阵列电磁法在新疆某铜矿区的应用

阵列电磁法系统,简称DPEM,是利用天然电磁场或人文电磁场作为场源,研究大地的电磁响应,探测地下电性分布及地质结构.通过在新疆某铜矿区的实验,证明阵列电磁法在复杂地质环境下,能较好圈划出含矿低阻体,而且还可划分出不同岩性的地层,对西部矿产的勘查开发具有很高的实用性和适用性.     

ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

天然电场选频法的响应特性分析与应用

静态效应是频率域电磁法应用中不可避免的一种物理现象,通常通过校正方法进行压制或消除。本文提出一种直接利用天然电磁法的静态效应进行浅部电性异常体勘探的新思路,利用天然电场选频法(FSM)能够测量天然交变电磁场在地表所产生的几个不同频率的水平电场分量来研究地下介质的电性变化。首先采用二维有限单元法对FSM开展正演模拟,模拟结果表明：当近地表存在低阻异常体时,地表沿测线方向的水平电场分量曲线与FSM实测曲线形态相同,在低阻体的上方出现十分明显的低电位异常;当计算的频率点增多时,电场分量剖面曲线及其拟断面图会出现静态偏移现象,发现FSM异常实质上主要是静态效应所致。FSM实践应用成果及钻井验证结果表明,当有地下水存在时,FSM实测的剖面曲线及拟断面图会出现明显的静态效应现象,且与CSAMT的勘探成果一致。通过理论与实践可知,直接利用天然电磁场的电场分量开展浅部电性异常体的勘探具有可行性,今后也可利用频率域电磁法的静态效应现象开展浅层地质勘探。     

电磁法综合探测系统研究

针对地下隐伏资源勘查对大深度、多参量电磁法技术的发展要求,利用天然场音频大地电磁的大深度探测及人工场激电法的多参量探测,在对分布式的场量接收和大功率的发射仪器硬件研制,以及数据处理资料解释研究基础上,成功研制了阵列天然场电磁法探测技术及混场源电磁法探测技术系统。经矿区试验应用表明,阵列天然场电磁法探测技术系统具有轻便高效大深度探测的特点,适宜于不同地貌景观尤其是困难条件下隐伏资源的大深度探测,而混场源电磁法探测技术系统不仅可获取大深度的天然场电阻率信息,还能获取人工场激电信息,可广泛应用于金属矿资源、地下水资源及油气资源的勘查。     

分布式被动源电磁法在地下水勘查中的应用

分布式被动源电磁法,利用天然电磁场为源场,研究大地的电磁响应,探测地下电性分布及地质结构,机动灵活地适应复杂的地理地质环境.通过在陕西某干旱缺水区的应用试验及北京某地深部地热的应用研究,表明分布式被动源电磁法对含水构造、隐伏岩溶及赋水地层均具有较高分辨率,为地下水勘查中的轻便有效方法技术,适宜于我国地下水资源的快速大探测深度勘查需要.     

电磁法在煤矿水害隐患探测方面的综述

煤矿水害是安全生产的重大隐患,如何精准探测隐蔽致灾体是解决这些隐患的前提。电磁法对低阻体反映灵敏,方法类型多样,适应性强,是探测富水致灾体的有效方法之一。传统的地面电磁方法包括可控源音频大地电磁法和回线源瞬变电磁法,在煤矿隐蔽致灾体探测方面发挥了重要作用。随着新技术的不断发展,近源电磁勘探方法得到了快速发展,包括广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法,提高了勘探效率和信噪比,拓宽了观测区域。地空电磁法是新发展起来一种大功率快速勘探方式,具备航空电磁法快速采集和地面电磁法大功率发射两个优势,特别适合于复杂地形条件的煤矿灾害隐患探测。分析了煤矿典型致灾体的形成机理、时空分布及物性特征,其中,隐蔽型导水构造是造成煤矿安全隐患的重要因素,需要重点关注;回顾了各种电磁方法的主要特征、适用性以及在煤矿水害探测中的应用现状,总结了不同方法的技术参数和观测模式等,为相关技术人员从事煤矿灾害隐患探测提供了参考;最后对煤矿电磁法发展进行了展望：广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法等近源电磁勘探方法将会在煤矿勘探中进一步扩大应用;三维反演技术和基于深度学习的神经网络反演算法等将是未来电磁法的主要发展方向;地空电磁勘探会快...     

深部高压水害隐患探测的井下电磁法技术

在煤矿深部高压水害隐患探测中,井下电磁法发挥着独到的作用。介绍了井下直流电法、井下高密度电阻率法、电透视法、井下瞬变电磁法的工作原理和施工方法,以及顶底板探测、侧帮水害隐患探测、回采工作面水害隐患探测及独头巷道超前探测的效果。结果表明,矿井电磁法对含水低阻体敏感,与探测目的层或地质体近距离接触,对导含水体具有较高的分辨能力,是探测采煤工作面突水隐患的有效方法。      

AMT野外最佳观测时间及人工源信号作用的探讨

通过对不同野外工作时间获取的音频大地电磁测量数据的对比分析,总结了天然电磁场的特点及最适宜开展音频大地电磁法野外工作的季节.最后,指出了采用人工信号源弥补天然电磁场弱信号的有效性.     

