频率域航空电磁系统线圈姿态变化影响及校正方法

频率域航空电磁系统线圈姿态变化影响及校正是一项探索性很强的开拓性工作, 目前国内尚无成熟经验可循.吊舱式直升机频率域航空电磁法线圈安装在吊舱内, 探头姿态变化相对较大, 因此姿态校正提高了其数据处理精度, 对提高航空电磁法数据处理水平具有重要意义.为了消除吊舱式直升机频率域航空电磁系统因收发线圈姿态发生变化, 而导致的电磁探头接收地下地质体电磁响应数据产生的误差, 采用三维频率域有限差分方法模拟计算频率域航空电磁系统的电磁响应, 分析了不同频率、不同收发线圈姿态变化类型对水平共面(HCP, 全称horizontal co-plane)和垂直同轴(VCX, 全称vertical coaxial)线圈装置的电磁响应影响.计算结果表明: 垂直同轴线圈装置因姿态角度变化引起的测量误差比值远大于水平共面装置, 而且频率越高, 受探头姿态角度变化的影响越大.垂直同轴装置主要受俯冲姿态变化的影响, 水平共面装置受摇摆和俯冲这2种姿态变化的影响.在此基础上, 根据姿态误差几何校正方法进行了电磁数据校正, 有效地去除了因线圈姿态变化造成的误差响应.      

航空瞬变电磁TS150测量数据的校正分析

在航空电磁测量工作中发现,由于地面障碍物的存在以及气流的变化,吊舱离地的高度会发生起伏变化,同时伴随有吊舱姿态的变化,并产生干扰航电异常;据此航空瞬变电磁测量的原始数据需要进行高度校正和姿态校正,但目前引进的国外航空电磁测量系统未配有姿态测量设备。本文根据航空瞬变电磁理论分析吊舱的离地高度和姿态的变化对电磁响应影响的变化情况,通过2条测线数据的校正效果,证明高度校正和姿态校正的有效性及必要性,提出航空瞬变电磁测量系统加装吊舱姿态测量设备的建议。     

地面核磁共振三维响应影响因素

传统的核磁共振激发场的计算中,很少考虑三维地下介质的电性变化以及发射线圈姿态对激发场的影响,笔者借助地面核磁共振三维有限元正演模拟,开展了核磁共振三维响应影响因素分析。首先,基于三维有限元方法实现了非均匀介质条件下地面核磁共振激发场的计算,以便于分析介质电性变化对核磁共振响应的影响;其次,在源的加载过程采用近似函数来等效场源的作用,使之能够适用于不同发射回线激发的情况,进而利用旋转矩阵实现垂直地磁场分量的计算;最后通过不同条件下核磁共振响应的计算,分析了盖层电阻率、含水体背景电阻率、局部不均匀体以及发射线圈姿态等参数对核磁共振信号的影响。计算结果表明:核磁共振响应对高阻盖层电阻率变化不敏感;低阻含水体背景对核磁共振响应的影响较大;异常体规模越大,对核磁响应的影响越大,对于一定规模的异常体,低阻条件下的核磁共振响应差异明显;与电性参数变化相比,不同的发射线圈姿态对核磁信号影响更大,野外应考虑线圈姿态影响。     

基于磁偶极子的频率域电磁系统几何误差分析

基于磁偶极子模型的频率域电磁法仪器在进行大地探测的过程中,由于收发线圈的安装误差、晃动以及材料的几何形变等因素影响,收发线圈的位置及姿态角发生变化,从而产生几何误差,而几何误差的定量分析对频率域电磁法仪器在制作、野外实验操作以及校正方面均具有很强的指导意义。本文根据误差来源的不同,将几何误差分为一次场误差和二次场误差两类;通过引入一次场张量矩阵和二次场张量矩阵,基于均匀大地模型正演得到9种线圈架构接收线圈接收到的一次场及二次场,并以微分的方式定量地分析了9种线圈架构收发线圈位置及姿态角变化引起几何误差的变化特征。对9种线圈架构的几何误差分析可知:在几何形变引入的一次场误差中,仅有PERyz、PERzy线圈架构不包含位置变化的一次项误差,仅有VCA、VCP及HCP线圈架构不包含姿态角变化的一次项误差;在几何形变引入的二次场误差中,PERzx、PERxz线圈架构最大,而VCA、VCP及HCP线圈架构受高度及收发距变化的影响很大,需要实时测量并进行校正,VCP线圈架构受收发距变化以及姿态角变化的影响最小。     

