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电阻率跨孔CT探测方法及其工程应用

刘征宇  
【摘要】:近年来,随着工程建设面临的地形、地质条件和监测环境愈加复杂,对地球物理探测的成像精度和解译效果的要求也越来越高。针对以上需求,鉴于电阻率跨孔CT方法在探测精度和分辨率方面具有的优势,提出了以直流电阻率跨孔CT探测方法为先导的解决思路,对电阻率跨孔CT的观测模式、反演成像方法等进行了改进,主要研究内容如下: 1)二维电阻率跨孔CT快速剖面反演成像方法。针对反演问题中偏导数矩阵计算效率低的难题,提出了偏导数矩阵并行解析快速求解算法,利用解析算法保证反演的精度,利用并行算法提高反演求解速度;提出了一种适用于二维电阻率跨孔CT探测的、可综合多种观测模式优势的组合式观测模式,增强了对异常体的探测识别能力;通过大量的反演算例探讨了钻孔间距和电极间距等布设参数对二维电阻率跨孔CT探测反演成像效果的影响,总结了不同类型异常体存在时的成像特点和响应规律;通过物理模型试验验证了该方法用于异常体探测的可行性和有效性。 2)三维电阻率跨孔CT全空间反演成像方法。建立了三维电阻率跨孔CT测量电极的全空间立体布测模式,研究了低阻体、高阻体分别存在时对三维电场的影响规律;提出了不等式约束反演成像方法,将表征电阻率变化范围的不等式约束作为先验信息引入到三维电阻率跨孔CT反演方程中;提出了适用于三维电阻率跨孔CT的观测模式,通过与传统电法探测成像、二维电阻率跨孔CT探测成像效果比较,揭示了三维电阻率跨孔CT探测方法在异常体三维空间定位和精确识别方面的独特优势;通过大量的反演算例探讨了钻孔间距和电极间距等布设参数对三维电阻率跨孔CT探测反演成像效果的影响,总结了不同类型异常体存在时的成像特点和响应规律;通过物理模型试验验证了该方法用于异常体探测的可行性和有效性。 3)基于三维电阻率跨孔CT的时间推移-归一反演成像方法。提出了用于地质灾害灾变过程监测的时间推移-归一反演成像理论,对整个监测过程中的背景场和后续时间步采集到的视电阻率数据进行同比归一处理,消除旁侧干扰同时提取出更加有效的电阻率变化信息;在隧道突水对地下水环境影响的监测试验中取得了良好的应用效果。


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