剥皮算法在瞬变电磁低阻异常分离中的应用

一维反演方法是瞬变电磁法数据解释最为成熟和常用的方法,相关研究成果较多.但是在实际应用中,对于同时存在规模相当的两层低阻层时,一维反演结果只能显示为综合的一层低阻层.为将同时存在的两规模相当的低阻层在瞬变电磁法一维反演结果中区分开,通过剥皮算法,在理论模型中建立一定的假设条件,近似地求得剥除上层低阻层的响应后的瞬变响应,对于实际条件中不满足假设条件的情况,提出了更加粗略的假设条件,并且对反演结果可能造成的影响进行了讨论.理论模型计算结果表明,瞬变电磁剥皮算法可以有效地反映出下方低阻层,实现了良好的异常分离效果.     

多辐射场源地空瞬变电磁一维反演方法研究

地空瞬变电磁法融合了地面与航空瞬变电磁的方法原理与观测模式,将发射源置于地表,并利用航空器在空中接收响应信号。因此,地空瞬变电磁法同时具有地面装置大测深、高信噪的优势以及航空装置中采集高效的优势。先有研究偏重于单一辐射源,忽略了多辐射场源在勘探深度与信噪比上的优势。因此需要研究适用于多辐射场源地空装置的数据解释方法。在解决多辐射场源地空瞬变电磁正演问题之后,以Occam反演理论为基础,对多辐射场源地空瞬变电磁一维反演进行研究。首先要构建目标函数,本文通过引入拉格朗日乘子,将数据拟合差及模型粗糙度组合起来进而构建目标函数;其次解决灵敏度矩阵的构建问题。模型计算结果表明本文多辐射场源地空瞬变电磁法一维反演算法的有效性,可为三维反演与精细解释提供良好的基础。通过对典型模型的反演计算,从其理论模型及反演结果的对比可以看出,Occam反演方法可以应用到多辐射场源地空瞬变电磁系统中,为多辐射场源地空瞬变电磁解释增加了新途径。     

半航空瞬变电磁法响应特征分析及反演方法研究

半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method)是一种新兴物探方法,可以在地形复杂的区域进行大面积的地毯式勘探,具有良好的发展前景。本文基于半航空瞬变电磁的一维正演理论,对半航空瞬变电磁的实际生产中采集的E_x分量和V_z分量进行了模拟响应分析,指出了E_x分量和V_z分量具有分布简单、均匀的特点。接着对阻尼最小二乘反演算法进行改进,加上正则项约束,降低对模型的依赖,通过改进的阻尼最小二乘约束反演方法进行模拟测算,得出该方法能较为准确的反映出地下电阻率,且对高阻探测能力有一定程度的提高的结论。     

瞬变电磁方法在探测煤矿浅层高阻采空区中的应用

过去在煤矿浅层高阻采空区探测中,普遍认为高密度电法为较好的方法,而瞬变电磁法通常被认为其对低阻反映较灵敏,对高阻反映不灵敏,而很少采用,但我国内蒙、山西等地,地表沟壑纵横,高差较大,不具备高密度电法的施工条件。因此,笔者给出一种在较小线框下进行的瞬变电磁方法,通过配合高发射频率和大发射电流,能够比较清晰的反映出地下高阻目标体,以此说明,针对地形起伏较大,不适合高密度电法施工的地方,小框瞬变电磁方法可以在一定程度上解决煤矿中不含水采空区的物探手段问题。文中参考煤矿不含水采空区埋深较浅的情况,设计了理论模型,正演计算得到的效果良好,对高阻的反映较为灵敏,并在鄂尔多斯地区某煤矿实际应用了该方法,得到的结果与开挖情况相符合,对煤矿生产起到了很好的指导作用,这表明该方法是切实有效的。     

ANSYS在瞬变电磁三维正演中的应用

瞬变电磁正演是研究瞬变电磁响应规律的有效途径,瞬变电磁的高精度、快速三维正演技术,是当前瞬变电磁正演研究的热点。ANSYS软件中的Multiphysics模块也适用于瞬变电磁法的正演模拟问题。本文通过一些模型算例介绍了ANSYS软件在瞬变电磁场三维正演中的应用方法,包括建模、加载、求解设置、后处理的一般过程。数值计算结果表明,利用ANSYS软件进行瞬变电磁正演模拟具有很高的计算精度。合理使用ANSYS软件进行瞬变电磁响应模拟可以提高正演模拟计算的效率,为分析、理解瞬变电磁响应规律提供有力的支撑。     

