励磁控制的CSAMT发送机若干技术研究

文章介绍了利用励磁控制来实现可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric Method,缩写为CSAMT)发送机的系统结构与工作原理,对发送机的主要模块进行说明.该系统最大的优点就是功率可扩展性极强,其低频发送功率基本上只受限于发电机的功率与开关器件的参数.目前在实验室内已完成30KW样机,野外已实现了850V/25A的发送.该系统电路结构简单,易于维护,稳定性高.该研究为其它有源电磁法勘探大功率发送机研制提供了行之有效的方案.     

编码电磁测深

利用逆重复M序列伪随机信号良好的自相关特性,提出相关检测地电传输特性的编码电磁勘探法.分析了编码电磁测深原理及参数提取方法.同时记录发送电流信号和多收发距电磁场响应,对源信号和场信号进行相关运算,解卷积分离接收系统响应后可得到大地的频率特性或时间特性,以此实现地电断面的精细探测.在时间域,大地冲激响应和阶跃响应含有丰富的地电信息.通过冲激响应的峰值时间或阶跃响应的晚期渐近值可估计地电阻率分布.基于层状模型的大地冲激响应和阶跃响应正演计算结果表明,编码电磁测深法对大埋深薄层目标体有精细的分辨能力.可应用于能源、矿产资源、水资源、环境地质及工程地质勘察,有良好的应用前景.     

瞬变电磁法勘探的地电模型及其成功案例分析

瞬变电磁法已广泛应用于固体矿产勘探、水文地质调查等领域,并有许多实例文章见刊.然而,这些实例背后蕴含的地电模型却研究很少.本文将应用于瞬变电磁法勘探的地电模型分为四类:矿床学模型、水文地质模型、地质构造模型和人文模型,并分析了部分模型的相关实例.最后,我们认为特定地电模型分析和地下流体动态监测为瞬变电磁法的两个重点发展方向.     

航空瞬变电磁法三维各向异性数值模拟和响应特征研究

随着瞬变电磁法的快速发展,三维任意各向异性介质的数值模拟成为研究热点.本文从时间域的麦克斯韦方程组出发,采用时域交错采样有限差分法,推导了时域电磁场的时间分步迭代公式,实现了任意各向异性介质的航空瞬变电磁三维正演.设计地电模型,与已有的软件计算结果进行对比,检验了三维正演算法的计算精度.设计了典型的三维各向异性地电模型,改变各向异性参数计算了航空瞬变电磁响应,分析了各向异性参数对航空瞬变电磁响应的影响.开发的正演算法为研究瞬变电磁法各向异性响应特征和三维反演提供了重要技术支撑.     

广域电磁勘探数据可视化预处理软件开发

针对广域电磁法勘探数据预处理过程操作繁复、集成化与可视化程度低、处理效率低等问题,重新设计了原始数据采集的存储格式,开发数据可视化的预处理软件以解决上述问题.软件采用C++语言编写,以MVC模式设计和构建,广泛采用STL标准模板库技术,集成和实现了广域勘探数据预处理过程的所有功能.软件以广域电磁勘探采集的原始数据文件为输入,通过使用数据可视化技术,使得操作人员能够在数据坐标系中直观而便捷地对勘探数据进行交互式分析、粗大误差剔除等处理,最终可输出计算视电阻率的数据文件.软件以数据可视化和交互操作为基础,具有数据形态直观、分析指标丰富、操作处理简便、处理效率高等特点.目前本软件已应用于实际勘探生产中,对大量生产数据进行了预处理,极大地提高了数据预处理的工作效率,同时预处理后的数据质量也得到了较大的提高,取得良好的应用效果.     

基于全区视电阻率的线源FCSEM二维正演模拟

频率域可控源电磁是在大地电磁测深的基础上发展起来的一种人工源电磁测深法,其二维电磁响应的计算须采用数值模拟方法.本文以Matlab为程序编译工具,采用双二次插值的有限单元法,推导出相应的计算公式.为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下设计了非均匀网格剖分.在程序编制中,只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间.针对频率域可控源电磁法中卡尼亚电阻率在过渡区和近区畸变的问题,给出了全区视电阻率的迭代公式,并对典型的一维层状模型以及简单二维模型进行了计算.过渡区和近区数据经过校正后,可以正确反映出模型的地电特征,证明了线源下近区勘探的可能性.     

