基于异常场的地-井瞬变电磁法正演研究

在地-井瞬变电磁正演模拟中,前人均以总场为研究对象,分析响应特征。此次选择地-井瞬变电磁异常场为研究对象,对单异常体和多异常体以及在"定源异井"和"动源定井"两种观测方式下典型地电模型进行地-井瞬变电磁法三维正演模拟。首先推导了二次磁场的扩散方程,并用有限差分法进行数值计算。通过分析以地-井瞬变电磁异常场为研究对象,认为异常场能反映目标体空间几何位置参数。研究结果表明:在不同钻孔中接收的异常响应随时间推移而衰减减弱,但异常变化特征保持不变;在不同方位布置场源得到的异常响应差异明显,根据其测量结果可判定异常体空间位置信息。最后总结影响地-井瞬变电磁异常的主要因素有:目标体的埋藏深度、目标体与钻孔之间的耦合关系以及场源的位置关系。研究结果为相关资料解释提供理论参考。     

电性源地—井瞬变电磁异常场响应特征初步分析

地—井瞬变电磁法是在地面发射、井(钻孔)中接收的装置形式,能够利用已有钻孔使接收探头深入地下更加接近目标体,获得更加可靠的信息。该装置对于深部低阻体,尤其当存在低阻覆盖层、矿化等地质干扰情况下,对于规模不大的深部良导矿体的探测能力较强。相对于磁性发射源,电性发射源勘查范围更广,适合地形起伏矿区开展工作。本文旨在通过研究电性发射源条件下钻孔中地下电性界面的异常特征,为实际勘查工作的定性分析提供参考。文中通过一维模型正演模拟对三分量瞬变响应异常特征进行了初步分析,结果表明,由于瞬变响应总场中叠加了背景场和异常场的响应,曲线形态复杂,仅在中晚期道电界面反映明显;而异常场曲线形态相对简单,对电性界面反映明显;整体上水平分量的异常显示度高于垂直分量。通过数值模拟分析获得了对于电性源地—井TEM钻孔中三分量曲线形态的初步认识,验证了电性发射源条件下地—井TEM对于确定电性界面的有效性,能够为进一步研究提供参考。     

巷-孔瞬变电磁法在探测含导水构造中的应用

掘进迎头超前探水钻要探清楚含导水构造的空间位置比较困难。常规矿井瞬变电磁在含导水构造探测方面得到了广泛应用,但其存在巷道干扰因素较多等问题。巷-孔瞬变电磁三分量探测技术在钻孔中使接收位置更靠近异常区,降低了巷道内的电磁干扰对测量结果的影响,可针对性地对钻孔附近异常进行三维探查,具有探测精度高、对含导水构造反映敏感等优点。以某煤矿6煤西翼辅运大巷为例,利用掘进工作面超前探放水钻孔,使用巷-孔三分量瞬变电磁超前探测技术探测掘进工作面迎头前方含导水构造的范围及位置。结果表明:巷-孔瞬变电磁探测法可以探测钻孔径向30m以内的含导水地质构造的空间位置与异常大小,效果良好。     

组合薄板状导体的地-井瞬变电磁异常理论计算

地-井瞬变电磁法(SHTEM)是指场源在地面激发, 接收线圈在钻井中观测瞬变响应, 用以勘查深部矿产资源的勘探方法. 从等效涡流环方法原理出发, 计算了等效涡流环与Rx之间的互感系数以及感应电压. 通过建立组合薄板导体的数学模型, 计算模拟地下存在多个薄板状良导体组合情况下的起响应叠加场, 以研究组合导体的地-井瞬变电磁异常响应, 并分析这些异常响应的特征及规律. 认为钻孔在距离多个组合薄板状矿体较近的情况下, 通过地-井瞬变电磁测量能够进行分辨.     

轴向各向异性巷?孔瞬变电磁三分量响应特征研究

巷?孔瞬变电磁法在存在明显电导率各向异性的勘探区会产生较大的解释误差。基于时域有限差分算法,通过引入电导率各向异性张量构建控制方程、将矩形回线源电流密度加入Maxwell方程安培环路定理实现任意电流源的加载,以差分代替微分对控制方程进行离散,实现巷?孔瞬变电磁三维模型正演计算。在与解析解对比验证算法计算精度的基础上,构建全空间模型、层状模型和三维块状模型进行正演并分析电导率各向异性对巷?孔瞬变电磁三分量响应的影响程度与方式。结果表明:垂直轴电导率对巷?孔瞬变电磁三分量响应基本没有影响,水平轴电导率对巷?孔瞬变电磁三分量响应影响较大,其中,?B_x/?t响应主要受y轴电导率影响,?B_y/?t响应主要受x轴电导率影响;通过三分量响应的形态和幅值的相互关系可以辨别各向异性介质所在方位及主轴电导率方向;当异常体所处全空间介质为电导率各向异性时,异常体产生的异常响应会被全空间介质电导率各向异性产生的异常响应所淹没。电导率轴向各向异性特征在巷?孔瞬变电磁法解释过程中不可忽略,研究成果为巷?孔瞬变电磁法各向异性解释提供指导,也为各向异性反演提供参考。      

