瞬变电磁法对低阻薄层的分辨能力研究

从垂直磁偶极源激发的频率域电场出发,采用回线源瞬变电磁法一维正演方法,分别计算了低阻薄层随埋深厚度比和电阻率差异比变化时的感应电动势。依据电磁法探测的体积效应,对传统二分法进行了改进并定义了全区视电阻率的计算方法,并在此基础上分别绘制了低阻薄层埋深厚度比为1∶1.2、1∶1.5、1∶2及1∶4,电阻率差异比为1∶5、1∶10及1∶20的视电阻率曲线。通过对比不同地电模型视电阻率曲线的特征,指出了不同电阻率差异比时,瞬变电磁法对低阻薄层的分辨极限,归纳了瞬变电磁法对低阻薄层的识别及分辨能力,这对于研究地下水平层状介质的垂直电性变化具有重要意义。     

水平二层大地上偶极-偶极排列电磁耦合频谱的研究

本文较系统地研究了水平二层大地上偶极-偶极排列的电磁耦合(EM)相位频谱.认为影响二层大地EM谱性状的主要是电性参数μ₂(相对导电率)和几何参数h₁/a(盖层厚度/偶极距).在底层为高阻的二层大地上,具较强的EM效应,此时EM仅反映浅层;当底层为低阻时,EM可反映较深部电性体的分布.通过EM频谱和反演的参数规律分析,得出EM特征的变化可直接指示地下介质电阻率值的改变.     

LOTEM视电阻率曲线对一维层状介质的分辨能力

基于长偏移距瞬变电磁法一维正演研究,计算层参数和偏移距变化时的模型响应,对比分析视电阻率曲线变化规律和分辨系数。结果表明,对低阻目标层的分辨能力主要由纵向电导所决定,纵向电导越大越易分辨,低阻目标层纵向电导与覆盖层纵向电导比值越高,越易对低阻层分辨;在高阻层厚/覆盖层厚(V2)1时,对高阻层的分辨能力随厚度的增大而提高,而电阻率在一定范围内变化对其几乎无影响,在V21时,视电阻率曲线在一定范围内存在T等值原理。该方法对低阻层的分辨能力要远大于高阻层,偏移距的变化对分辨能力影响甚微。     

榆林地区浅埋煤层采空区电法综合勘探技术

为探明榆林地区浅埋煤层不明采空区,分析了其浅埋煤岩层垂向、横向正常电性特征以及存在采空区时的异常电性差异特征,从而确定榆林地区具备使用瞬变电磁法和高密度电法探测采空区的电性基础。然后开展了瞬变电磁法和高密度电阻率法探测的施工参数试验,建立相应的施工技术体系,实现了榆林地区浅埋煤层采空区的有效综合勘探。结果表明:(1)榆林地区正常地层垂向电性呈稳定的"低阻-高阻-低阻"趋势特征,而当煤层中存在地质异常体时,横向差异明显,出现不连续的高阻或低阻特征;(2)瞬变电磁法采用240 m×240 m发射线框、14 A发射电流、25 Hz发射频率、2048次叠加次数,高密度电阻率法采用20 m接收极距,这些施工参数可以满足榆林地区浅埋煤层采空区的电磁法探测要求;(3)瞬变电磁法、高密度电阻率法探测的异常区范围基本一致,在两种方法重合异常区打钻揭露采空区,说明两种方法可互相补充、验证,为应用于榆林地区煤层采空区综合物探的合理手段。     

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。     

基于Julia加速的射频大地电磁法正演模拟与位移电流作用研究

射频大地电磁法(Radio-magnetotelluric, RMT)是浅地表电磁勘探的重要手段之一。由于勘探频段为10～300 kHz,其电磁场传播受地下介质介电常数的影响较大。传统准静态条件下的电磁响应严重制约RMT正演模拟精度,并进一步影响反演成像分辨率。针对这一问题,提出了一种基于Julia并行加速的全电流RMT电磁响应数值模拟方法,利用Julia的分布式计算将各频点的计算发送到不同进程进行求解,从而达到加速计算的目的,同时在计算中考虑位移电流的影响,提升正演的模拟精度。通过计算几种典型高阻/高介电模型的RMT响应,分析并总结了位移电流对射频段电磁场视电阻率及相位响应的影响规律。数值模拟结果表明：当浅部存在高阻覆盖层时,基于准静态假设条件计算的RMT视电阻率和相位响应偏高,且频率越高、覆盖层电阻率越大,响应偏差越大;对于煤炭采空区模型,RMT法能有效反映异常体位置,但忽略位移电流会在采空区及其附近引起较大计算误差;起伏地形的算例表明地形会覆盖地下异常体的RMT数值响应,尤其是地形拐角处;2种不同规模的并行算例对比证明了并行算法的高效性,且随着求解问题规模增大,并行算法效率也随之...     

