对瞬变电磁测深几个问题的思考(二)——小回线瞬变场法探测分析与实践

阐述了小回线瞬变场法探测的几个问题:在地电断面一定的情况下,瞬变电磁（TEM）场的理论扩散深度仅取决于时间;模拟不同大小回线发射电流相同时,其激励的地下电场峰值到达某一深度的时间相同,只是强度不同;经过推导与计算,显示小回线中心的感生电动势比预想的大,按大回线公式计算小回线观测结果的转换视电阻率会大大缩小;列举了几个小回线TEM法实际探测结果。从理论与实际结合上展示小中心回线TEM法的探测能力。      

磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率定义及计算

讨论了磁源TEM中心回线装置全程视电阻率的计算问题。利用电偶极子的瞬变场叠加来计算磁源TEM中心回线装置的瞬变场,均匀半空间的计算结果表明,该方法是可行的。用电偶极子的瞬变场定义了磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率,通过对二、三、四层电性断面的视电阻率的计算,并与TEM晚期视电阻率进行了对比,说明了该定义的优越性。实测磁源TEM资料的计算表明,用电偶极子的瞬变场定义的磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率较好地反映了电性断面特征,其对浅层磁源TEM探测及资料解译具有使用价值。     

Simulink在瞬变电磁场暂态过程分析中的应用

为了研究瞬变电磁场分布变化规律，在理论上推导了不同阻尼状态下的瞬变电磁暂态响应方程，并采用Simulink对瞬变电磁场暂态过程进行模拟仿真，设计开发了激励电流、发射回线、地质异常体、接收回线等效电路模块和互感关系模块；系统研究了电感、分布电容和电阻对发射和接收回线等效电路的影响。结果表明:发射回线的阻尼状态决定了瞬变电磁场激励波形特点，接收回线的阻尼状态则直接影响瞬变电磁场的衰减特征和观测质量。电路仿真结果对于抑制非地质因素的影响和指导瞬变电磁观测系统设计具有重要意义。      

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。     

全时域时间谱视电阻率算法研究

本文采用数值逼近的方法,逐段用多项式表示偶极—偶极排列的瞬变电场。根据求出的多项式指数和系数,建立全时域时间谱视电阻率的算法。该算法能对小收发距（ｒ与ｈ１相近或更小）时的瞬变电场,计算出可形象反映地电断面的视电阻率。     

瞬变电磁勘探技术在探测采空区中的应用——以阳煤集团氧化铝厂采空区勘探为例

瞬变电磁法(TEM),是利用不接地回线向地下发送一次脉冲瞬变磁场,再测定一次脉冲瞬变磁场引起的二次涡流场的方法。当地下存在电性不均匀体时,会观测到电性不均匀体的涡流异常场,通过对异常场的分析研究,推断矿体、地下水、采空区等地下盲体的存在和部位。华北石炭-二叠煤系地层的电阻率比非煤系地层的电阻率值高,铝土矿层电阻率相对较低,下伏奥陶系灰岩电阻率最高。地下矿体局部被采出后,对应地层的导电性随采空区的塌陷程度及赋水情况不同,表现为相对较高的电阻率或较低的电阻率值,依据此特征成功地利用瞬变电法应用于采空区探测中。     

回线源瞬变电磁测深快速反演方法

回线源瞬变电磁测深法(简称瞬变电磁法或TEM法)是以不接地回线为场源,在回线内、外测量电磁场的一种电磁测深方法,已经广泛用于固体矿产、工程地质和水文地质调查工作之中[1,2]。目前,回线源瞬变电磁法主要采用中心回线和重叠回线两种测量装置,测量回线内垂直磁场产生的感应电动势。“烟圈”反演方法是瞬变电磁反演的主要计算方法,“烟圈”反演利用地表瞬变电磁响应与某时刻电流源镜像等效原理,计算勘探深度和对应电阻率。这里给出了回线源瞬变电磁测深一维“烟圈”反演解释方法的基本原理、计算方法和应用实例。结果表明,一维“烟圈”反演解释结果纵向分辨率较高,能反映出地下电性变化情况,可以用于瞬变电磁测深资料解释工作。     

混凝土内部有限空间电场分布理论研究

混凝土结构、构件为有限空间介质,其内部电场很难套用半空间或全空间的边值问题进行分析,给出解析解.为探究混凝土内部有限空间电场分布规律,分别采用物理模型试验、镜像法和数值模拟的方法进行研究.首先通过标本架法观测混凝土试件的电阻率作为混凝土正常电阻率值;分别利用镜像法、物理模型试验和有限单元法模拟计算、混凝土有限空间的电场...     

中心回线瞬变电磁测深法快速电阻率成像方法及应用

利用导电全空间与均匀半空间中心回线源和磁偶极子在阶跃电流激发下磁场公式和扩散速度的定义,导出了不同条件下瞬变场的扩散速度公式。在此基础之上,引入瞬变电磁测深全区视电阻率定义数值计算方法,给出了电阻率成像的一阶与二阶近似公式,从而建立了一套中心回线瞬变电磁测深快速电阻率成像方法。模型检验结果、实测剖面电阻率成像以及对大地电磁测深视电阻率曲线进行静偏移校正效果均良好,说明该方法是可行的、有效的。      

中心回线瞬变电磁资料快速处理方法

这里对中心回线瞬变电磁资料数据的处理进行了探索。首先通过原始时间序列计算全区视电阻率,然后采用烟圈法对数据进行反演,得到视电阻率—深度断面图。为了验证处理结果的正确性,采取与GDP-32商业软件瞬变电磁模块的反演结果进行对比的方法,通过对比,验证了该快速解释方法是有效的。     

