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。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。

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。