均匀半空间条件下水平细柱体不均匀介质影响场的定量研究

采用边界元数值计算法解决地电阻率（ρ＿ｓ）法中不均匀介质细柱体对ρ＿Ｓ测值影响的定量计算问题，给出细柱体自身参数变化，（电阻率、长度）、柱体与观测装置相对位置的变化（方向和位置）以及观测装置尺度改变时影响场的定量计算结果和影响特征。计算结果可供条件相当的台站使用。     

水平两层均匀介质中井下电阻率观测信噪比的理论计算

在点电源水平两层均匀介质模型下计算了在不同地电断面中观测时地表干扰电流源对观测的影响。得到:地表干扰电流源对地电阻率观测电势差的影响取决于地电断面类型和参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离。本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构选择、电极埋深、干扰源避让有参考意义。     

矿井瞬变电磁法三维时域有限差分数值模拟

给出了矿井全空间瞬变电磁场的时域有限差分法(FDTD)算法,并推导了Mur吸收边界条件.利用Mur吸收边界条件,选用均匀全空间电偶极源作为初始激发源,模拟了均匀介质中巷道底板岩层内部和层状介质中三维低阻异常体的全空间响应特性,分析了瞬变电磁场在均匀介质中1.9μs和27.6μs两时刻的传播规律及在层状介质中1.2μs和0.023 ms两时刻的传播规律.结果表明:巷道对电场的影响在初期并不明显,在20μs后才表现出来;瞬变场能较好地分辨低阻层,对高阻层的穿透能力强,并且对低阻体反映灵敏;吸收边界条件只有在场域较大、网格节点较多时才能产生明显的效果.所研究成果为矿井瞬变电磁法资料的解释提供了理论依据.     

地表固定干扰源影响下地电阻率观测随时间变化特征分析

在水平层状介质模型下,采用有限元数值计算方法建立三维模型,分析了地电阻率测区中位于地表的金属导线和局部电性异常体对观测产生的干扰形态和幅度随时间的变化特征。分析结果显示:1)低阻干扰源位于影响系数为正的区域时,将引起地电阻率观测值的下降变化,位于影响系数为负的区域时,将引起观测值的上升变化,高阻干扰源对观测的影响与之相反;2)地表干扰源影响的动态特征表现为,在浅层介质电阻率较低时对观测的干扰幅度要大于浅层介质电阻率较高时;3)对于正常年变的测道,低阻干扰源位于影响系数为正的区域时引起年变幅度增大,位于影响系数为负的区域时引起年变幅度减小,高阻干扰源对年变形态的影响与之相反;对于反常年变的测道,干扰源对年变形态的影响则与对正常年变测道的影响相反;4)金属导线对观测的干扰幅度受自身电阻率和横截面积影响:电阻率越低干扰幅度越大;有效横截面积越大干扰幅度越大。     

关于层状介质视电阻率响应系数的研究

本文从水平层状介质的电法理论出发,定义了电性层的响应系数S_i,并指出:S_i代表各层电阻率的变化对△ρs/ρs贡献的“权”,同时还给出了二层、三层和深埋电极时S_i的计算公式和部分计算结果,着重讨论了电性结构对表层响应系数S_1和底层响应系数S_n的影响。最后以此理论讨论了九个地电台站的具体情况。根据理论和实际资料的分析,得出以下几点结论: 1)从电性上,台址最佳观测条件是:表层响应系数S_1=0;底层响应系数S_n=1。2)台址的表层电阻率ρ_1高一些,底层电阻率ρ_3低一点,比较接近最佳观测条件。但各层电阻率之间的搭配关系需有一定范围,过高或过低的值都会偏离最佳观测条件。3)仅仅以电性剖面类型区分台址电性条件的优劣是不完善的,最好通过具体计算S_1来评判。     

应力作用下层状砂岩电阻率的变化特征

本实验是在室温条件下对兰州河口砂岩进行了单轴加载,在与加载方向平行、垂直和成45°角的方向上观测了电阻率的变化特征。主要的实验结果是: (1)垂直层理加载时电阻率ρ_(?)(平行于加载方向)和ρ_(?)(垂直于加载方向)的变化分为三个阶段:上升—平稳—下降。(2)平行层理加载时电阻率ρ_(?)和ρ的变化表现出明显的各向异性。不论平行或是垂直层理加栽,在与层理面45°角的方向上的电阻率变化均较小。本文还对上述结果进行了定性解释。由于这种砂岩的放大因子较小(10—10~2),所以不适宜做地电台址。     

台址下表层介质电阻率变化对视电阻率观测值影响特征的初步研究

气候的交替变化将导致大地表层含水量发生变化，从而使该层介质的电阻率发生变化，进而使得观测结果(即视电阻率)发生变化，显然这对地震前兆观测而言是一种干扰。目前我国绝大多数前兆地电阻率台采用单极距观测方式，因此观测到的视电阻率变化应是表层变化(主要是干扰)和观测范围内深部变化(地下介质应力与应变状态发生变化)的综合反映。作先依据台址下的水平层状模型进行了模拟计算研究，发现大地表层含水量的变化对单极距四极装置视电阻率观测值的影响有两个特征：(1)无论台址下电阻率结构是下伏低阻还是下伏高阻，表层介质电阻率升高对观测值的影响都很小；(2)表层电阻率降低对观测值的影响很明显，且对下伏高阻结构的影响大于对下伏低阻结构的影响。然后用视电阻率实际观测资料说明了将其特征用于预报的可能性。     