瞬变电磁法在新疆东天山天宇铜镍矿区的应用效果

为认识新疆东天山地区与基性-超基性岩体有关的岩浆型硫化物铜镍矿床的电性特征,在天宇铜镍矿区开展了TEM方法试验研究。通过TEM试验,获取了地面及地-井装置瞬变电磁法TEM响应、时间常数、电阻率等参数,并分析了它们与矿体、断裂、岩体等地质特征的关系。试验结果表明,瞬变电磁法在硫化物铜镍矿床应用效果良好,能为该种类型矿床的勘查提供一定的参考。     

地一井瞬变电磁三维交错网格有限差分正演及响应特性

为了研究地-井瞬变电磁响应特征,获得不同井位低阻薄板异常体的响应规律:首先采用交错网格有限差分技术离散二次场满足的频率域赫姆霍兹方程;然后结合虚框叠加等效和虚拟界面法将发射源和接收位置扩展到任意层位,解决了全空间背景格林函数的计算问题;之后利用MUMPS求解器求解频率域二次场,再经过余弦变换,获得井中任意位置的瞬变电磁响应;最后采用三维模型对本文算法的正确性进行验证,设计了均匀半空间和嵌入低阻薄板的三维模型,获得垂直磁场的三维分布,分析均匀导电半空间中低阻薄板对地-井瞬变电磁三维响应的影响特点.结果表明:本文三维地-井瞬变电磁计算方案的计算精度与前人基本相同;水平导电薄板的存在主要影响板体附近及穿过薄板的井中瞬变响应,最大的特点是在异常体位置附近的中期时间道响应出现变号现象.本文的研究为定性解释地-井瞬变电磁法异常提供一个技术手段,也为地-井瞬变电磁三维反演奠定基础.     

地-井瞬变电磁井旁板状导体异常响应特征分析

在实际工作中,地-井瞬变电磁井旁盲矿的异常响应受多种因素影响,曲线特征复杂。为了研究井旁板状导体位置、埋深、产状等参数对地-井瞬变电磁异常响应的影响,这里通过数值模拟计算了四类39个理论模型,分析了板状导体倾角、埋深变化及其与钻孔距离、相对位置变化的异常响应,总结了响应特征与板体几何参数之间的内在联系规律,为定性或半定量解释井旁盲矿异常提供了依据。     

地-井瞬变电磁三维交错网格有限差分正演及响应特性

为了研究地-井瞬变电磁响应特征,获得不同井位低阻薄板异常体的响应规律:首先采用交错网格有限差分技术离散二次场满足的频率域赫姆霍兹方程;然后结合虚框叠加等效和虚拟界面法将发射源和接收位置扩展到任意层位,解决了全空间背景格林函数的计算问题;之后利用MUMPS求解器求解频率域二次场,再经过余弦变换,获得井中任意位置的瞬变电磁响应;最后采用三维模型对本文算法的正确性进行验证,设计了均匀半空间和嵌入低阻薄板的三维模型,获得垂直磁场的三维分布,分析均匀导电半空间中低阻薄板对地-井瞬变电磁三维响应的影响特点。结果表明:本文三维地-井瞬变电磁计算方案的计算精度与前人基本相同;水平导电薄板的存在主要影响板体附近及穿过薄板的井中瞬变响应,最大的特点是在异常体位置附近的中期时间道响应出现变号现象。本文的研究为定性解释地-井瞬变电磁法异常提供一个技术手段,也为地-井瞬变电磁三维反演奠定基础。     

地—井瞬变电磁关键技术问题研究

地—井瞬变电磁法在加拿大、澳大利亚等国的勘查实践中已取得了很好的效果,国内由于缺乏从仪器设备到资料处理解释的整套技术,使得该方法未能被广泛应用。为此,研制了地—井瞬变电磁仪器,同时系统地研究了地—井三分量坐标系的确定、探头角度系统偏差的测定、三分量的校正运算、勘查目标体方位及距离的分析与计算等,并在实际的地—井瞬变电磁观测中获得了良好的应用效果。     