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。     

大地电磁测深法阻抗相位的特性与应用

从分析阻抗相位与视电阻率的关系入手,导出相位视电阻率的递推公式,对银额盆地实测大地电磁测深剖面资料进行了低频段视电阻率曲线的形态畸变校正,使视电阻率的残余静态效应得到了较好的压制,利用相位曲线的极值点准确地确定了白垩系低阻电性层的界面。     

大地电磁测深法阻抗相位的特性与应用

作为大地电磁测深法的主要参数,阻抗相位和视电阻率相比,具有较强的抗干扰能力和较高的分辨率.笔者从分析阻抗相位与视电阻率的关系入手,导出了相位视电阻率的递推公式,分析了阻抗相位的重要特性.以银额盆地实测大地电磁测深剖面资料的处理和解释为例,利用相位递推视电阻率校正了低频段视电阻率曲线的形态畸变,使视电阻率的残余静态效应得到了较好的压制,利用相位曲线的极值点准确地确定了白垩系低阻电性层的界面,弥补了视电阻率在资料解释中的不足之处,说明了阻抗相位在大地电磁测深资料处理解释中的作用.     

瞬变电磁在干旱地区探测岩溶水的应用

岩溶含水带及断层破碎带的电阻率,与其完整的围岩有明显的物性差异.在多测道V/I剖面图上显示为双峰异常,在视电阻率和纵向电导断面图上,分别显示低阻和高电导异常.为干旱地区找水、圈定富水地段、确定井位提供了依据.     

温度对土壤介电常数的影响规律研究北大核心CSCD

介电常数是频域反射法测定土样含水率的关键参数之一。为获取温度对土壤介电常数的影响规律,利用矢量网络分析仪测得不同含水率、含盐量的试样在不同试验温度下的介电常数。通过分析土样介电常数随不同因素的变化规律,最后建立了介电常数与温度的关系。结果表明:温度对土样介电常数的影响主要表现在冰水剧烈相变阶段。当温度低于某一温度或者高于冻结温度后,介电常数受温度的影响较小。负温条件下,土样介电常数随含盐量增大而增大。引入阶梯函数建立的三阶段模型,可有效描述土样介电常数随温度的变化规律。     

LNAPL 污染土壤介电性质的实验研究——-以石英砂为例

为研究轻非水相液体污染土壤的介电性质,在实验室条件下,利用石英砂( 粒径0. 106 ～ 0. 212 mm) 、柴油和水的混合物模拟LNAPL 污染土壤,采用开口同轴探头法利用高频电磁波( 200 MHz ～ 3 GHz) 在污染土壤中的反射获得介电常数,并分析土壤中油水体积含量变化与相对介电常数的变化规律。实验结果表明: 非饱和状态下石英砂的相对介电常数随着体积含水量和含油量的增大而增大,达到饱和状态后体积含油量的增加对相对介电常的影响不明显; 被污染的非饱和状态的砂样在放置过程中,相对介电常数随着放置时间的延长呈现先增大最后趋于稳定的变化趋势。     

用于多频电磁波测井的圆锥螺旋式有源接收天线

对用负阻抗变换电路同圆锥螺旋天线相结合，构成的有源接收天线进行了理论分析。并给出了该有源天线稳定工作的条件和设计原理。结果表明，用该方法设计的有源接收天线具有很宽的频带、较高的灵敏度和很小的尺寸，是多频电磁波测井较为理想的接收天线。     

基于FDTD的月壤分层雷达探测正演模拟

“嫦娥三号”巡视器上搭载的测月雷达通过500 MHz频率的天线,对巡视路线上的月壳浅层结构进行剖面式观测,能探测到月球地底下30 m深土壤层的结构。为了更好地分析测月雷达的探测结果,文中对月壤分层进行正演模拟,月岩层的介电常数采用与“嫦娥三号”登月点位置最近的Apollo 15的电性参数近似代替,月壤的介电常数是一个和密度相关的值且随深度的变化而变化。根据以上参数建立模型,基于时域有限差分（FDTD）原理,利用GprMax对月壤分层结构进行模拟,建立的模型包括月表介电常数随深度变化二层模型和月岩层存在下界面三层模型,并对其波形特征进行分析,找到月壤层次划分的一般规律,对“嫦娥三号”测月雷达数据的分析提供理论依据。     

The relationship between electrical capacitance-based dielectric constant and soil water content