基于神经网络的掘进面瓦斯爆炸危险源安全评价

根据危险源理论和评价指标选择原则,建立了掘进面瓦斯爆炸评价指标体系。基于灰色聚类评价法、BP神经网络原理和掘进面瓦斯爆炸的特点,设计了BP神经网络掘进面瓦斯爆炸危险源安全评价过程图。最后应用BP神经网络安全评价方法对具体的掘进面进行了安全评价,得出了安全评价等级。神经网络安全评价方法,能够实现动态、静态的安全评价,对提高安全评价技术水平具有现实的意义。      

CSAMT的静校正应用——联合反演法

CSAMT方法应用在地下近地表存在电性横向不均匀体时,在双对数坐标系中视电阻率曲线会出现沿着视电阻率轴平行移动的现象,称之为静态效应。静态效应对深部电性结构处理解释结果影响重大,需对其进行合适的校正。笔者介绍了目前通常使用的几种静态校正方法,并且分析了各方法的优缺点。对比各种方法,我们选择了时间域的瞬变电磁法和频率域的可控源电磁测深做联合反演,用精度较高的瞬变电磁数据校正受静态影响的可控源测深数据。在甘肃某地进行的铅锌矿CSAMT勘探中,应用联合反演法对可控源测深做静态校正,处理结果与实际地质情况吻合较好。     

矿井瞬变电磁法中多匝回线电感对目标体探测的影响

线圈的自感耦合作用使瞬变电磁早期时间道信号严重失真.为研究瞬变电磁早期信号的特性,讨论了多匝线圈与单匝线圈的自感系数的关系,得出线圈自感信号振幅的理论表达式,推导了单匝和多匝回线的电感公式,分析了回线匝数和回线边长的变化对目标体响应曲线的影响.研究成果对进一步研究瞬变电磁早期场的附加效应打下了基础,同时为提取早期数据的研究提供参考.     

航空磁测中正常地磁场校正

在地球物理勘探中,磁异常是地磁场同正常地磁场的差,去除正常地磁场背景能够获得磁异常信息,正常地磁场校正是航空磁测资料处理中的必要环节。这里从航空磁测资料处理实际出发,针对正常地磁场计算、校正中坐标系变换、改正方式等关键问题进行分析,同时对行业规范中存在的问题进行讨论,以明确航空磁测中正常地磁场校正处理的方式,这些结论可供地面磁法勘探参考。     

CSAMT法静态效应模拟及其校正方法对比

在可控源音频大地电磁法中,由于浅层不均匀体的存在,总会存在一些静态现象。而静态问题又一直是电磁测深领域一个棘手的问题,它直接影响到电磁测量结果的解释。因此,必须对这种影响进行校正。这里通过对低阻静态模型的响应特征进行分析,并选用几种常见的静校正方法进行校正,对比其校正效果。     

航磁软补偿动作规范性评价

在航磁补偿飞行中,补偿动作(侧滚、俯仰和侧滑角)是否能够达到规范要求至关重要,会直接影响补偿系数的求解。为了评价磁干扰场补偿过程,提出了利用飞机坐标系下的三轴磁通门磁力仪测得的磁场三分量和当地水平坐标系下的地磁场三分量之间的坐标系旋转关系,来解算飞机姿态角,从而评价补偿动作是否达到规定幅度要求。将该方法应用到吉林磐石测区的航磁补偿数据(带高精度姿态仪数据),得到的姿态角与高精度姿态仪AIRINS测得的姿态角比较接近,幅度误差基本在±1°以内,表明该方法可有效监控飞机飞行过程中补偿动作是否符合补偿飞行要求。     

