浅海瞬变电磁全波形响应特征及探测能力分析

瞬变电磁法在浅海工程勘探等领域受到了越来越多的关注.目前浅海瞬变电磁仍处于应用初期,相关研究少且未有成熟装备问世,有必要研究其探测能力并为观测系统选取最佳观测参数.本文以几种典型发射波形为例,采用褶积算法细致分析了不同发射波形条件下浅海瞬变电磁on-/off-time响应受海底介质电导率、磁导率及发射波形脉宽等参数的影响特征与规律;通过三维正演并设定极限探测深度阈值,进一步分析不同发射波形on-/offtime期间浅海瞬变电磁探测能力及对典型三维目标体的极限探测深度.基于本文研究成果,可为浅海瞬变电磁探测装置设计、观测系统的参数选取及试验参数的选取等提供了一些有价值的理论借鉴.     

甘肃金昌金川镍矿SEP系统与国外仪器比对试验

地面电磁探测(SEP)系统在辽宁兴城杨家杖子矿与国外高端仪器对比试验中取得了不错效果.为了检验地面电磁探测(SEP)系统各组成部分在强干扰区中的性能及可靠性,以及由SEP系统各组成部分集成的整体系统的野外实际工作能力,继续在甘肃金川镍矿区,在强干扰背景下开展了与国外先进仪器的比对试验.利用SEP系统和国际高端著名商业仪器系统,通过不同发射机原始曲线、不同接收机原始曲线、反演剖面的对比,表明二者数据一致性较好,SEP系统的抗干扰能力已经和国际先进仪器相当,已经能够胜任各种复杂的勘探任务.     

无人机平台半航空瞬变电磁勘探系统及其应用

近年来,利用无人机平台搭载航空电磁勘探设备已经成为一种发展趋势,本文首先阐述了半航空瞬变电磁系统在国内外的研究进展,然后介绍了一种全新的利用无人直升机搭载的半航空瞬变电磁勘探系统(S-ATEM).S-ATEM系统由发射子系统、接收子系统、数据处理子系统和飞行平台组成,本文对各子系统关键技术及系统指标进行了详细阐述.S-ATEM系统采用无人直升机作为飞行平台,具有发射功率大、长航时、多分量、大探深、机动灵活、可移植性强等特点.利用S-ATEM系统在山东昌邑莲花山铁矿区开展了电磁探测飞行试验,并将探测结果与已知钻孔资料进行了比对,结果表明S-ATEM能够有效反映地下介质的电阻率变化,验证了S-ATEM系统的有效性和实用性.     

华北煤田瞬变电磁勘探深度研究

为研究瞬变电磁勘探在华北煤田的勘探深度,利用瞬变电磁感应电压晚期段表达式,通过指定仪器最小可分辨电压,推导出瞬变电磁勘探最晚可检测出有效信号时间及最大探测深度表达式,计算了特定情况下的极限探测深度和最晚有效信号检出时间:在发射磁矩为10002×20 A.m2,地层电阻率分别为10和100Ω.m时,瞬变电磁勘探最晚有效信号检出时间为209.6 ms和52.6 ms,最大探测深度为1823 m和2889 m;以实测典型华北煤系地层瞬变电磁曲线为例,其计算机反演深度达1400 m;结果表明:采用合适的仪器和正确的工作装置,瞬变电磁勘探可以满足华北煤田目前开采深度的勘探需要.     

ATTEM系统中电流关断期间瞬变电磁场响应求解的研究

在瞬变电磁法中,由于发射电流关断时间不为零、接收线圈的谐振频率有限,早期瞬变电磁信号发生畸变,只能舍弃,因此存在着探测盲区. 针对这一问题,研究了瞬变电磁方法中发射电流关断期间总磁场的形成过程,论证了一次场、二次场和总瞬变场的关系,分析了接收线圈的频率特性和关断时间对瞬变电磁场的影响,提出从总磁场中剔除一次磁场影响的方法,从而获得电流关断期间和电流关断后的早期瞬变电磁场. 采用吉林大学自主研制的瞬变电磁测量系统(ATTEM)在长春市伊通河活断层进行勘探,进一步验证了算法的有效性,缩短了瞬变电磁法的勘探盲区,实现了近地表4 m以下的勘探,可以清晰地分辨近地表的低阻异常,提高了浅层探测精度和分辨率.     

