煤矿CSAMT数据的广域电磁法处理

某煤矿采用V8多功能电法仪开展CSAMT探测试验,由于研究区内电磁干扰严重,得出的卡尼亚视电阻率质量较低。为了提高视电阻率数据的质量及其利用率,尝试采用广域电磁法进行CSAMT数据的处理,分别应用单分量电场法、比值法(电场和磁场相比)计算广域视电阻率。结果表明：由于V8施工时不采集场源发射电流,单分量电场法计算结果误差较大;比值法的计算结果在高频段与卡尼亚视电阻率一致,但在低频段优于卡尼亚视电阻率,与实际地电情况更吻合;比值法广域视电阻率的反演结果准确地揭示了矿区含煤地层和奥陶系灰岩的界面,地层解释结果与钻探结果一致,验证了广域电磁法在煤矿CSAMT数据处理中的可行性和有效性。研究成果为其他矿产资源的CSAMT数据处理提供参考。     

广域视电阻率的数值计算方法

广域视电阻率与卡尼亚视电阻率相比,能更好地表征地下介质的电性变化规律,一般常使用迭代法和逆插值法求解,这里使用这两种算法对E—Ex方式广域视电阻率进行了计算.结果表明,使用这两种算法所得广域视电阻率,都正确反映了地下介质的电性变化规律,逆插值的影响因素较少,计算过程稳定.其不足之处在于要求插值目标函数单调,迭代法步骤简单,并存在迭代发散的情况.在实际应用时,可根据广域视电阻率公式的特点,选择适当的方法进行计算.     

CSAMT法过渡区电磁场的特征

通过对卡尼亚视电阻率法频率测深曲线的分析,发现卡尼亚视电阻率与远区电场分量Ex的视电阻率曲线在过渡区出现相交的现象。对产生这种现象的物理机制进行了探讨,并提出在过渡区卡尼亚视电阻率曲线的一个改正方法。改正后的卡尼亚视电阻率曲线与实际地层电性比较吻合。     

基于全区视电阻率的CSAMT应用研究——以西藏帮浦——笛给铅锌矿区为例

利用电磁场水平分量Ex和Hy推导出相应的全区视电阻率值计算公式,采用数值求解方法求取全区视电阻率的数值解,对西藏帮浦—笛给矿区实测资料进行计算。将Ex方向全区视电阻率与卡尼亚视电阻率两者互相对比分析研究,认为Ex全区视电阻率校正可加大和丰富深部信息,对于推断深部隐伏岩体形态可描述得更确切,中浅部细节刻画得更明显。依据其布置验证钻孔2个,验证结果与推断相吻合,两孔均见高品位铅锌矿化体,产于线性低阻带和高低阻过渡部位,表明了Ex全区视电阻率计算的有效性,为后期工程布置提供科学依据。     

CSAMT探测中电场Ex全区视电阻率定义及应用

讨论了CSAMT电场x方向全区视电阻率定义及应用。采用积分方法将多个电偶极子叠加,获得双极源电磁场,均匀半空间的计算结果表明该方法是可行的。通过对二、三层电性断面的视电阻率计算,并与卡尼亚视电阻率、波区视电阻率对比,说明了该方法的优越性。实测CSAMT资料的计算结果表明,用电偶极子定义的CSAMT电场Ex方向全区视电阻率较好地反映了电性断面的特征。该方法对CSAMT深部探测具有实用价值,对于简化野外工作方法、减轻野外数据采集的强度及解决卡尼亚视电阻率的近场源问题具有重要意义。      

CSAMT中磁探头摆放位置对卡尼亚视电阻率的影响

为了了解可控源音频大地电磁法中磁探头摆放位置对卡尼亚视电阻率的影响特征,在均匀半空间地面水平电偶极子源的波区电磁场中,推导出了卡尼亚视电阻率的相对误差公式.在给定参数的情况下,分磁探头仅存在水平方向偏差、垂直方向偏差和综合方向偏差三种情况讨论了对卡尼亚视电阻率的影响特征,通过计算,上述三种情况的卡尼亚视电阻率的相对误差最大值分别为170％、7％和190％,且磁探头仅存在水平方向偏差对卡尼亚视电阻率的影响比磁探头仅存在垂直方向偏差对卡尼亚视电阻率的影响显著.     