钻孔瞬变电磁法研究现状综述

与航空、地面瞬变电磁法不同,钻孔瞬变电磁法将接收探头置于钻孔之中,由于距离探测目标更近且远离地表,不仅可以观测到更强的响应信号,还可有效削弱孔外各类电磁信号的干扰,能够满足大埋深、精细化探测需求,尤其是深部盲矿和水害探测。通过回顾各类钻孔瞬变电磁法(回线源地?井、电性源地?井和隧(巷)道钻孔瞬变电磁法)的研究历史,总结各类方法在正演模拟、反演成像、仪器装备和应用案例等方面的研究现状。研究结果表明:回线源地?井瞬变电磁法研究基础丰厚,发展较为全面,已在生产中取得较多成功应用;而电性源地?井和隧(巷)道钻孔瞬变电磁法研究基础薄弱,由于理论方法、探测装备、反演技术等方面的限制,目前尚未得到广泛推广与应用,整体仍处在初步研究阶段,相关技术仍有待进一步提升。未来发展方向可以从以下几个方面入手,如带地形三维反演、快速地形校正方法、伪随机发射、多辐射源发射、套管干扰消除和多参数地球物理方法联合解释等,形成完善的钻孔瞬变电磁法理论和解译方法,为深部矿体探测、煤矿和隧道含水构造探测提供理论依据。      

矿井孔中瞬变电磁探测异常响应特征模拟

为了解决常规矿井瞬变电磁超前探测方法受矿井外界干扰影响较大,异常体探测定位不精确的问题,提出一种在井下钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法,对接收线圈所处水平面不同位置、异常体不同方位的异常响应特征进行数值模拟。分析钻孔瞬变电磁探测原理,进行钻孔发射线圈与接收线圈的试验设计以及施工设计,对均匀全空间模型、均匀全空间异常体模型、异常体位于钻孔不同方位的三分量异常场响应特征进行系统分析。在低阻异常体与线圈垂直时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最大,随着低阻异常体逐渐平行于接收线圈法向,异常响应逐渐减小,当低阻异常体完全平行于接收线圈法向时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最小。通过以上认识,可以根据钻孔径向不同象限位置的异常场三分量组合形态不同,判断异常体所在钻孔的方位。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“近似正弦曲线”或“近似反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限。通过这样的规律,可分析三维空间条件下异常体的空间位置及赋存状态。通过钻孔瞬变电磁超前探测异常响应特征的分析,可为钻孔瞬变电磁超前探测提供理论数据支持。      

冀东沉积变质型铁矿床瞬变电磁响应研究

本文介绍瞬变电磁方法在冀东沉积变质型铁矿勘查中的应用。根据冀东地区成矿地质背景,以及BIF型铁矿的矿体形态、产状、赋存部位、规模大小及含矿岩层特征,建立了层状模型、透镜体模型与向形模型三种地质模型。将地质模型转化为可处理的地球物理模型,按实际地质情况改变模型参数,完成了瞬变电磁的时域二维正演计算。分析了三种模型在多种情况下（低阻覆盖层、不同倾角、不同深度、发射源特征和不同电阻率）的瞬变电磁响应特征。结果表明,低阻覆盖层对于瞬变电磁场的扩散有一定的屏蔽作用,因而减小探测深度;随着矿体倾角的逐渐增大,瞬变电磁响应强度逐渐减弱,水平板状矿体比垂直板状矿体的响应要更为明显;勘探效果随着地质体埋深的增加而逐渐减弱;发射磁矩的大小对于瞬变电磁场的强弱产生直接影响,在实际应用中需要结合多方面因素,选择最佳的发射边长来达到最佳的勘查效果。利用冀东司家营地区进行的瞬变电磁勘察数据,研究了该地区铁矿床瞬变电磁响应特征,验证了上述模型的结论。     

钻孔瞬变电磁探测在水力压裂效果检测中的应用

水力压裂技术广泛应用在矿井冲击地压防治、围岩卸压等各方面，但对于压裂效果的评价检测一直缺乏高效、直观的技术手段。为解决这一问题，采用动源动接收的钻孔瞬变电磁三分量探测方法，开发了一套适用于压裂孔内施工的探测装备以及配套施工工艺。在煤矿井下开展了2次工程试验，通过对比压裂前后2次探测数据垂直分量的处理结果，提取出纯异常场，确定主要裂缝分布范围，并根据2组水平分量的计算结果实现了异常体中心方位角定位，完成压裂裂缝的立体空间三维成像展示。研究表明:钻孔瞬变电磁三分量探测技术能够与煤矿井下压裂施工相结合，通过压裂前后探测结果对比获得压裂液的分布位置，进而分析压裂裂缝发育情况，实现压裂效果检测评价的目的。      