地面电磁探测(SEP)系统集成及优化野外探测试验（英文）

为了检验自主研发的地面电磁探测(SEP)系统的性能,在辽宁兴城及内蒙阿拉善等地开展了野外系统集成、仪器性能比对及大规模生产性探测试验。通过与世界先进仪器的发射波形、接收电场、磁场、视电阻率、阻抗相位及反演结果的全方位多角度对比,表明自主研发的SEP系统数据与进口高端仪器的数据基本一致。大规模野外探测试验结果表明,SEP系统性能是稳定的,同时具有轻便、灵敏度高及易操作等优点,便于实际野外勘探生产。     

瞬变电磁接收装置对浅层探测的畸变分析与数值剔除

从理论上对瞬变电磁系统的接收装置频率特性进行分析,得出了瞬变信号在早期发生畸变的根本原因,揭示出接收装置在发射电流关断期间和电流关断后对一次场和二次场的影响关系,给出基于导电球体模型下接收装置的谐振频率与最小取样时间的关系图,进而讨论了接收装置对浅层目标体探测的影响.当瞬变电磁测量系统在电流关断开始时刻记录全程瞬变响应和发射电流波形时,如果接收装置的位置和谐振频率已知,就可以通过数值计算方法从根本上剔除接收装置对早期瞬变信号的影响,即使接收装置存在过渡过程,也同样可以实现近地表浅层的探测,从而缩短瞬变电磁法的浅层勘探盲区,提高近地表的探测分辨率和精度.     

瞬变电磁法的探测深度问题

用解析分析、时域有限差分、时-频分析的方法,以地面中心回线装置和阶跃脉冲激励源为例,分析讨论了瞬变电磁测深法的勘探深度问题,以便为野外勘探工作设计提供依据,达到预期的探测目的.解析计算证实了瞬变场在地下以有限速度传播,数值模拟表示出了准静态条件下瞬变场的反射.研究结果表明,由于时间域电磁场遵循因果律,瞬变电磁法的探测深度主要由观测时间决定. 瞬变电磁场的初始传播速度与大地电阻率无关,继后在大地色散作用下,阶跃脉冲前沿逐渐变得平缓,各频率分量的传播速度与电阻率有关,在低阻地层中探测同样的深度需要较长的观测时间. 最大探测深度是在给定时间内电磁波往返地下某一深度的单程距离,最小探测深度受仪器性能的限制,但是埋藏较浅的异常体也有可能在晚时段被观测到.从时-频密度谱中可得到瞬变电磁场信号时间与频率的关系.     

瞬变电磁法在煤炭领域的研究与应用新进展

随着浅部煤炭资源开采进入尾声,深部煤层的勘探与开发成为下一步的发展趋势.为了探索瞬变电磁在煤炭领域的发展突破方向,本文从理论、方法、技术、装备及应用等方面对瞬变电磁法用于煤田探测的研究成果进行了分析总结.首先介绍近年来瞬变电磁法在地面和井下的最新进展,包括时变点电荷载流微元理论、瞬变电磁全空间理论、修正式中心回线法、电性源短偏移深部探测法、小回线大电流法、矿井强干扰处理技术、地形影响校正技术、联合时-频处理技术、以及在井下和有低阻覆盖时观测数据的处理技术等.然后,结合实际情况,说明瞬变电磁法在煤炭领域的应用效果.最后,展望了瞬变电磁法在煤田领域的研究方向,包括进一步完善电性源近场探测理论和全空间物理场基础理论,开发精细数据处理的方法及地面-井下联合分析方法等.     