CSAMT一维全区反演

由汉克尔变换和连分式求解水平层状大地电偶源的水平电场和垂直磁场,然后由电场和磁场求得卡尼亚视电阻率,不进行近区和中间区校正,直接用阻尼最小法对近区和中间区发生畸变的卡尼亚视电阻率反演,得到地下电性参数。模型试算结果表明:虽然近区和中间区的视电阻率不能正确反映地下电性垂向变化,但由其反演仍能得到正确的结果。     

三维张量CSAMT响应特征研究

张量CSAMT(可控源音频大地电磁法)能完整地描述三维的地电信息,更适应复杂地质条件下的地质勘探。采用将总场分解为一次场和二次场的策略,用差分近似微分形成大型线性方程组,通过解方程组得到张量CSAMT三维正演结果。通过计算低阻和高阻目标体的响应,发现卡尼亚视电阻率和视阻抗相位对低阻体表现为低值异常,对高阻体表现为高值异常,视阻抗相位达到极值时的频率比视电阻率达到极值时的频率要高。张量CSAMT对低阻体比高阻体更灵敏,在同样条件下,高阻体的异常区位置相比于低阻体会上移。某工区的勘察案例表明,根据卡尼亚视电阻率异常能定性地判断地下异常体的存在,为解决地质类问题提供了依据。本研究为张量CSAMT三维反演提供了基础。     

EH-4系统观测资料的非远区场校正研究

EH－4系统实测的卡尼亚视电阻率在非远区场时应作必要的校正。基于导出的EH－4系统的卡尼亚电阻率ρxy和ρyx的表达式，采用多项式分段逼近的方法，建立EH－4系统测深数据的全频域的视电阻率算法。根据建立的算法对均匀大地、二层大地和三层大地模型的EH－4系统测深数据进行非远区场校正的结果表明：均匀大地时，全频域的视电阻率与真电阻率吻合很好，D型、K型和Q型断面的视电阻率曲线与MT法的接近，G型、H型和A型的视电阻率曲线得到很大改善。     

CSAMT一维全频视电阻率反演

本文采用全频率视电阻率反演,使用2~(-3)~2~(13)Hz频率,并且不做近区和过渡区校正,直接用卡尼亚视电阻率作为反演参数。正演采用虚界面法计算有限长导线在水平层状介质的电磁场分量,反演采用有限内存拟牛顿法。数值模拟采用三层模型和实测数据进行反演,得到了符合地下电性变化的反演模型结果,证实了CSAMT一维全频视电阻率反演具有可实施性。     

CSAMT中E_x视电阻率与E_x/H_y比值视电阻率的对比

常规CSAMT勘探是利用电场与磁场的比值来计算卡尼亚视电阻率。通过均匀半空间及层状介质模型,对CSAMT各场分量进行了计算,对视电阻率定义方式进行了分析。研究结果表明:采用电场Ex单分量定义的视电阻率,可以减轻比值视电阻率近区畸变严重的问题。实测资料分析结果进一步验证了Ex分量视电阻率的这一优点。在野外CSAMT资料采集时不必拘泥比值视电阻率这一种定义方式,可以根据野外实际条件灵活地调整采集方式,提高工作质量和效率。     

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。     

基于反函数原理的可控源大地电磁法全场域视电阻率定义

在电磁探测中,数据采集范围逐步扩大,为了避免非远区的电阻率畸变,基于反函数原理,给出了适合可控源电磁法全场域视电阻率的定义方法.该方法可以利用单分量进行广域视电阻计算,同样也可以利用多个分量进行广域视电阻计算.分别利用电场分量、磁场分量以及电场与磁场的比值计算均匀半空间与层状模型的全场域视电阻率,结果表明基于反函数原理...     