双频激电法在山区复杂条件下的应用——以福建垄源金多金属矿区为例

双频激电法可同时得到低频和高频电位差,由其计算视幅频率可抵消相同的影响因素,抑制干扰,增强异常幅值,提高观测精度。根据垄源金多金属矿区物性参数可确定受构造控制的硫化多金属矿（脉）体多以充填形式产出,具有低阻高极化反映,随着埋深的不同,视幅频率（Fs）有相应的变化,幅值一般为4%～11%,与背景视幅频率（Fs）2%～4%有明显差别。该区野外工作采用SQ-3C双频激电仪器,测网布设测线6条,其中线距100m、点距10m、、测线长度为400m。根据Fs、ρs曲线形态及Fs等值线图解释该矿区存在一条破碎带,破碎带北部呈现矿体异常特征,推断矿体（脉）走向为北西—南东向。依据该物探成果结合地质资料,布置钻探验证孔,其中8-1孔于156m见导水断裂破碎断层,8-2孔于31m见高品位金多金属矿（脉）体,验证物探解释与地质钻探吻合。     

井地瞬变电磁联合探测在2 000 m深部找矿中的应用

深部矿产探测是一个难题,井中瞬变电磁方法(Transient Electromagnetic Method, TEM)通过传感器沿钻孔深入地下,更接近于深部目标体,从而提高见矿率和找矿效果。在国外井中瞬变电磁被广泛地应用于深部找矿勘查中,并取得了许多重要的找矿成果,而在国内受限于仪器、理论研究以及解释技术发展较慢等诸多原因,在实际深部找矿应用方面较少。以辽宁青城子白云金矿区2 000 m深部找矿作为典型案例,开展井中TEM和地面TEM的探测,尝试将地面和井中TEM资料进行综合解释,以期更合理地解释钻孔周围的有利成矿部位。实测结果表明:井中TEM原始剖面曲线在1 400~1 650 m深度段出现典型负异常特征,显示钻孔外局部低阻异常体的存在;此外,井中TEM原始曲线晚期道中出现极化现象,是由于断裂和破碎带中富集的与金密切相关的黄铁矿化引起;地面TEM反演结果清楚显示了测线下方典型分布情况,发现了隐伏断裂深部延伸较大,成矿条件良好;综合分析解释,TEM L52线所推测的隐伏断裂深部仍有良好的金富集条件;经钻孔资料证实,地面和井中TEM综合解释结果正确可靠。研究成果表明,井?地瞬变电磁法联合探测在深部找矿中具有较好应用前景。      

新疆黄山–镜儿泉地区与铜镍硫化物矿床有关的元素组合特征及找矿方向

黄山–镜儿泉地区位于新疆东天山东部,是我国重要的铜镍成矿带之一。本次研究以该区1∶20万勘查地球化学数据中的Ni、Cu、Co、V、Ti、Cr、Mg O和Fe_2O_3等8个元素或氧化物作为研究对象,采用主成分分析(PCA)、能谱-面积分形方法(S-A)以及局部奇异性分析(LSA),对与岩浆型铜镍硫化物矿床有关的元素分布特征进行分析,以及对异常进行识别。结果表明:(1)第一主成分(PC1)的方差贡献占总体方差贡献的62.9%,各元素均有较高的正载荷,在空间上与已知铜镍硫化物矿床具有较好的对应关系,可以作为找矿的指示标志;(2)PC1空间分布的复杂性,可能是地质过程、成矿过程以及表生过程综合作用的结果;(3)基于自相似性原理,通过对PC1的复杂场分离以及弱异常增强,发现PC1异常带或PC1异常的奇异值均与NEE向的深大断裂相对应。综合成矿地质条件以及异常带分布特征,认为与康古尔–黄山深大断裂、雅满苏深大断裂以及阿奇克库都克深大断裂等相对应的一系列NEE向的PC1异常带是进一步找矿的有利地段,可优先部署工作。     

根据TEM异常形态区分不同性质异常——浅谈TEM在火山岩地区深部找矿中的应用

本文介绍了在大兴安岭火山岩地区运用瞬变电磁（TEM）方法的工作经验,通过对该区地质、地球物理特征的认识、分析和研究,来区分不同类型矿床,总结了工作中一些成功的经验。