煤矿CSAMT数据的广域电磁法处理

某煤矿采用V8多功能电法仪开展CSAMT探测试验,由于研究区内电磁干扰严重,得出的卡尼亚视电阻率质量较低。为了提高视电阻率数据的质量及其利用率,尝试采用广域电磁法进行CSAMT数据的处理,分别应用单分量电场法、比值法(电场和磁场相比)计算广域视电阻率。结果表明：由于V8施工时不采集场源发射电流,单分量电场法计算结果误差较大;比值法的计算结果在高频段与卡尼亚视电阻率一致,但在低频段优于卡尼亚视电阻率,与实际地电情况更吻合;比值法广域视电阻率的反演结果准确地揭示了矿区含煤地层和奥陶系灰岩的界面,地层解释结果与钻探结果一致,验证了广域电磁法在煤矿CSAMT数据处理中的可行性和有效性。研究成果为其他矿产资源的CSAMT数据处理提供参考。     

广域电磁法E-E_φ视电阻率研究

利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Ex分量、Eφ分量的幅值范围,提出了广域电磁法Eφ分量的视电阻率定义方法,初步研究了由Eφ分量定义的广域视电阻率的特点。在均匀半空间的条件下,水平电场Ex分量、Eφ分量幅值范围不同,测量Eφ分量可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。通过二层地电模型正演理论曲线的讨论,发现Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较比Ex方式小很多,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。通过H型、K型地电模型广域Eφ分量定义的视电阻率计算,结果表明,低阻中间层的反映情况比高阻中间层的好。数值计算结果表明,广域电磁法也有近区的存在。     

E-E_φ、E-E_x广域视电阻率对比与应用

在准静态极限条件下,利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Eφ分量、E x分量的幅值范围。在均匀半空间的条件下水平电场Eφ分量、E x分量幅值范围不同,测量Eφ分量计算广域视电阻率可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。数值计算结果表明广域电磁法也有近区的存在。通过二层地电模型的正演理论曲线的讨论以及野外实测数据的对比与分析,发现E-Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较E-E x广域视电阻率小,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。     

大定源回线TEM地空系统全域视电阻率定义

介绍了一种快速有效的瞬变电磁地空系统全域视电阻率定义方法。利用磁场垂直分量与水平分量的时间域响应定义地空系统全域视电阻率,实现全空间、全时域视电阻率定义。通过深入分析均匀半空间中地空系统的电磁场表达式,发现地空系统的时间域磁场响应可以用与地面类似的多项式表示,利用视电阻率平移算法,实现全域视电阻率定义。理论模型计算表明,该算法无需迭代,速度快且精度高。最后,对比分析了磁场强度法与感应电动势法定义视电阻率对于异常体的分辨能力。     

三分量定源瞬变电磁解释技术及其在金属矿区的实验

目前的瞬变电磁仪器已经为三分量瞬变电磁解释提供了硬件基础,但瞬变电磁的实用解释技术仍局限于对垂直分量的解释或一些简单近似技术。为充分利用三分量数据,进一步提高定源瞬变电磁方法的分辨率,针对定源瞬变电磁装置给出三分量全域视电阻率定义和三分量联合一维反演的方法。在进行全域视电阻率定义时,利用迭代求取反函数值的方法替代直接求取反函数的过程;引入三分量瞬变电磁数据的权重以构建联合三分量数据的目标函数,利用可行域法实现三分量联合一维瞬变电磁反演;最后将三分量解释算法分别应用在模型计算和金属矿的实际勘查资料上,以检验其有效性。模型试验和实际资料处理结果表明,三分量解释方法能够利用更多的瞬变电磁数据,获得更高分辨率的处理结果,且具有较快的计算速度。     

测量磁场水平分量H y的电性源广域电磁测深法

基于层状大地表面水平电偶极源电磁场公式系统,提出了比值法获取H y分量全区视电阻率计算公式。计算了层状地电模型多个收发距的电磁场各场分量E x、H y、H z,并用这三个场分量计算了全区视电阻率,以及E x/H y卡尼亚电阻率,并与模型的MT卡尼亚电阻率频谱曲线进行对比。发现H y全区视电阻率在赤道装置和轴向装置的广大区域对地电模型均有较好的响应,可进行单分量广域电磁测深。轴向装置H y全区视电阻率与赤道装置垂直磁场H z全区视电阻率相似,在低频段与层状模型大地电磁测深卡尼亚电阻率有相似的频率响应特征,在较小收发距条件下对大埋深基底就能有较好的响应。赤道装置和轴向装置测量的水平电场E x分量全区视电阻率在低频区均会进入“饱和”区。对于各电阻率定义方法,合适的收发距是较好地反映出地电特征深度变化的前提,多收发距测量有利于揭示深部电性特征。     