多通道瞬变电磁法资料处理方法技术综述

多通道瞬变电磁法是近年来国际发展的油气资源探测新方法,为了实现这种方法由油气资源领域向矿产资源勘查领域的拓展,中国科学院地质与地球物理研究所牵头对其装备与数据处理解释系统开展技术攻关.针对上述自主研发的多通道瞬变电磁装置,基于其数据采集、数据处理与解释等技术要求,本文对与之匹配开发的多通道瞬变电法磁数据处理解释系统(包含预处理、大地响应正演模拟、二维和三维数据偏移成像等模块)的性能进行分析,结果表明:经过对多通道瞬变电磁法数据处理方法的技术攻关,形成了包含数据处理、正演模拟、二三维偏移成像、解释与可视化等模块的多通道瞬变电磁数据处理解释系统,为多通道大功率电法勘探系统的应用提供了良好的支撑作用.     

地面电磁探测(SEP)系统对比试验——内蒙曹四夭钼矿

为了检验自主研制的地面电磁探测(SEP)系统各组成部分在实际勘查中的性能与可靠性,以及整体系统的野外实际工作能力,在内蒙古乌兰察布市兴和县的曹四夭钼矿开展了SEP不同类型磁传感器之间以及SEP整套系统与国外商业仪器系统的全面对比试验.试验采用多种方案,分别进行了高温超导磁传感器和感应式磁传感器之间的性能对比试验;磁通门磁传感器和感应式磁传感器之间的性能对比试验;SEP发射机与GGT-30发射机、TXU-30发射机的发射性能对比试验;SEP系统与V8、GDP-32II等国际先进仪器的CSAMT法综合对比试验;以及SEP系统和V8系统的MT法对比试验.本文对试验结果进行了分析,表明自主研制的SEP系统已经基本达到甚至优于国外同类产品的性能,能够很好地胜任野外实际勘查工作.     

瞬变电磁法深度探测正演模拟研究

针对当前瞬变电磁法探测能力有限的问题,利用一次磁场理论公式,分析相同磁矩下、不同发射线圈一次磁场分布及衰减规律,从而确定其信号深度影响范围;对水平层状介质相同磁矩下、不同发射线圈的二次场进行数值模拟,采用Guptasarma和Singh滤波算法及余弦变换法,利用均匀半空间解析公式进行验证,并对不同正演模型结果进行分析,总结发射磁矩决定探测深度大小。对磁矩相同条件下产生的结果数据进行拟合,得出有效探测深度与线圈边长2倍相当的结论,可为野外矿井生产与工程勘探提供施工布置与定量解释的指导依据,从而提高野外工作效率。     

Field testing of the surface electromagnetic prospecting system

To test the performance of the Chinese whole-surface electromagnetic prospecting (SEP) system, system integrations, instrument performances, and large-scale production viabilities in Liaoning province and Inner Mongolia were measured via extensive field tests. Resultant electric fields, magnetic fields, apparent resistivities, impedance phases, and inversion profiles compared favorably with results of commercial equipment from other countries. The inversion results agreed well with the geologic information from boreholes. Field tests showed that the SEP system is stable, reliable, lightweight, and easy to operate, making it suitable and ready for real-field exploration.     

综合勘探方法在解决地质问题中的应用

三维地震勘探在解决诸如小断层、小构造、煤矿采区陷落柱等方面的应用日益广泛。然而,由于地质条件的复杂性以及各种物探方法的特点不同,有时三维地震勘探方法需要与其它物探方法相结合才能更好地发挥其作用。本文以济三煤矿十四采区为例,介绍了利用三维地震和瞬变电磁法勘探相结合,探测采区的断层及煤层顶板上100m内的岩层富水体的方法、特点及经验。     