一种新型CSAMT观测参数的计算方法

常规的可控源电磁法理论在计算视电阻率公式上,由于主要采用了其电磁场,所以难以直接反映全频域视电阻率的值,也不能直观地显现出地下介质的地质构造。这里采用水平偶极子激发的电磁场,提出了电场的全域精确表达式,并可直接计算出大地电阻率。通过与卡尼亚电阻率计算的对比结果表明：该方法的结果在远区等价于卡尼亚电阻率,在近区和过渡带则明显地改善了卡尼亚电阻率的非波场区场畸变,从而能更好地接近基底的真电阻率,更形象地反映了地下介质的垂向电性变化。     

广域电磁法在上宫金矿集区的应用研究

上宫金矿集区位于豫西熊耳山地区,地处华北陆块南缘,区内发育多处构造蚀变型金矿床。结合区域地质、物探等资料,对上宫金矿集区采用了广域电磁法测量,对广域电磁数据进行了系统的数据处理与定量反演计算,并进行了综合地质解释,综合分析了广域电磁法对探测金矿的效果。根据反演剖面,推断区内存在中低视电阻率电性特征为新太古界太华群石板沟岩组片麻岩类,高视电阻率电性特征为中元古界熊耳群许山组安山岩类,中高视电阻率电性特征为元古宙闪长岩侵入岩体。依据视电阻率拟面图、反演剖面成果图及相关地质资料,推断划分了8条断裂构造带,2条构造蚀变带,其中F1、F5两条构造破碎带,延伸长度大,具有较好的深部找矿空间和潜力,在其深部圈定了2处成矿有利区。     

可控源音频大地电磁测深中水平磁场探头方向偏差对卡尼亚视电阻率的影响

文章对均匀半空间条件下,可控源音频大地电磁测深(CSAMT)中水平磁场(Hy)探头方向偏差对CSAMT卡尼亚视电阻率测量结果的影响进行了理论推导和数值计算.计算结果表明,卡尼亚视电阻率测量结果与磁探头水平摆放方向、与磁探头在扇形区所处的测量点位密切相关,摆放不正确会给测量结果带来很大的误差.文章还提出了为尽量减少这种误差应采取的方法,对野外工作具有很好的指导作用.     

广域电磁法E-E_φ视电阻率研究

利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Ex分量、Eφ分量的幅值范围,提出了广域电磁法Eφ分量的视电阻率定义方法,初步研究了由Eφ分量定义的广域视电阻率的特点。在均匀半空间的条件下,水平电场Ex分量、Eφ分量幅值范围不同,测量Eφ分量可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。通过二层地电模型正演理论曲线的讨论,发现Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较比Ex方式小很多,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。通过H型、K型地电模型广域Eφ分量定义的视电阻率计算,结果表明,低阻中间层的反映情况比高阻中间层的好。数值计算结果表明,广域电磁法也有近区的存在。     

广域电磁法的主要特点

广域电磁法(Wide-Field Electromagnetic Method,缩写为WFEM)是何继善院士于2010年提出的一种人工源频率域电磁勘探新方法。与已有的可控源音频大地电磁法(CSAMT)相比,同等条件下,WFEM有效观测的平面范围大,获得的观测信号强,数据精度高,对地下电阻率的变化比较敏感,能够比较真实地反映地下电阻率的变化,只测量一个电场分量Ex,通过计算机迭代提取视电阻率,装备轻便,野外效率高。本文介绍广域电磁法的主要特点,以便有益于广域电磁法的推广应用。     

频率测深波区视电阻率响应和正演计算

本文对频率测深电偶源发射时的波区视电阻率响应进行了较系统的讨论,指出了国内现有理论中的一些错误。研究发现,在进行波区视电阻率响应的理论推导时,当基底电阻率有限时进行零级近似是正确的,但当基底电阻率为无限大时,进行零级近似是不完善的,必须进行修改。利用正确的公式进行了视电阻率响应的正演计算,结果表明,利用零级近似得出的公式与利用一级近似得出的公式计算的视电阻率响应曲线首支部分符合较好,但对于有高阻基底存在的地电断面,响应曲线尾支差异很大。     

E-E_φ、E-E_x广域视电阻率对比与应用

在准静态极限条件下,利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Eφ分量、E x分量的幅值范围。在均匀半空间的条件下水平电场Eφ分量、E x分量幅值范围不同,测量Eφ分量计算广域视电阻率可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。数值计算结果表明广域电磁法也有近区的存在。通过二层地电模型的正演理论曲线的讨论以及野外实测数据的对比与分析,发现E-Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较E-E x广域视电阻率小,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。