基于ILU-BICGSTAB算法的起伏地形MT二维正演模拟

针对起伏地形对异常体的探测效果的影响,利用有限单元法,基于MTLAB平台编写了大地电磁二维正演程序,为更好地模拟实际地形,采用矩形网格中进一步三角细化的剖分方式,并利用不完全LU分解的预条件BICGSTAB算法提高计算速度与精度,最后通过建立多种地电模型分析讨论了起伏地形对大地电磁场的影响,验证了该方法的实用性与准确性。     

高阻空洞的瞬变电磁响应特征及其探测效果

通过球体电磁响应的计算,对低阻围岩中高阻球体模型电磁响应测量结果进行了分析,获得了高阻球体的异常特征。对干旱地区深埋土洞的工程探测结果表明:高阻土洞的瞬变电磁响应特征与模拟实验结果类似,对高阻目标体具有较好的探测效果;高阻体引起的瞬变电磁场异常范围大于目标体实际规模。      

探地雷达在河道探测中的应用

基于有限差分法,建立了探地雷达电磁波在河道传播的正演模型,并模拟了水下不同构造的典型工况,得到了相应的二维反射图像。和实际探测的河道图谱进行了比较,通过对模拟图像的分析和实际雷达探测图谱的解释,研究了探地雷达方法在河道探测中的可行性。     

强度折减有限元法中的单元阶次影响分析

强度折减有限元法是当前较为有效的边坡稳定性评价方法,且应用越来越广泛。但影响强度折减有限元法的因素有很多,单元阶次是其中比较重要的一个。通过3个经典算例,这些算例分别是二维地基承载力问题、二维边坡和三维边坡问题,分析了单元阶次的选择对强度折减法的影响。计算结果表明：随着单元的增多,线性单元和二次单元都从大于真实解的一侧来逼近真解;相对于二次单元,由于线性单元过“刚”,因此,会过高地估计安全系数,对于实际工程会偏于危险,且误差大,二次单元的误差是线性单元误差的1/8左右。在采用系统最大位移收敛与否的评判标准的基础上,利用二次单元来进行强度折减分析,则可以弥补这种线性单元的不足,得到更加合理的安全系数。二次单元比线性单元更适合于强度折减有限元法。     

任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟：围岩各向同性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向同性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。     

Simulation of marine controlled source electromagnetic measurements using a parallel fourier <Emphasis Type="Italic">hp</Emphasis>-finite element method

We introduce a new numerical method to simulate geophysical marine controlled source electromagnetic (CSEM) measurements for the case of 2D structures and finite 3D sources of electromagnetic (EM) excitation. The method of solution is based on a spatial discretization that combines a 1D Fourier transform with a 2D self-adaptive, goal-oriented, hp-Finite element method. It enables fast and accurate simulations for a variety of important, challenging and practical cases of marine CSEM acquisition. Numerical results confirm the high accuracy of the method as well as some of the main physical properties of marine CSEM measurements such as high measurement sensitivity to oil-bearing layers in the subsurface. In our model, numerical results indicate that measurements could be affected by the finite oil-bearing layer by as much as 10⁴% (relative difference). While the emphasis of this paper is on EM simulations, the method can be used to simulate different physical phenomena such as seismic measurements.     

二维电阻率倾斜各向异性对海洋可控源电磁场响应的影响

地下介质的电阻率常常表现为各向异性,海底褶皱带、逆冲断层带和倾斜层状沉积序列等地质构造可能形成宏观电阻率倾斜各向异性。这里采用规则矩形网格剖分有限元法,实现了二维电阻率倾斜各向异性海洋可控源电磁(CSEM)正演算法,模拟了二维电阻率倾斜各向异性模型海洋可控源电磁场响应。模型计算结果表明,电阻率倾斜各向异性围岩对含有海底高阻薄层的海洋可控源电磁响应产生严重畸变影响。因此,在海洋电磁资料解释中,电阻率倾斜各向异性的影响应该得到重视,忽略该影响将可能会导致数据解释错误。     

A multi-domain decomposition-based Fourier finite element method for the simulation of 3D marine CSEM measurements

We introduce a multi-domain decomposition Fourier finite element (MDDFFE) method for the simulation of three-dimensional (3D) marine controlled source electromagnetic measurement (CSEM). The method combines a 2D finite element (FE) method in two spatial dimensions with a hybrid discretization based on a Fourier FE method along the third dimension. The method employs a secondary field formulation rather than the total field formulation. We apply the MDDFFE method to several synthetic marine CSEM examples exhibiting bathymetry and/or multiple 3D subdomains. Numerical results show that the use of the MDDFFE method reduces the problem size by as much as 87 % in terms of the number of unknowns, without any sacrifice in accuracy.     

海洋电磁法勘探油气的三维正演模拟

针对海底可控源电磁法( MCSEM) 在油气资源勘探中的实用性,应用矢量有限元进行了多种频率的水平电偶源发射电磁场识别油气层的实例研究,并利用矢量有限元对海底的3D 模型进行了正演数值模拟。利用MCSEM 能较好地识别油气层; 归一化后的电场曲线特征表明,浅海下不易测得油气层,在实验频率内,电场源频率越高对油气层识别能力越强。同时证实了MCSEM 识别油气层是建立在波导理论基础上的。     

基于非结构化网格的瞬变电磁2．5维有限元正演模拟

利用Delaunay三角化这种网格非结构化方法。通过编程实现了二维模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了中心回线法瞬变电磁2．5维有限元正演程序。与前人计算结果对比,在取得相同计算精度的情况下,与结构化网格相比,非结构化网格所需网格和节点数量大大减少,计算效率更高。通过将非结构化网格法引入到瞬变电磁2．5维正演模拟中,实现了对复杂二维地电模型的有限元数值模拟,提高了现有有限元算法的应用范围。     

电偶源频率电磁测深三维地电模型有限元正演

在有源变频测深(包括可控源音频大地电磁测深CSAMT)的三维有限元正演中,应用了吸收边界条件和边元有限元算法,计算精度为3%左右,基本上可满足电偶极源三维地电模型情况下频率电磁测深响应特征的分析。同时由于广义变分概念的引入,可使泛函的变分原理应用于有耗媒质电磁场问题。