地下径流通道的形成、特征及其探测技术研究

论文摘要

地下径流是岩石介质中由水头高处向水头低处流动的地下水流，它主要通过断裂带等连通的空隙流动。流动带走空隙中的物质，淘空断裂带，影响断裂带上建筑物的稳定、矿山的安全。掌握地下径流通道的类型、特征和快速、有效探测其位置是矿山防治水和地下水勘探过程中的关键问题之一。本文通过理论分析、野外试验、现场检验等对这一关键技术问题进行了详细研究，主要研究内容如下：1．地下径流通道的类型、特征、形成机理和影响因素。介绍了地下径流通道的主要类型、特征，分析了每种类型的形成机理、影响因素及其与地下水运移的关系，提出了与矿山防治水、地下水开发等关系密切的地下径流通道的类型（亚类）及其作用方式。2．天然电场选频法的信息特征及其形成机理。提出对天然电场选频法接收到的信息进行分类，分析了每种信息的特征、形成机理和影响因素，介绍了每种信息在地下径流通道探测中的工作方式和资料解释，特别是对天然电场选法动态信息的发现、形成机理研究和在工程中成功应用，解决了以往勘探中主要依据静态信息探测断裂带等地质问题精度较低的不足，为探测地下径流通道中流动水等流体找到了一种准确、经济、快速的方法。3．地下径流通道中流动水及其地表电磁响应特征。介绍了地下径流通道中流动的地下水的运动和特征，分别就地下径流通道中孔隙水、裂隙水、岩溶水的分布、动力性质、径流方向以及在流动过程中与周围环境发生的化学、物理和动力的相互作用，导致地下水的流速、流量、温度、矿化度、化学类型等变化进行了阐述。并与常见的导电性良好的固态导体比较，认为它具有地下动态导体特征，分析了地下径流通道中流动水在地表形成动态电磁响应的机理，提出通过天然电场选频法动态信息直接反映地下流动水，进而确定地下径流通道位置的勘探新思路。4．在矿山注浆堵水工程中，以石下江煤矿注浆堵水为例，介绍了石下江矿区的地质和水文地质特征，分析了石下江煤矿区采矿前后水文地质条件变化、上覆土层的物理力学性质变化、矿井水的来源、矿井涌水通道的类型、矿山注浆堵水的特点和技术关键，首次提出利用天然电场选频法动态信息确定注浆堵水孔位置、了解地下浆液的流向和检查注浆效果。5．在城区断裂的勘探中，以湘潭城区杨梅洲-木湖断裂的勘探为例，分析了城区断裂探测的特殊性，首次提出利用天然电场选频法确定断裂带的范围、断裂带中流动水的位置和断层的大致倾向。6．在地下水开发中，以湖南科技大学2号水源井的勘探和成井为例，分析了地下水开发的特点及其技术关键，首次提出根据天然电场选频法动态信息找到流动水，进而确定径流通道，再在径流通道上布孔成井的工作思路，解决了地下水开采中成井率低、成本高的难题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 地下径流通道的形成、特征
• 1.2.2 地下径流通道的探测
• 1.3 本课题研究的主要内容和方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 主要研究方法
• 第二章 地下径流通道的形成、特征及其影响因素
• 2.1 孔隙的形成、特征及其影响因素
• 2.2 裂隙的形成、特征及其影响因素
• 2.2.1 裂隙的形成和特征
• 2.2.2 裂隙的影响因素
• 2.3 溶隙的形成、特征及其影响因素
• 2.3.1 岩溶发育的机理
• 2.3.2 岩溶发育规律
• 2.3.3 岩溶发育的影响因素
• 2.4 人工通道的形成、特征及其影响因素
• 2.4.1 勘探钻孔形成的通道
• 2.4.2 采矿活动形成的断裂
• 2.4.3 抽水和矿井长期排水形成的塌陷
• 2.5 地下径流通道中水的运动及其特征
• 2.5.1 孔隙水、裂隙水和岩溶水特征
• 2.5.2 地下水径流方向、强度及类型
• 2.5.3 地下水流动系统
• 2.6 本章小结
• 第三章 地下径流通道探测的理论研究
• 3.1 概述
• 3.2 天然电场选频法静态信息的形成机理
• 3.2.1 电子导电矿体的天然电化学作用
• 3.2.2 地下水离子的过滤作用
• 3.2.3 地下水离子的扩散作用
• 3.3 天然电场选频法动态信息的形成机理
• 3.3.1 均匀交变电磁场在导电介质中的传播规律
• 3.3.2 传导电流和位移电流的影响
• 3.3.3 波阻抗的影响
• 3.3.4 勘探深度及其影响因素
• 3.3.5 动态信息的特征
• 3.4 天然电场选频法的野外工作方法及资料分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 天然电场选频法在地下径流通道探测中的应用
• 4.1 矿山注浆堵水
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 天然电场选频法动态信息确定注浆孔位置
• 4.1.3 天然电场选频法动态信息控制注浆过程和检查注浆效果
• 4.2 城区断裂带勘察
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 物探工作布置
• 4.2.3 资料解释及验证
• 4.3 水源井的勘查和成井
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 物探工作布置
• 4.3.3 资料解释及验证
• 第五章 结论
• 一、本文取得的主要成果
• 二、有待进一步研究的内容
• 参考文献
• 作者近期科研和论文目录
• 致谢