水下金属管线埋深探测仪发送机输出回路特性研究

信号输出回路特性是影响电磁法水下金属管线探测仪探测深度和探测精度的重要因素,本文针对人工源电磁法探测水下金属管线埋伏深度的问题,建立了电磁信号发送机输出回路的物理模型,推导了信号输出回路基本特性的数学表达式,计算了不同长度金属管线输出回路的截止频率,并对不同激励信号下输出回路的响应进行了计算机仿真,为人工源电磁法水下金属管线埋深探测的方法选择、发送机设计与开发、输出回路布设提供依据.     

复杂地下异常体的可控源电磁法积分方程正演

可控源电磁法具有分辨率高及抗干扰能力强等特点,是一种重要的地电磁勘探方法.目前,可控源电磁法的高精度正演计算一直是其核心研究问题之一.传统积分方程法一般采用近似积分公式、简单矩形网格和近似的奇异性体积分计算技术,制约了体积分方程法处理复杂地下异常体的能力,降低了计算精度.针对上述问题,本文基于完全积分公式、四面体非结构化网格和奇异体积分的精确解析解来高精度求解复杂可控源电磁模型的正演响应.首先,从电场积分公式出发,推导了可控源电磁问题满足的积分方程;其次,借助于非结构化四面体网格离散技术,实现了地下复杂异常体的有效模拟.最后,利用散度定理把强奇异值体积分转换为一系列弱奇异性的面积分公式,并通过推导获得了这些弱奇异性的面积分公式的解析解,从而最终实现三维可控源电磁问题的高精度积分求解.以块状低阻体地电模型为测试模型,采用本文提出的积分方程方法获得的数值解与其他公开数值算法解进行对比分析,其对比结果具有高度的吻合性,验证了算法的正确性;同时,设计了球状及复杂地电模型进行算法收敛性测试,进一步验证算法的正确性以及能够处理地下复杂模型的能力.     

嵌入式系统在电磁法勘探仪器中的应用概述

随着电子技术和信息技术的迅速发展,嵌入式技术成为当今电磁法勘探仪器的主流技术.以单片机为核心的电磁法勘探仪器已逐渐不适应电磁法勘探的需求.本文通过分析嵌入式系统的特点,针对目前电磁法勘探仪器主要采用的X86和ARM嵌入式微处理以及MS-DOS、Windows CE、Linux和μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统进行了分析和对...     

井地电磁法勘探深度研究

结合国家深部资源勘探的迫切需求,应用电磁场理论,从麦克斯韦方程出发推导出井地电磁场公式.通过两层大地模型与均匀半空间井地电磁场响应比较,研究了井地电磁法勘探深度,并给出了不同发射电流、发射频率、线源长度及两层大地电导率差异对勘探深度的影响,为井地电磁探测的野外勘探参数的选择奠定了理论基础.计算结果表明,加大发射电流、线源长度、两层大地电导率差异和降低发射频率可以增大接收信号的强度,提高有效勘探深度,从而,有利于进行深部资源勘探.     

中国人工源电磁探测新方法

人工源电磁探测技术作为地球物理电磁探测的重要分支,在过去十年中得到快速发展.中国陆续攻克电磁探测方法的基础理论、正反演方法和核心装备技术难题,在地面电磁法、航空电磁法及海洋电磁法等领域的研究中取得了突破性进展,出现空-地-井立体探测和频-时域多尺度电磁探测新技术,实现对地下10km深度范围内目标体的有效探测.为了进一步满足国家在深部地质找矿、城市地下空间探测、地质灾害探测和监测等方面的迫切需求,仍需继续推动地球物理勘探方法的技术创新,发展高效、可靠、经济的新装备.     