水平层状介质电磁法数据时频联合反演

通过一维层状介质电磁法数据的时域和频域正演结果,对不同电阻率大小的电阻层进行了反演计算,说明了在这种情况下电磁法数据时频联合反演的合理性.正演计算了一维层状模型下水平电偶极频率域水平电场响应及利用G-S变换计算时间域垂直磁场导数响应;利用最光滑模型约束反演方法建立了时频联合反演迭代公式.通过理论模型反演试算表明,该反演效果较好.     

地下瞬变电磁法一维反演

瞬变电磁法在地下工程中得到了广泛地应用,但目前地下瞬变电磁的解释方法却仍主要沿用地面勘探的理论。为了进一步提高地下瞬变电磁法的解释精度,介绍一种带约束一维反演方法。基本思想是利用电偶极子等效方法进行地下瞬变电磁正演,并合理构建目标函数,利用阻尼最小二乘法进行带约束反演。首先将回线源看成是多个电偶极子产生的场的叠加,利用偶极子叠加的原理求取回线的电磁响应,并进行全域视电阻率定义,以此建立反演的初始地电模型,最后利用阻尼最小二乘法实现地下瞬变电磁数据的带约束反演。利用带约束反演方法进行数据测试,取得了较好的效果。     

偶极TEM三分量曲线特征分析及应用试验

针对偶极装置瞬变电磁法的特点,利用三维正演模拟计算了不同产状低阻薄板的三分量响应,并对瞬变响应曲线特征进行了初步分析。在青海夏日哈木矿区开展野外试验,获得了良好的应用效果。正演计算及实测结果表明:水平分量响应能够显示异常体的边界、倾向,垂直分量响应主要反映异常中心。多分量综合解释可以更准确地反映地下异常体的中心位置、边界、倾向等几何参数,为实际资料解释提供依据。     

多层采空积水区瞬变电磁响应研究

多层采空区积水情况调查对资源整合型矿井的安全生产至关重要。为了提高瞬变电磁法对多层采空富水性的勘察水平,采用数值技术方法对积水采空区的瞬变电磁场影响规律进行了研究,分析了高、低阻多种电性组合、两层采空区的中心回线响应特征。研究结果表明,多层采空的存在导致大地电性分布更加复杂,浅层采空区积水的存在将影响深部采空区积水情况的甄别,导致瞬变电磁法的垂向分辨率降低。地层电阻率随深度逐渐降低的电性结构有助于瞬变电磁法的垂向分层。     

TEM多分量响应模拟及曲线特征分析

针对定源回线装置瞬变电磁法观测三个分量瞬变响应的特点,利用三维正演模拟计算了均匀半空间以及不同产状低阻薄板的三分量响应,并对瞬变响应曲线特征进行了初步分析。计算结果表明,水平分量响应能够显示异常体的边界、位置,垂直分量响应主要反映异常中心。多分量综合解释可以更准确地反映地下异常体的中心位置、边界范围等几何参数,为实际资料解释提供依据。     

等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报中的解释方法研究与应用

瞬变电磁法具有对低阻体反应灵敏的特点,在探测隧道掌子面前方含水或充泥断层、破碎带等低阻不良地质体上具有独特的优势。这里首先简单介绍了等值反磁通瞬变电磁法的原理及特点,然后通过对隧道全空间域高低阻模型一维正演曲线响应特征、视电阻率及视纵向电导曲线的解释特点和效果进行较为全面地分析研究,提出并分析了视电阻率等值线图与视纵向电导断面图联合解释方法。最后通过两个应用案例,总结出等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报成果解释中的一些特点和规律。结论表明,等值反磁通瞬变电磁方法适用于隧道超前质预报工作,能够有效提高预报成果的精度及准确度。     

直流电测深法与中心回线瞬变电磁法联合反演

分析了直流电测深法(VES)与中心回线瞬变电磁法(TEM)对地层的响应特征,结果显示:TEM对低阻层反应灵敏,而VES对高阻层具有较高的分辨能力。基于TEM与VES对地层响应特征互补的特点,尝试将TEM与VES数据进行联合反演,模型试算结果表明,联合反演的效果明显比单一方法反演的效果好。     

