报距离远，是目前隧道地质超前预报最有发展前景的一种方法。在目前全空间瞬变电磁反演解释水平还不是很高的前提下，对隧道下全空间瞬变电磁法的正演研究有利于提高瞬变电磁解释的精度和准确度。针对隧道超前预报中的全空间瞬变电磁正演研究，本项目通过对基于等效导电平法的正演理论进行改进和创新，从麦克斯韦方程出发，由二维到三维递进研究全空间瞬变电磁正演的方法。借鉴du Fort-Frankel有限差分离散方法引入虚拟位移电流项构建显示时域有限差分方程，通过对经典时域算法进行了两点改进——矩形回线源电流密度加入麦克斯韦方程组的安培环路定理方程以及在计算中考虑关断时间，使得正演算法能够适应表层电阻率不均匀时的三维复杂模型，实现隧道全空间瞬变电磁三维正演。开展典型地电模型的数值模拟和物理模拟分析和验证，系统分析这些地电结构的瞬变电磁响应特征，总结出不同水体病害的探测方法和规律，进一步地提高瞬变电磁在隧道中的地质超前预报水平。 2100433B

我国有大量隧道工程，隧道在施工过程中往往会遇到各种水体病害，这些水体病害会给施工安全和进度造成很大的影响。瞬变电磁是一种重要的电磁勘探方法，它对含水等低阻体反应灵敏，预报距离远，是目前隧道地质超前预报最有发展前景的一种方法。在目前全空间瞬变电磁反演解释水平还不是很高的前提下，对隧道下全空间瞬变电磁法的正演研究有利于提高瞬变电磁解释的精度和准确度。本文拟通过对基于等效导电平法的正演理论进行改进和创新，建立数种典型的隧道地电结构模型及物理模型并开展相应的数值模拟和物理模型实验研究，系统分析这些地电结构的瞬变电磁响应特征，总结出不同水体病害的探测方法和规律，最后提出一种适合于隧道下应用的瞬变电磁正演理论和方法体系，有效地提高瞬变电磁在隧道中的地质超前预报水平。

随着大量隧道工程的修建，能否准确的探测及辨别开挖前方的不良富水地质体将极大的影响隧道工程的施工安全及施工速度。瞬变电磁法从原理上对地下水敏感，但已有的瞬变电磁法探水技术及设备对隧道工程的适用性仍然有待提高。本研究通过数值模拟计算及物理相似模型试验确定了隧道开挖过程中各影响因素对瞬变电磁法探测技术的影响。通过大量的理论分析及模拟计算确定了在三维全空间场中瞬变电磁效应与半空间中瞬变电磁效应的联系与区别，并根据这种联系与区别进一步展开隧道三维全空间瞬变电磁探水反演的研究，找出了全空间三维瞬变电磁反演与半空间瞬变电磁反演的联系与区别。根据大量的模拟计算结果与现场实测数据建立了隧道瞬变电磁探水的数据库系统，并根据此数据库建立了数据库专家反演系统；同时研发了瞬变电磁法神经网络专家系统及瞬变电磁法LSSVM专家系统，该系统可以通过自主学习随着使用不断的提高其反演计算的精确度。 2100433B

“地震模型正演计算及图例 ”是一套正演计算二维 地震的模块和计算结果，从射作了典型构造模型一百例 ，又用射线轨迹与解波动方程所用的克希霍定的子波结合制作了几十个油气藏模型，对示波仪显示作了照像记录。动方程制作了单层构造模型，多层构造模型和多层岩性模型。波方程多希霍夫积分公式的简化，并且对第一层以下各层没有采用全部绕射点，点附近的部分绕射点，因而振幅是不完全的。虽然如此，对目前了一些基本上已够用。通过对上述模型计算结果观察，已经有一些重要的地震复杂地震地质条件下，地震响应的解释给予了新的启示。如上层构造对重改造；界面曲率对射线的聚焦和散焦所引起的射线密度的显著变化，地表接收能量所带来的深刻变化；断层、挠折所引起的射线轨迹的突变支离玻碎景象；各种虚假的“背斜”构造和圈闭所造成的陷阱：速度横构造产生的严重歪曲和崎变等等。这个模型专题成果将有利于促进地震术的发展。 2100433B