矿井孔中瞬变电磁探测异常响应特征模拟

为了解决常规矿井瞬变电磁超前探测方法受矿井外界干扰影响较大,异常体探测定位不精确的问题,提出一种在井下钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法,对接收线圈所处水平面不同位置、异常体不同方位的异常响应特征进行数值模拟。分析钻孔瞬变电磁探测原理,进行钻孔发射线圈与接收线圈的试验设计以及施工设计,对均匀全空间模型、均匀全空间异常体模型、异常体位于钻孔不同方位的三分量异常场响应特征进行系统分析。在低阻异常体与线圈垂直时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最大,随着低阻异常体逐渐平行于接收线圈法向,异常响应逐渐减小,当低阻异常体完全平行于接收线圈法向时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最小。通过以上认识,可以根据钻孔径向不同象限位置的异常场三分量组合形态不同,判断异常体所在钻孔的方位。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“近似正弦曲线”或“近似反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限。通过这样的规律,可分析三维空间条件下异常体的空间位置及赋存状态。通过钻孔瞬变电磁超前探测异常响应特征的分析,可为钻孔瞬变电磁超前探测提供理论数据支持。      

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。      

基于姿态参数的海洋可控源电磁数据一维反演

基于姿态信息的海洋可控源数据一维反演采用Occam方法进行,反演数据为不同收发距离观测到的电场振幅(MVO)。接收器和发射器姿态参数同时引入到反演中,正演过程引入发射源姿态参数,借助矢量分解将任意姿态的发射源分解为3个正交坐标轴分量源,分别计算接收点处电场响应,叠加得到总电场响应;根据接收器姿态信息,将计算坐标系中的电场矢量进行欧拉旋转获取任意姿态时测量到的电场响应。理论模型与实际数据反演结果表明,基于姿态信息进行海洋可控源勘探数据反演是可行的。     

人工神经网络在水源地影响评价中的应用

为了评价水源地开采过程中对周围地下水环境的影响，本文运用BP神经网络模型建立了有4个输入、2个输出的三层网络模型，通过BP网络学习训练，得到水源地的BP网络模型，并运用该模型预测了在不同条件下因水源地开采所引起的降落漏斗秒地下水补给量，计算表明，BP神经网络用于模拟地下水系统简便，实用，能很好地预测地下水动态变化情况。     

组合薄板状导体的地-井瞬变电磁异常理论计算

地-井瞬变电磁法(SHTEM)是指场源在地面激发, 接收线圈在钻井中观测瞬变响应, 用以勘查深部矿产资源的勘探方法. 从等效涡流环方法原理出发, 计算了等效涡流环与Rx之间的互感系数以及感应电压. 通过建立组合薄板导体的数学模型, 计算模拟地下存在多个薄板状良导体组合情况下的起响应叠加场, 以研究组合导体的地-井瞬变电磁异常响应, 并分析这些异常响应的特征及规律. 认为钻孔在距离多个组合薄板状矿体较近的情况下, 通过地-井瞬变电磁测量能够进行分辨.     

神经网络在岩体力学参数和地应力场反演中的应用

BP神经网络已广泛地应用于岩体力学参数和初始应力场的反演分析,但在实际应用中,BP网络存在着网络训练易于过度、收敛速度慢、易陷入局部极小以及隐层节点数难于确定等缺点。采用RBF网络和改进的BP网络,利用基于有限差分格式的快速拉格朗日算法进行正分析计算,依据若干测点的正应力数据,反演了计算区域的岩体力学参数以及初始应力场。算例表明,RBF神经网络与快速拉格朗日算法相结合,在样本容量相同的情况下,反演分析的精度、网络的拓扑结构以及学习、收敛速度,均优于采用BP网络的反演算法。     

瞬变电磁法矩形线圈自感的精确表达式

在瞬变电磁法(TEM)中,矩形线圈的自感参数主要用于局部导体晚期瞬变电磁场的等效计算和接收线圈固有过渡过程计算以及瞬变电磁仪器研制。目前,在瞬变电磁法教科书中,单匝矩形线圈自感计算公式都是近似的。本文通过积分方法,推导出了长方形及正方形单匝线圈自感的精确表达式以及正方形单匝线圈自感的近似计算公式。经计算,目前使用的近似公式与精确公式相比误差很大,当回线边长为5m时,误差最小为-39.2%,最大为238.85%;当回线边长为200m时,误差最小为-58.87%,最大为219.33%。本文推导的单匝正方形线圈自感近似公式与精确公式相比误差很小,当回线边长为5m时,误差为0.4%;当回线边长200m时,误差为0.26%。