瞬变电磁法中两个问题的研究

针对瞬变电磁工作中出现的两个问题:用中心回线资料处理方法反演定源数据和地～井TEM探测中低阻屏蔽效应的影响,利用Maxwell软件进行了正演、反演计算分析。结果表明,用中心回线方法处理定源资料存在一定风险,尤其在地层为低阻,且测点远离中心点时误差更大。在地～井TEM测量中,当有低阻层存在时,通过加大发射磁矩测量磁场,有可能获取到低阻层以下目标体的有效信息,同时也表明了水平分量对低阻目标体的敏感性远大于垂直分量。     

定回线源瞬变电磁三维异常特征反演

分析了实现定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的可行性,简要地介绍了改进的广义逆反演方法基本原理,给出了定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的流程。对正演模拟数据进行反演的实例表明,定回线源瞬变电磁三维异常特征反演已得到初步实现。     

TEM探测深部煤层上覆多电性层的OCCAM反演

瞬变电磁法（TEM）以其对低阻体反映灵敏而被广泛用于煤矿水文地质勘探中,当煤层埋藏较深,上覆地层纵向上有多种电性层存在时,瞬变电磁法晚期经验公式计算结果已不能反映实际情况。通过深入研究OCCAM反演算法,认为选择使误差目标函数达到最小的正则化参数,在反演迭代步长过大时进行压缩迭代步长的控制方法,以及最光滑的模型约束,可以提高反演分辨率。在瞬变电磁数据处理中使用加入了上述参数、控制和约束的反演技术,经对理论模型数据进行反演,反演结果与模型的电性分布规律吻合,表明算法正确;在华北煤田深部采场的瞬变电磁法探测应用中,OCCAM反演分辨出了煤层上覆多种电性地层,效果较好。      

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。     

采用接地频域电磁测深对新河地区沉积构造的勘查

定义了该区沉积构造的特性，提出了两种解释接地频域电磁测深的方法。通过正演模型及实测计算证明了这些方法的有效性。结果表明：采用频域电磁测深法对沉积构造的解释和对无物探地质资料的沉积区域进行地质填图和寻找高阻层是一种行之有效的物探方法。     

回线源瞬变电磁法的一维Occam反演

基于Dipole 1D一维正演程序和Occam算法开发了回线源瞬变电磁法一维反演程序,并以四层介质模型验证了其正确性。对于倾斜界面模型,待反演数据由时域矢量有限单元法三维正演计算,通过对比实际模型和等效模型的反演结果,说明了一维反演可直接应用于此类情形。最后,开展了那仁宝力格煤田玄武岩深部探测案例研究。在反演电阻率断面图中,玄武岩整体形态呈"锅底状",与多个钻孔资料吻合良好,进一步验证了该反演程序的正确性。     

考虑发射电流波形的地–空瞬变电磁三分量响应研究

地–空瞬变电磁法在煤炭采空区勘探等领域受到了越来越多的关注, 有必要研究发射电流波形参数对地–空瞬变电磁三分量响应特征影响, 为地–空瞬变电磁数据处理与解释提供理论依据。以梯形波为例, 首先, 研究不同发射电流波形的频谱分布情况; 然后, 基于三维时域有限差分正演研究发射波形的上升沿时间、脉宽和关断时间对地–空瞬变电磁三分量磁场响应的影响。结果表明:上升沿时间对三分量二次场响应基本不产生影响; 关断时间对三分量二次场响应的影响主要集中在0.2 ms之前, 且关断时间越长对纯异常响应影响越大; 脉宽对三分量二次场响应的影响主要集中在0.1 ms之后, 且脉宽越短对纯异常响应影响越大。三维采空区模型结果表明:关断时间、脉宽对三分量异常场和背景场响应的影响特征基本一致; 通过三分量纯异常场响应多测道图和时间道图可以判断异常体的分布范围和深度。研究成果可为地–空瞬变电磁激励源波形的参数选取提供有价值的理论借鉴。      

考虑关断时间效应的瞬变电磁一维反演

为克服因关断时间校正而带来的误差,尝试直接对包含关断时间效应的瞬变电磁资料进行反演。正演采用将斜阶跃波离散为多个阶跃波之和的方法,反演采用经典的马奎特法。对模型试算的结果表明,采用该方法直接对斜阶跃响应进行反演,结果比较理想,计算速度也可以接受。