多道瞬变电磁法(MTEM)技术分析

多道瞬变电磁法(MTEM)具有深度大且探测精度高的特点,是目前电磁法领域研究热点之一。为推进多道瞬变电磁法深部探测系统的研发,对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析。首先,对多道瞬变电磁法的关键技术进行总结,其特点包括:采用大功率接地源形式;编码发射;多道观测;类地震资料处理。然后,指出多道瞬变电磁法的地球物理实质:多道瞬变电磁法属于近源测深,即通过改变偏移距达到测深目的;接收信号包括系统响应和大地脉冲响应(即含有一次场与二次场的混合场)信号,采用反卷积方法获取大地脉冲响应。最后,针对中国复杂环境下的深部探测,对现有的多道瞬变电磁法提出改进思路:1把二维观测系统改进成三维观测系统,即三维数据采集系统,使其应用性更强且更方便,探测深度大,精度高;2把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释;3从油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。     

积水采空区的电性异常特征分析

随着煤矿的大量开采,越来越多的煤田采空区形成,在地下错综复杂。采空区给人类生活带来诸多不便,采空区的垮落、塌陷,造成地面下沉、塌陷,毁坏土地、建筑设施等,同时对生态环境也造成巨大的破坏。因此,一种探测采空区分布的有效方法对人类社会会产生良好的经济效益与社会效益。当采空区的空隙被水充填,其电阻率呈低阻反映,这些特性成为瞬变电磁法探测地下采空区良好的地球物理勘探前提。文章根据煤层采空区的地质情况,建立采空区的地质模型,分析了深度变化对瞬变电磁探测采空区分辨能力的影响,认为瞬变电磁法探测采空区~([4])随着采空区深度的增加异常反映随之减弱。通过正演结果绘制测道视电阻率断面图,可以更加直观地看出深度变化与瞬变电磁法分辨能力的关系~([5])。最后,通过对瞬变电磁探测采空区的应用成果分析,阐述了瞬变电磁法在煤田采空区勘察中的有效性。     

基于聚类算法的钻孔瞬变电磁视电阻率立体成像方法

煤矿井下地球物理水害超前探测要求探测点20 m范围内不得有积水和金属物体,传统电磁法超前探测技术已不能满足要求,钻孔瞬变电磁法通过将收发装置送入掘进工作面前方的钻孔中进行探测,既远离了巷道中的各种干扰,又提高了隐蔽致灾水体的探测精度。为解决该方法对钻孔径向异常体的准确定位解释难题,通过三维正演总结了其水平分量异常响应特征,提出了异常体象限确定准则,研究了根据水平分量幅值和异常象限综合求取异常体工具面角的计算方法。将由垂直分量计算得到的每一个视电阻率视为独立异常体,基于K-means聚类算法对相应的水平分量异常曲线特征值进行二分类,实现了全数据集的视电阻率象限自动划分,结合异常工具面角算法研究得出钻孔瞬变电磁视电阻率立体成像方法。最后计算了三维数值模型的立体成像结果,对钻孔径向的小规模低阻异常体取得了良好效果。结果表明:基于K-means聚类算法的钻孔瞬变电磁视电阻率立体成像方法是地球物理与机器学习的有机结合,该方法能够为井下掘进工作面隐伏水害超前探测精细解释提供技术支撑。     

用瞬变电磁法探测灰岩溶洞

为了查明高速公路设计段地下灰岩溶洞的发育情况,运用大回线源瞬变电磁法在指定场地进行了探测。采用线性数字滤波技术进行正演模拟,采用改进的阻尼最小二乘可行方向法对资料进行反演计算,经过资料处理,查出地下灰岩溶洞的赋存位置,所解释的结果得到钻孔验证,效果很好。瞬变电磁探测技术的成功应用,很好地解决了高速公路设计中遇到的疑难地质问题。     

用瞬变电磁法探测灰岩溶洞

为了查明高速公路设计段地下灰岩溶洞的发育情况，运用大回线源瞬变电磁法在指定场地进行了探测。采用线性数字滤波技术进行正演模拟，采用改进的阻尼最小二乘可行方向法对资料进行反演计算，经过资料处理，查出地下灰岩溶洞的赋存位置，所解释的结果得到钻孔验证，效果很好。瞬变电磁探测技术的成功应用，很好地解决了高速公路设计中遇到的疑难地质问题。     

瞬变电磁测深快速拟地震解释方法及应用效果

详细讨论了电磁波与地震波在介质中的传播规律.根据瞬变电磁测深(TEMS)中心回线装置观测成果与大地电磁测深(MTS)成果的一致性,提出了瞬变电磁资料拟地震解释的思路.大量理论模型的正、反演计算结果表明方法理论是正确的,野外实测资料处理结果进一步说明了该方法的实用性.     