电性源瞬变电磁全区视电阻率定义

电性源瞬变电磁法是目前研究的热点,研究该方法的全区视电阻率定义同样很重要。文中给出了一种快速有效的全区视电阻率定义方法,利用该方法可以快速计算电性源瞬变电磁多分量的全区视电阻率。利用均匀半空间磁场强度响应曲线的平移伸缩特性实现视电阻率定义,该算法无需迭代就可以直接计算,速度快,精度高。最后,对比了水平磁场分量和垂直磁场分量定义的全区视电阻率对地层的分辨能力。结果表明,两种分量定义的全区视电阻率有相同的分辨能力,给电性源瞬变电磁法的多分量综合解释技术奠定了理论基础。     

广域电磁法中垂直磁场分量的分析与应用

接地导线源产生的频率域垂直磁场具有对地层敏感、垂向分辨率高、高阻穿透能力强、随收发距增大信号衰减迅速的特点。在接地条件较差、地形起伏很大的区域,测量水平电场和水平磁场的传统CSAMT工作方式不易实现,而测量垂直磁场是一种有效的测深方式。笔者从广域电磁法的原理出发,首先对频域垂直磁场的特性进行了分析,然后利用迭代法求取适用于全场区的视电阻率;将这种测量垂直磁场的广域电磁法工作方式应用于某冻土层地区的金属矿探测,取得了很好的效果。     

CSAMT中E_x视电阻率与E_x/H_y比值视电阻率的对比

常规CSAMT勘探是利用电场与磁场的比值来计算卡尼亚视电阻率。通过均匀半空间及层状介质模型,对CSAMT各场分量进行了计算,对视电阻率定义方式进行了分析。研究结果表明:采用电场Ex单分量定义的视电阻率,可以减轻比值视电阻率近区畸变严重的问题。实测资料分析结果进一步验证了Ex分量视电阻率的这一优点。在野外CSAMT资料采集时不必拘泥比值视电阻率这一种定义方式,可以根据野外实际条件灵活地调整采集方式,提高工作质量和效率。     

广域电磁法的主要特点

广域电磁法(Wide-Field Electromagnetic Method,缩写为WFEM)是何继善院士于2010年提出的一种人工源频率域电磁勘探新方法。与已有的可控源音频大地电磁法(CSAMT)相比,同等条件下,WFEM有效观测的平面范围大,获得的观测信号强,数据精度高,对地下电阻率的变化比较敏感,能够比较真实地反映地下电阻率的变化,只测量一个电场分量Ex,通过计算机迭代提取视电阻率,装备轻便,野外效率高。本文介绍广域电磁法的主要特点,以便有益于广域电磁法的推广应用。     

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.     

海洋可控源电磁场视电阻率计算方法

这里提出了一种计算海洋可控源电磁场视电阻率的方法,分析了水平电场分量振幅与视电阻率之间的关系,并介绍了海洋可控源电磁场视电阻率解释方法的原理。利用1D模型和2D模型海洋可控源电磁场响应计算了视电阻率,验证了视电阻率解释方法的有效性,为海洋可控源电磁资料定性解释提供了一种新的方法。     

接地电阻稳定性对音频大地电磁法测量的影响

音频大地电磁测深已经成为一种研究地球中浅部电性结构的重要方法,其需要采集微弱且易受环境噪声影响的天然电磁场信号,接地电阻稳定性是影响其测量精度的重要因素。这里基于大地电磁测量的等效电路,计算了均匀半空间条件下测量电场以及AMT视电阻率和相位的响应,并进行了野外对比实验。研究结果表明:接地电阻的变化对测量电场、视电阻率和相位影响不可忽视,尤其是高频;接地电阻变化范围很大时,高的接地电阻可以给电场和相位带来最大50%的误差,给视电阻率带来最大75%的误差。     