用扩散电场法估算CHTEM-I系统的探测深度

时间域航空电磁系统的探测深度是一项关键技术参数,在系统研制设计和资料解释中都有重要作用.当目标层与围岩电性差异不大或目标层引起的异常响应不明显时,常规的估算探测深度方法不再适用,为克服这种缺陷,本文提出了一种系统探测深度的估算方法,该方法通过模拟电场在均匀半空间模型和层状模型中的扩散过程,记录电场最大幅值在地下的瞬时位置,将系统的探测深度定义为观测到的响应值等于给定的噪声水平时,对应时刻的地下介质中感应电场幅度的最大值对应的深度.论文以我国自主研制的直升机时间域航空电磁系统CHTEM-I为例,根据对不同条件下的计算结果的分析,给出了探测深度与模型电导率、飞行高度和噪声水平之间的关系曲线,并总结出一些能够提高系统探测深度的建议.结果表明半空间模型电导率在0.000295~0.0422 S/m范围内,CHTEM-I系统可以在噪声水平与t^－0.5成正比条件下达到300 m的探测深度.本文方法的估算结果不受模型层厚薄,或目标层与围岩电性差异小等因素影响,因而具有较高的实用性.文中的结论对时间域航空电磁系统设计有理论指导意义,也可用于其它时间域电磁勘探系统探测深度的估算.     

多通道大功率电法勘探仪集成试验

采用自主研发的多通道大功率电法勘探仪进行了深部矿勘探测试.首先在河北省张家口市张北县进行了仪器整体的调试和波形测试等试验,试验结果表明,在大偏移距情况下,尽管存在50 Hz电磁干扰,也能获得与发射波形相关的波形曲线,验证了仪器系统的正确性和稳定性.然后在内蒙古曹四夭钼矿区采集了4.8km的剖面数据,并进行了相应的数据处理工作.对所采集的数据进行了大地脉冲响应计算、峰值时刻提取和视电阻率计算,以及电阻率二维反演工作,反演的的电阻率断面结构与已知地质资料相吻合,验证了数据流程和处理方法的正确性.此次多通道大功率电法勘探仪的成功集成,为进一步大规模比对试验和装备整装勘探打下了基础.     

3D DEMAP数值模拟与观测实验

为推动电磁剖面(EMAP)技术向找矿勘探领域发展,本文针对密集阵列剖面(DEMAP)测量方式,利用三维积分方程法对层状介质中赋存三维地质异常体的电性结构进行了数值模拟,并在青海野马泉铁锌矿集区西部进行了大地电磁(MT)与DEMAP的野外对比观测实验.数值模拟结果显示,DEMAP观测方式获得的结果受偏移距影响,造成的视电阻率和相位误差与偏移距大小和地下电性结构的复杂性密切相关,但在整体上,统计误差≤10%.通过对野马泉矿集区的实验结果分析可得,DEMAP与MT的视电阻率断面和相位断面具有较好的一致性.本文从理论和实验上都表明DEMAP观测技术是一种有潜力的、经济、快速、有效的找矿手段.     

野外实验场地球物理电磁数据采集与分析

地球物理电磁数据观测实验场的建立在国内仍属空白,根据开展电磁法的方法技术要求,我们率先选择具备条件的已知矿区作为实验场地,开展了包括国内、外多种型号电磁法仪器(GDP 32Ⅱ、V8、DEM-V、DJS-8A)的相同装置下的同剖面同点位对比试验.对野外实验场上所开展的不同方法每种仪器的数据采集方式与取得结果进行比较分析,并与地质资料进行了结合分析;通过地球物理电磁数据的综合观测研究,形成标准化的数据,将对电磁法仪器开发、仪器引进提供实验检测场地与标准的检测数据,促进地球物理电磁探测技术的研究与发展.     

矿井物探技术应用现状与发展展望

通过回顾近六十年来矿井物探的发展历程,简要分析总结了国内外现有的煤矿矿井物探技术的分类与特点、研究现状与应用成果,详细介绍了主要矿井物探方法技术（矿井地震法、矿井电磁法）的研究应用新进展,提出了目前我国矿井物探技术存在的一些迫切需要解决的问题和今后的发展方向.结果表明：矿井物探是地面勘探技术的重要补充,是矿井地质工作的重要手段,它相对于常规的矿井地质手段而言,具有更准确、更快捷、更方便等特点,已成为我国煤矿现代化安全生产中必备的探测技术手段,具有广阔的发展前景.