瞬变电磁法探测公路隧道工程中的不良地质构造

为了给公路设计部门提供选线依据,运用瞬变电磁法在山西境内的某两条高速公路隧道工程设计线路段上进行探测,以查明下覆不良地质构造的发育情况.通过对瞬变电磁法的探测能力进行理论上的讨论,对不同地电断面情况下的异常体电磁响应的定性分析,得出用瞬变电磁法探测不良地质体的可行性结论.经过资料处理,查出不良地质构造赋存的位置,解释结果与钻探资料完全吻合.     

豫煤物测队电磁法勘探技术获新突破

正日前,河南省煤田地质局物测队首次采用小回线瞬变电磁装置进行较大深度煤田勘探项目在山西拉开序幕。该技术的成功应用标志着该队在电磁法勘探技术上的新突破。项目勘探区内高压线分布密集,为保证数据采集质量,项目组施工时借鉴国内先进施工经验,大胆创新,采用瞬变电磁方法的重叠回线装置施工,并对重叠回线装置进行技术攻关,经过技术人员的刻苦钻研,已掌握完整的重叠回线装置瞬变电磁法的施工技术并应用于该项目施工。由     

瞬变电磁测深法在煤矿工程勘察中的应用

瞬变电磁法是目前工程勘察中应用较广的物探工作方法。尤其大回线源瞬变电磁法,由于发、收位于同一点,在近场测量,不存在体积效应,故分辨率高,特别是横向分辨率更高,可分辨出地下规模较小的不均匀体。笔者将瞬变电磁法用于甘肃华亭煤矿保安煤柱探测及宁夏灵武矿区圈定老窑采空区,资料清晰地反映出采空区的分布范围和保安煤柱的位置     

瞬变电磁法在断层含水性评价中的应用

本文介绍了瞬变电磁法在煤矿水文地质勘探中的具体应用效果.采用瞬变电磁法对落差较大断层的含(导)水性进行测量,不仅可有效地控制断层的空间位置,而且可定性地判断断层的富水性,其测量结果与已知水文地质资料吻合较好.     

Comparison of finite difference and pseudo-spectral methods in forward modelling based on metal ore model of random media

With more applications of seismic exploration in metal ore exploration,forward modelling of seismic wave has become more important in metal ore.Finite difference method and pseudo-spectral method are two im-portant methods of wave-field simulation.Results of previous studies show that both methods have distinct ad-vantages and disadvantages:Finite difference method has high precision but its dispersion is serious;pseudo-spectral method considers both computational efficiency and precision but has less precision than finite-diffe-rence.The authors consider the complex structural characteristics of the metal ore,furthermore add random media in order to simulate the complex effects produced by metal ore for wave field.First,the study introduced the theories of random media and two forward modelling methods.Second,it compared the simulation results of two methods on fault model.Then the authors established a complex metal ore model,added random media and compared computational efficiency and precision.As a result,it is found that finite difference method is better than pseudo-spectral method in precision and boundary treatment,but the computational efficiency of pseudo-spectral method is slightly higher than the finite difference method.     

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。     

Forward simulation of coal fire model by transient electromagnetic method with electrical source

Uncontrolled coal fires are natural disasters that may cause mineral loss and environmental damage. The traditional loop source transient electromagnetic method can effectively detect the low-resistivity region of coal fires, but its detection efficiency is not so good for high-resistivity regions. In view of this limitation, a technique based on electrical source transient electromagnetics is proposed in this paper to detect high-resistivity regions in the spontaneous combustion process of coal. Considering the complex geometry of the coal fire area, an unstructured tetrahedral grid is used in this study to realize the spatial discretization of the model, and solve the electromagnetic field based on a vector finite element algorithm. Numerical analysis is used to investigate methods for detecting coal fires and the characteristics of effective anomalies are further examined to provide guidance for practical detection.     

