岩溶洞穴电磁响应的精细描述研究

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我国为岩溶地质现象多发国家,绝大多数的岩溶在工程建设中都以灾害的形式出现,对国家和人民的生命财产安全造成了极大地危害。近年来,随着我国城市化进程的进一步加快和国民经济发展的要求,许多重大建设项目不断审批立项,岩溶灾害问题也更加凸显,越发受到国内外学者的关注和研究。故及时探测出岩溶的位置,针对其进行治理防范便是重中之重。目前常用手段为钻探、槽探、物探等,而探地雷达这一物探方法以其操作简单、精准度高等优点成为最为主要的岩溶探测手段。  现有研究成果多将视野集中于岩溶位置和规模的判断,而针对其形态、充填性质均甚少提及。故本文从这一需求出发,从利用探地雷达判断岩溶位置、岩溶形态、岩溶充填性质这三个大方面入手,推导和简化理论公式,结合探测实例,试图给出一个较为精准的描述方法。主要研究内容及成果如下:(1)基于经典的电磁褶积模型,利用标准雷克子波作为激发源,正演模拟出了几种标准的雷达探测单道图谱。这些图谱充分考虑了充填型和空洞型两种大的理论模型,并涵括了多种介质组合,力图将常见的介质组合都给出便于对比的理论单道图谱,便于工程勘察设计人员简化工作流程,提高工作效率。  (2)通过研究岩溶溶洞的结构特性与介质组合,提出了充填型结构的充填度表达式,并给出了简易的计算说明。充填度的建立有利于工程勘察设计人员对充填物量的估算,便于考虑注浆量的多少,以节省成本。  (3)通过对岩溶洞体精细描述的概念解构,引出了反射系数反演这一重要概念。总结多位学者的理论研究成果,通过反复论证与实际应用测试提出了简化的反射系数递推法,此方法简化了大量复杂的参数与计算过程。只需应用几个简单参数便可以反演出反射系数的值,方法简便易用,在浅层探地雷达探测中的效果较好。  (4)通过大量探地雷达实际处理经验及理论推导总结,并结合岩溶洞穴勘测所需要的实际需求,给出了去零点漂移、静校正、增益、抽取平均道、带通滤波、道均衡、最小熵反褶积等几个主要步骤的处理参数选择,用以突出岩溶洞穴的形态与几何参数。有利于相关工程勘察设计人员在岩溶洞穴勘测中的应用与借鉴。  (5)反褶积作为突出波峰波谷值最重要的处理步骤,有多重不同的算法可供选择。而对于在岩溶洞穴这一地质异常的探测中,本文通过理论与实践得出最小熵反褶积在此应用领域有着较好的应用前景。在原有最小熵反褶积的基础上,应对于岩溶洞穴电磁响应的特点,给出了改进的建议,并利用实例证明了改进后的效果与实际情况较为相近,值得推广。  
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