Based on batch experiments conducted on soil samples in the laboratory, the relationship between dielectric constant and water content based on electrical capacitance measurement was investigated. Factors that may affect the relationship, such as measurement frequency, electrode array methods, and soil particle sizes, were analyzed. A model fitting the relationship between dielectric constant and water content was proposed. The results clearly indicate that even with the use of rod-like sensors, the measured electrical capacitance with 1 kHz frequency can be used to construct a good relationship between dielectric constant and water content. Although the electrode array methods (parallel or non-parallel electrode pair) and soil particle sizes do affect the obtained absolute values of dielectric constant to some extent, the relationship between dielectric constant and water content remains unchanged. A clear characteristic is the increase reduction in the dielectric constant at near saturation condition, and the low increase speed when water content is small. The proposed modified VG model incorporated this characteristic into it and fitted the data better than the reported models. These results suggest that the electrical capacitance-based dielectric constant measurement can be extensively used and would be useful, especially in the situations where parallel sensor requirement is difficult to satisfy.     

用于多频电磁波测井的负阻抗变换式有源接收天线

本文对用负阻抗变换电路同小圆锥螺旋天线相结合,构成的有源接收天线进行了理论分析,并给出了该有源天线稳定工作的条件。结果表明,用该方法设计的有源接收天线具有较宽的频带、较高的灵敏度和较小的尺寸。是多频电磁波测井较理想的接收天线。     

PLC控制系统工作方式的分析和研究

在使用PLC进行电气控制时，有时必须了解PLC的工作原理，才能达到满意的控制效果。笔者介绍了PLC的工作原理，然后从PLC工作原理的角度，讨论了继电器电路与PLC梯形图的逻辑等效性问题，和输入信号变化频率与扫描周期的关系，并给出了PLC输入脉冲的最高频率计算方法。讨论了I／O响应时间与扫描周期的关系，给出了最大I／O响应时间计算方法，最后讨论了定时精度与扫描周期的关系，分析了定时器的最大误差。     

强震作用下均质岩质边坡动力响应的振动台模型试验研究

近年来我国地震灾害频发,强震诱发边坡失稳作为地震中最为常见的次生灾害,致使我国的地震滑坡灾害数量位居全世界之首,针对强震作用下岩质边坡动力响应问题,采用铁粉、重晶石粉、石英砂、石膏、水作为相似材料,开展了均质岩质边坡振动台试验。详细分析了均质边坡模型在不同频率和幅值地震波输入下的地震动响应特征,发现当频率较低时,沿坡表水平距离方向上监测点的水平加速度放大系数是单调增大的,坡肩处水平加速度放大系数达到最大值,当频率进一步增大接近或者超过模型自振频率时,边坡模型不再呈现出典型的放大现象;相同幅值不同频率加载条件下,均质边坡模型的自振频率变化整体不太明显,而输入加速度幅值的变化对自振频率的影响更为显著,低频成分对模型损伤不明显,高频及自振频率附近频段对均质边坡的损伤更为强烈,导致模型的自振频率显著下降。该问题的研究对强震作用下岩质边坡地震动响应及变形破坏机理研究具有一定的指导意义。     

探地雷达在淡水区浅水域的探测试验

通过堤防护岸水域抛石探测、水下砼格及碎石层探测、江边堆场滑坡水域探测三个案例,说明探地雷达在淡水区浅水域探测效果。重点分析了探测对象所处环境的电导率、介电常数和探测所采用天线频率对探测效果的影响。探地雷达填补了浅水域工程勘察空白,研究成果对非水域探地雷达探测与检测具有借鉴意义。     

新疆巴音布鲁克区域干雪及风吹雪介电常数对温度和低频频率的响应

积雪是干旱半干旱区珍贵的可再生水资源,因此许多研究机构和人员将西北地区积雪特性的研究视为重点,然而对积雪介电常数的研究仍很少。积雪介电常数是建立积雪特性反演模型和雪水资源评估的基础,也是雪灾防灾减灾工作的辅助信息。为了研究不同雪层干雪和风吹雪介电常数与温度和频率之间的关系,使用I-V方法测量了巴音布鲁克区域干雪表、中、底层雪和风吹雪在1Hz~1MHz低频范围,-30~0℃温度区间内介电常数的实部和虚部。结果表明在1Hz~1MHz频率范围内干雪及风吹雪的介电常数与温度和频率有关;其中介电常数实部与虚部对温度和频率的响应相似,但虚部对温度的响应更加敏感;同时介电常数对温度的响应要比对频率的响应明显。最后得出了干雪表、中、底层雪和风吹雪介电常数实部与温度之间的线性关系,R²均大于0.85。