大定源瞬变电磁三分量全域视电阻率定义与三分量联合反演

多数瞬变电磁仪器可以同时采集三个分量的响应,但目前瞬变电磁的解释方法却主要以中心回线垂直分量为主。为了充分利用瞬变电磁三分量的信息,介绍一种大定源瞬变电磁三分量约束反演方法。基本思想是利用瞬变电磁三个分量的场分别求取全区视电阻率,并以此为基础建立初始模型,利用阻尼最小二乘法进行三分量反演。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三分量电磁响应,并推导视电阻率的全区与全期定义(即全域视电阻率定义);然后,利用烟圈理论求取视深度,并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三分量约束反演。利用文中视电阻率定义方法对已知模型数据进行处理,视电阻率曲线与模型的电性参数变化一致;以视电阻率结果为依据建立初始模型,利用三分量约束反演方法对层状模型数据进行反演,结果与模型吻合较好。     

对人工源频域电磁法视电阻率的探讨

对人工源频域电磁法的三种视电阻率计算方法进行了有关理论、一维地电模型正演、野外实验数据的对比分析,得出:广域视电阻率对于地质基底电阻率反映更真实,具有更强的抗干扰能力,但计算公式复杂;远区视电阻率对于地质基底电阻率反映没有广域视电阻率真实,但计算公式简单,且对于远区与过渡区的电阻率反映情况与广域视电阻率相同,也具备强抗干扰能力;卡尼亚视电阻率在远区与其他两种方法的结果相似,其计算视电阻率公式简单,但对于基底电阻率反映较差,且需额外测量磁场,导致抗干扰能力和工作效率不及前两者。故单纯从视电阻率反映的地质情况特别是基底地质情况看,广域视电阻率最优,远区视电阻率次之,卡尼亚视电阻率最次,但后两者计算公式简单。从勘探数据的正、反演角度而言,后两者的计算量要少于前者。     

一种可用于深部隐伏矿勘探的新方法——可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio—frequency Magnetotellurics)是七十年代初在常规音频大地电磁法(AMT)基础上发展起来的一种新的方法,它简称CSAMT。音频大地电磁法利用天然场源,在音频范围内测量大地电流的电场和磁场分量,计算出大地的视电阻率。AMT的信号源主要是区域性的雷电活动所产生的。     

基于最小泛函的CSAMT视电阻率计算方法

可控源电磁时间域数据的视电阻率计算,因其原理简单,计算处理速度快,可以较快反映地下介质电阻率分布情况,而在实际生产中得到广泛应用。传统的视电阻率算法采用求解均匀半空间电磁场响应函数的根,没有从整体上考虑野外数据中存在的噪声对视电阻率地影响。利用最优化理论,考虑野外数据整体的拟合情况,采用求解特定目标泛函的变分问题,提出了一种可控源电磁勘探时间域数据视电阻率求解方法,在实际应用中得到了优于传统方法的计算结果。     

利用连分式定义瞬变电磁法全区视电阻率研究

介绍了一种新的全区视电阻率计算方法。该方法利用连分式迭代求解非线性方程技术,直接对均匀半空间电偶源瞬变电磁法观测的垂直磁场与电阻率的非线性方程直接求解。利用该数值方法对层状介质进行了理论计算。数值计算结果表明,采用连分式方法可直接求出反映地电断面结构的瞬变电磁法全区视电阻率。      

用TEM反演法进行MT静位移的识别和校正

对瞬变电磁(TEM)资料进行反演时, 采用观测磁场而不用视电阻率, 避免了由于TEM视电阻率定义而引起的误差, 并且由源象磁场和观测磁场之间的拟合进行反演使反演结果受非均匀性影响较小; 将反演结果构置出地电模型, 计算出它的MT曲线作为静位移校正的参考曲线, 使它用于MT静位移校正更为可靠, 同时也解决了两种电磁资料从时间域到频率域的转换问题.由此实现用TEM反演的方法进行MT静位移的识别和校正.实例表明, 这种方法对MT静位移的识别和校正十分有效.      

瞬变电磁全区视电阻率数值计算方法研究

基于均匀半无限介质空间中场的表达式,给出了一维层状介质中心回线装置瞬变电磁测深法的全区视电阻率定义,研究了三种全区视电阻率的数值计算方法。特别是在计算的过程中,利用分段计算,解决了全区视电阻率解的非唯一性问题。同时引入二分查找法,解决了隐函数的反函数求解问题。通过正演建模和烟圈反演,进一步对比分析了三种计算方法,这在瞬变电磁测深资料的定性解释中,正确反映地下一维电性层电性垂向的变化特征具有重要的意义。