垂向全空间地电阻率观测的研究

本文导出了在两层均匀水平介质中垂向全空间地电阻率观测的理论解析式;确定ρ_S是ρ_2/ρ_1Z/L、H/L的函数。并经计算给出了一组垂向全空间地电阻率观测的年变幅理论曲线。指出只要适当选择布极深度和电极距,即可把年变幅压低到2％以下。对实验观测资料分析表明,观测基本稳定,资料连续可靠,年变幅在2％以下,与理论计算基本相符。理论与实验证明:垂向全空间地电阻率观测是压低干扰,获得平稳ρ_S值的有效途径。     

分层均匀结构地电阻率影响系数一个重要特性普适性的证明

1问题的提出在地电阻率观测中,为分析观测到视电阻率的变化和地下不同区域介质真电阻率变化之间的关系,钱家栋等(1985)提出了影响系数理论。多数情况下,地电阻率观测区可近似为分层均匀的电性结构(图1),对于n层结构,设第i层电阻率为ρ,厚度为h(i=1,2.,…,n),其中底层厚度h_n→∞。     

人为改变台址环境对地电阻率影响的研究

本文通过地电台站有干扰影响的实测资料的调查研究,得出人为改变台址环境,干扰引起的ρs变化无确定的形态。其变化特征主要与干扰物在测区内所处的位置、角度,干扰物的形状、大小、介质种类以及出现干扰后稳定性的快慢等多种因素有关。对引起的干扰变化,目前还无法排除。但是通过周密调查等方法可以识别出这类干扰。在查出干扰后,一般都要观测较长时间,等干扰条件稳定后继续观测ρs的相对值。如果干扰条件不稳定或干扰时间太长,可采用改变极距的大小、移动布极位置和方位,远离、清除干扰物或搬迁台址等办法,排除干扰。     

一种反演不均匀介质大地电磁测深资料的方法

通过反演受近地表不均匀介质影响的大地电磁测深资料的新方法,可获得较准确的一维地电断面参数、不均匀体埋藏深度及其电性特征。本方法计算速度快,单测ρxy,ρyx可独立反演并相互验证结果的准确性     

井下地电阻率观测中地表电流干扰影响计算

本文把地电阻率台站地下介质简化为水平三层均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流,针对对称四极观测装置,计算了在不同电性结构中的不同深度观测时,地表电流干扰源对对称四极装置地电阻率观测的影响,计算得到:地表干扰源对电阻率观测的影响取决于电性结构的类型和层参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离.本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构的选择、电极埋深、干扰源避让距离等有参考意义.     

综合物探方法在淮河滨河浅滩岩溶塌陷调查中的应用研究

淮南市八公山区原肥皂厂近些年出现大规模的岩溶塌陷地质灾害,为了查明该调查区地下溶洞、裂隙管道等不良地质体的发育位置,笔者采用高密度电测深法、音频大地电磁法和地震折射法对塌陷区进行野外实验研究,研究结果显示:受滨河浅滩第四系淤泥低阻覆盖层的影响,高密度电测深法和音频大地电磁法测量的视电阻率值偏小,普遍小于200Ω·m,对低阻异常体识别度很低,很难通过视电阻值大小来准确判定基岩与低阻异常体之间的相对空间位置,相比之下,地震折射法受低阻覆盖层的影响较小,覆盖层与基岩之间纵波速度相差很大,实验得出,河床淤泥层纵波速度小于1000 m/s,第四系含砂黏土层纵波速度在1000～2200 m/s之间,基岩纵波速度大于3000 m/s,基岩与覆盖层之间的溶蚀层位纵波速度介于2200～3000 m/s之间.研究结果表明,在滨河浅滩第四系淤泥层等低阻覆盖层的影响下,高密度电测深法和音频大地电磁法测量的视电阻率值偏小,仅仅依靠视电阻率值来判定基岩与低阻异常体之间的相对空间位置不够严谨,在此基础上采用地震折射法,利用基岩、低阻覆盖层与溶蚀层之间的纵波速度差异,能够更加准确的划分并圈定覆盖层、溶蚀层和基岩面的空间位置.     