基于序列二次规划方法的高密度电阻率反演

针对高密度电阻率成像法反演计算中存在的困难，探讨了基于序列二次规划（SQP）方法建立可行的电阻率反演算法的问题。在对三维点电源二维地电体电位场模型有限元法正演计算的基础上．建立了基于SQP方法的高密度电阻率成像法反演算法。根据勘测中测量电极间距的不同，提出按不同的电极间距分别建立优化模型进行参数优化。通过对模拟电阻率模型和实际观测资料的反演计算．表明该算法进行高密度电阻率反演是可行的，其具有对初始模型无特殊要求、收敛速度快的特点。这一反演算法可望在高密度电阻率成像的反演计算中得到应用。     

Simulation of Spark Source Wavelet Under Multibubble Motion

Marine spark sources are widely used in high-resolution marine seismic surveys.The characteristic of a wavelet is a critical part in seismic exploration;thus,the formation and numerical simulation of spark source wavelets should be explored.In studies on spark source excitation,the acoustic field generated by the interaction between bubbles constitutes the near-field wavelet of a source.Therefore,this interaction should be revealed by studying complex multibubble motion laws.In this study,actual discharge conditions were combined to derive the multibubble equation of motion.Energy conservation,ideal gas equation,and environmental factors in the discharge of spark source wavelets were studied,and the simulation method of an ocean spark source wavelet was established.The accuracy of the simulation calculation method was verified through a comparison of indoor-measured signals using three electrodes and the spark source wavelet obtained in the field.Results revealed that the accuracy of the model is related to the number of electrodes.The fewer the number of electrodes used,the lower will be the model's accuracy.This finding is attributed to the statistical hypothesis factor introduced to eliminate the coupling term of the interaction of the multibubble motion equation.This study presents a method for analyzing the wavelet characteristics of an indoor-simulated spark source wavelet.     

Ronge-Kutta法在计算复杂构造区域地震波旅行时中的应用

采用Ronge-Kutta射线追踪法对地震勘探中几个典型地质模型的地震波射线路径和旅行时计算的实例和效果进行分析。将Ronge-Kutta射线追踪模拟的结果与程函方程计算的时距曲线结果进行对比,验证了Ronge-Kutta射线追踪法的易实现性和程函方程有限差分旅行时算法的强稳定性,表明Ronge-Kutta射线追踪法在复杂构造区域进行地震射线路径和旅行时计算时能得到较好的模拟效果。     

Research on modeling source effect of 3D CSAMT based on staggered-grid finite difference method

There is usually source effect in the field work of controlled-source audio-frequency magnetotelluric method.Source effect is a thorny problem during field working,data processing and interpretation.Therefore,it is very important for the results of field prospecting to model source effect and summarize its influence rules.Based on the previous research,the authors use 3D finite difference method to simulate the electromagnetic field and set different anomaly situation to study the source effect in near-field measurement,then conclude the in-fluence rules of source effect.Simulations provide the reference for the actual field work and data processing to correct the influence of source effect,so the information of the underground will be more approaching to the real.     

用随机有限断层方法模拟2016-11-13新西兰Mw7.8地震

在未来大地震发震构造已知的前提下,提出用经验公式确定大地震断层长度、宽度、地震矩和滑动分布等参数,并用随机有限断层方法预测未来大地震。用随机有限断层方法模拟2016-11-13新西兰M_W7.8地震的12个基岩台站地震动时程和反应谱,并用模拟的频谱幅值与记录频谱幅值平均比值确定模拟误差。结果表明,在周期为0~10 s的范围内,模拟误差在0.92~1.08之间,不同频率模拟误差的标准差变化范围不超过1。95%的置信区间宽度随频率无明显变化,模拟结果反映了地震动记录的平均效果。用准随机方法重新获取新西兰大地震断层初始破裂点和位错滑动分布,模拟地震动并计算模拟误差随频率的变化,得到与最初模型相似的结论,从而进一步证实了本文提出的获取震源参数并用随机有限断层方法预测未来大地震的可靠性,且其特别适用于大地震远场模拟。     

复杂地形条件下高频大地电磁法响应特性初探

基于电磁场正演理论编制高频大地电磁法正演程序,采用自适应有限元方法模拟起伏地形对高频大地电磁数据的影响,在10～105Hz频率范围内,通过地堑、地垒、任意起伏地形3种模型,分析总结起伏地形对高频大地电磁法TM和TE两种极化模式的视电阻率和阻抗相位曲线的影响规律,所揭示的规律可为山区高频大地电磁勘探外业布置与数据分析解释提供参考。     

水文重力效应改正中一维地下水模拟算法的对比

基于一维地下水渗透方程详细推导其有限差分解算过程,引入不同于显式差分的隐式差分和中心差分格式,对比分析不同差分格式对地下水模拟结果及其相应地下水重力效应的影响,并对其中的层间参数取值和非线性方程的线性化问题进行探讨。结果表明,在日本Isawa扇形地区超导台站,不同层间参数加权公式能够引起最大约0.15 μGal的重力效应差异,影响在1.9%以内;不同差分格式和线性化方法组合形式能够引起最大约0.12 μGal的重力效应差异,影响在1.5%以内。