直流激发极化法中的视电阻率参数及二次场采样

目前的直流激发极化法仪器,一次场采集于供电方波的末端时间,包含了被激发形成的二次场,在高极化率地质体上,仪器反映的视电阻率将削弱其低阻特性或放大高阻特性。以甘肃北山地区某铜铁矿测量为例,说明在野外工作中,做适当的数据处理,可降低这种影响。     

论直流激发极化法的视电阻率参数

直流激发极化法，计算视电阻率的一次场采集于供电方波的末端时间，从而包含了被激发形成的二次场。在高极化率地质体上，得到的视电阻率将削弱其低阻特性或放大高阻特性。为此，建议在野外工作中，应对所采集的一次场作适当的处理后，再计算视电阻率，以降低这种影响。     

水平电偶源r方向电场值应用的理论研究

根据准静态极限条件下,水平电偶极源在均匀半空间表面产生的r方向电场分量E r表达式,分别在一维和三维条件下,对E r进行数值模拟并迭代计算出相应视电阻率,讨论E r的观测范围和应用优势。在一维条件下,通过对四种典型层状模型(两层D、G,三层H、K)的数值计算,并与相同条件下的E x视电阻率进行对比,结果表明:E r比E x受测量方位的影响更小;在三维条件下,选取均匀半空间存在异常体的模型,采用积分方程法对E r进行数值计算,与相同条件下的E x视电阻率进行对比,结果表明:当均匀半空间存在低阻异常体时,E r对低阻体y方向边界的反应比E x效果较好。     

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。     

外加直流电场下粘土矿物的膨胀特性研究

实验研究了外加直流电场作用下粘土膨胀率的变化。结果表明,在电场作用下,粘土膨胀率降低,电解膨率大小与粘土性质、电场强度、体相溶液矿化度及施加电场时机等有关。在相同电场强度条件下,膨胀性强的蒙脱石的电解膨率最大,而伊利石、高岭石的电解膨率较小。蒙脱石的电解膨率随着电场强度的增加而增加,当电场强度高于临界值(本实验中为2 V/m)时,电解膨率值基本不变。随着NaCl浓度的增加,蒙脱石的电解膨率以指数规律降低。施加电场时机对电场降低粘土膨胀率的效果有较大影响:在注入蒸馏水的同时施加电场可以有效防止粘土膨胀;在注入蒸馏水之后施加电场可以有效降低粘土膨胀率;先施加低强度电场(EFS=2 V/m)然后再注入蒸馏水,可以造成粘土的膨胀,即使提高电场强度,粘土膨胀率仍然很大。     

电法在非洲找水中的应用

介绍了利用电法在非洲尼日利亚火成岩地区勘察地下水的应用实例,总结出该地区地下水赋存的电测深曲线特征:电阻率曲线尾支呈45°上升,转折点对应的AB/2≥38 m;电阻率曲线转折点＜38 m,但有极化率异常.     

电磁测深法视电阻率定义问题的研究

本文首先提出电法勘探中视电阻率定义的基本原则,并以此为依据讨论了MT法、TEMS法及FEMS法中各种视电阻率定义的优缺点,提出了改进办法.研究发现,MT法利用面阻抗实部或在时间域中给出的视电阻率是很有效的定义方法,能很好地区分良导层,而面阻抗虚部定义的视电阻率效果最差.对TEMS法来说,利用视电阻率全区定义较通常的远区或近区近似定义更有效.研究还表明,由磁场时间导数定义的全区视电阻率有时出现多解性甚至无解,而利用磁场本身定义的视电阻率是很有效的.对FEMS法,进行了类似的全区视电阻率定义问题讨论,虽然取得的结果不如TEMS法理想,但比起目前常用的大、小感应数条件下定义的视电阻率响应还是有一定效果.文中对电磁测深法中出现的视电阻率响应曲线的假极值效应进行了物理解释.     

广域电磁法深部找矿实验效果

介绍了广域电磁法的基本原理、特点及广域视电阻率的定义。在内蒙古自治区某银铅锌矿进行了实验勘探工作,解释和推断了地电异常,并和可控源音频大地电磁法的效果进行了对比。研究结果表明:广域电磁法可以用较小的发收距获得较大的探测深度,勘探效率和精度较高,用于寻找深部金属矿的效果明显。     

起伏地表条件下三维直流电场拟解析近似方法

为了研究起伏地表条件下三维直流电场问题,基于全空间的拟解析近似理论,推导出起伏地表条件下三维直流电场的拟解析近似理论公式。将起伏地表条件下地下存在异常体时所产生的异常电场分为两部分,其中一部分为地下三维异常体所产生的体异常电场,通过对异常体的体积分求得;另一部分为由起伏地表所产生的面异常电场,可以利用对起伏地表地空界面的面积分求得。利用拟解析理论,对两部分异常分别推导体电反射函数和面电反射函数,得到起伏地表下电场积分方程的拟解析近似公式。该理论公式为解决起伏地表问题提供了一种思路,丰富了拟解析理论的应用,为直接进行正反演模拟、消除起伏地表对电法勘探的影响打下了基础。     

关于频率电磁测深几个问题的探讨(六)——频率电磁测深的电磁场分布与观测参量

分析了水平电偶源与垂直磁偶源的电磁场在半空间大地中的分布特点,指出观测各场分量的合适地面部位。为了定性解释,一般将场分量计算为单分量视电阻率或比值视电阻率;做定量解释时,可直接采用场强进行反演,以减小换算误差。基于当前电偶源与磁偶源的发射功率和电磁场衰减规律,在实际应用中,水平电偶源可探测更大深度(<3 000 m),垂直磁偶源探测浅部(<500 m)。