电性源地-井瞬变电磁全域视电阻率定义

地-井瞬变电磁(TEM)方法是在地表发射,探头沿钻孔(井)测量瞬变响应的一种井中物探方法.由于接收探头沿钻孔深人地下,因此能够获得更加可靠的地下目标体信息,尤其当存在低阻覆盖层、浅部矿化等地质干扰,或者勘查深部规模不大之良导矿体时,地-井TEM方法的优势更加明显.相对于磁性源系统,电性源系统发射功率大,辐射面积广,更适合地形复杂地区之深部找矿.本文的目的是研究电性源地-井TEM的近似解释方法,首先给出了层状介质电偶极子在地下的TEM响应,进而通过电偶极子叠加的方式获得了电性源条件下的TEM响应.利用感应磁场与均匀半空间电阻率的单调关系通过反函数定理进行了全域视电阻率定义.理论模型的视电阻率计算结果显示,不同深度测点的视电阻率曲线首支不同,而尾支基本一致.这说明了全域视电阻率是测点周围有限范围内介质的综合反映,所以不同深度测点的视电阻率曲线首支所反映的范围是不同的.绘制了不同时间道视电阻率剖面曲线,以期显示地下电性分布规律.计算结果表明全域视电阻率定义能够基本可靠地反映地下信息,从而为该技术在矿区深部找矿的应用提供有力支持.     

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律.结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常.     

激电和电磁效应对三维复电阻率正演结果的影响研究

复电阻率法(CR)又称为频谱激电法(SIP),是一种重要的激电分支方法,在矿产勘查中应用非常广泛.然而,在实际的频谱激电野外观测资料中,总是会受到不同程度的电磁耦合效应的影响.因此,研究同时存在激发极化效应和电磁效应的复电阻率性质,对频谱激电法的实际数据处理具有一定的参考价值.本文首先在均匀半空间条件下,进行了复电阻率法的正演模拟.分析了频率、收发距的改变对视电阻率和视相位的影响.然后在有低阻异常体存在情况下,同时采用三维积分方程法和三维有限差分法,研究了不同条件下视电阻率和视相位的变化.最后,根据对正演模拟结果的分析,总结出不同程度的电磁耦合效应对视电阻率及视相位的影响规律,为准确分析异常提供了依据.     

强地震附近电阻率对称四极观测的探测深度

针对我国地震监测预报中固定地点和固定观测装置及参数的视电阻率观测,给出了半空间倾斜各向异性介质中电阻率对称四极观测的理论探测深度,研究了地震前兆信息的检测深度问题,得到：(1)在强地震、孕震晚期阶段,在震中区及附近可检测到地壳近地表较深部介质的电阻率变化,其深度大于或远大于均匀介质之;(2)震级、震中距、观测方向不同或在不同的孕震阶段,探测深度存在差异,甚至存在大的差异,且是动态变化的.并依据理论探测深度讨论了地震视电阻率前兆变化的复杂性、地电台址电性条件等问题.     

临汾台地电阻率趋势下降有限元数值分析

依据山西省临汾地震台地质资料、岩层电性资料和台站电测深曲线,将该台地下介质电性分布简化为二维电性结构,在此基础上,构建了三维非均匀层状介质有限元模型。三维有限元模型采用水平层状结构,假定浅层三层介质电阻率均匀。依据电测深曲线及水平层状模型,借助地电阻率观测资料获取测区地层电性结构。通过第一层介质电阻率变化模拟了2个测道的浅层介质电阻率变化,分别是测区NS向表层介质电阻率随季节性降雨的变化和EW向浅层介质电阻率随水渠水深的变化。计算结果表明,降雨对地电阻率会造成升高影响,解释了临汾地电年变形态"夏高冬低"的原因;此外,降雨对地电阻率的影响还随深度的增加而增大,同时还与介质均匀性、地质因素等有关。测区附近水渠内水位的加深对电阻率造成的变化很小,认为2010年以来的趋势下降异常跟水渠干扰关系很小。研究结果将会对地电阻率的干扰因素以及可能出现的前兆指示具有重要的意义。     

存在低刚性不均匀体情况下的走滑断裂

在含有椭圆包体的介质中，利用由３型裂纹组成的二维模型分析了不均匀介质中的走滑断裂，以例评估局部或层状不均匀体对断裂发展的影响，表征和控制不均匀介质中断层的主要特征是有效剪切应力的空间变化，有效剪切应力变化范围可解释同一地区的地震事件的各种不同应力降值，在含有低刚性不均匀体的介质中的应力场最明显特征是在不均匀体内有效剪切应力大幅度减少，这个结果可以用来解释沉积层中动态扩展的破裂受到抑制作用，同时它也     

瞬变电磁法全空间三维伪谱法模拟

本文根据均匀介质中时间域麦克斯韦方程组,应用伪谱法模拟三维全空间瞬变电磁场的扩散.将电磁场的六分量整理成统一的方程,通过初值条件替代源项将源响应问题转化为初值问题.使用快速傅里叶变换近似空间偏导数,应用切比雪夫多项式近似演化算子来求解方程.通过与全空间均匀介质瞬态线源响应的解析解的比较,验证伪谱法的有效性.计算和分析不同时刻全空间均匀介质中高阻体和低阻体的响应,说明瞬变电磁法对高阻体灵敏度不高,但能较好的分辨低阻体的特点,并反映出时间域伪谱法的优点,即可以连续地计算出电磁场扩散及与低阻体的响应过程.最后讨论伪谱法未来可能应用于矿井瞬变电磁和海底瞬变电磁等领域.