地—井瞬变电磁三维非结构有限元正演模拟研究（英文）

为分析复杂地电模型条件下地—井瞬变电磁响应特征,本文基于非结构网格矢量有限元法实现了时间域地—井瞬变电磁三维正演模拟。为求解双旋度电场扩散方程,我们使用非结构四面体网格对计算空间进行离散,同时选择无条件稳定的后退欧拉方法进行时间离散。数值实验中我们首先以长导线源为例分析电性源电磁场分量的扩散特征和探测能力;然后重点研究Ex、d By/dt零值带的产生机理及分布规律。目标在于指导实际地—井电磁探测中选择合理的测量区域。最后,我们通过模拟复杂模型的异常特征,分析地—井瞬变电磁法探测典型脉状矿体的可行性,为深部矿产资源探测提供参考。     

电磁勘探数据粗大误差处理的一种新方法

由于存在各种地电干扰,电磁法勘探采集到的原始电场数据中往往包含粗大误差.电磁法勘探中信号量的测量与传统的精密测量在误差来源与特点、测量值分布等方面均存在较大差异.经试验,对电磁勘探采集到的原始电场数据采用传统的莱伊达、格拉布斯、狄克逊等准则进行粗大误差的自动判别和剔除,处理效果不好;采用Robust估计和中值滤波方法,也不能达到满意的效果;采用手工方式挑拣剔除粗大误差,处理效率太低,均不能满足电磁勘探数据预处理的要求.作者提出了一种自适应双向均方差阈值法实现电磁勘探数据粗大误差的自动判别和剔除,此方法对采集到的原始电场数据样本进行排序后,采用迭代或递归的方式,每次均以中点为界分别计算前后两部分数据的均方差,将较大的一个与预先设置的均方差阈值进行比较,若其大于阈值,则判断粗大误差存在于相应的一端,进而剔除相应端端点位置的数据点;若前后均方差值都小于阈值或样本数量小于3个时算法结束.此方法具有自适应优化、阈值参数化控制、适应小样本数据以及计算简单效率高等特点.大量实验结果表明:在选取均方差阈值在30至90范围内时(经验值),能够有效地剔除电磁勘探原始电场数据中的粗大误差,保留最可信数据.目前已在多个实际勘探生产项目中应用此方法处理粗大误差,取得了令人满意的处理效果.     

广域电磁法接收机数字信号FFT实时实现技术

针对广域电磁法（WFEM）接收机各频组数字信号快速傅里叶变换（FFT）点数不统一、低频组点数大不适合现场可编程门阵列（FPGA）实时实现的技术难题,本文采用插值和抽取相结合的抽样率转换方法,提出了满足广域电磁法接收机要求的等长度FFT变换技术,将各频组FFT变换点数统一变换到1024点,并以广域电磁法接收机实际采集到的电场信号进行了测试,最终在EP2C35F484C8 FPGA芯片上实现了1024点FFT变换,最高响应频率达到了93.84 MHz,完成1024点广域电磁信号FFT运算最快只需34 μs,并且能够有效提取广域电磁信号的振幅和相位信息.结果表明：在对广域电磁法接收机信号进行FIR低通滤波后,能够通过插值和抽取相结合的方法,将各个频组FFT变换的长度统一变换成1024点,实现广域电磁信号的FFT实时变换.本文提出的等长度FFT变换技术能够满足新一代高性能广域电磁法接收机FFT实时变换的需求.     

时间域航空电磁法一维正演研究

基于电磁勘探理论，导出了层状大地条件下时间域航空电磁法（偶极-偶极装置）的正演计算公式和算法，编制了相应的计算机程序，对若干典型地电断面作了正演计算. 计算结果说明时间域航空电磁法的探测能力和探测条件，进而为时间域直升机航空电磁系统的设计方案提供了依据.     

积水采空区瞬变电磁响应微分解释方法

瞬变电磁(TEM)视电阻率早、晚期计算公式在求取时进行了简化近似,造成部分地电信息的失真.瞬变电磁响应信号衰减过程与介质的电性特征有关,由此引入瞬变电磁响应微分衰减速度和二阶微分衰减速度两个解释参数,力图避开视电阻率计算,以衰减速度表示瞬变电磁探测结果的电性特征.首先研究了不同导电均匀半空间与低阻目标体地电模型瞬变电磁响应微分衰减速度在时间上的变化特征,在此基础上对瞬变电磁响应二阶微分衰减速度进行了分析,通过绘制TEM二阶微分衰减拟断面图实现了低阻目标体地电模型的电性层划分.研究结果表明:电性分界面与二阶微分衰减的"0"等值线相对应,可以用"0"值等值线作为电性分界面的划分依据,即瞬变电磁微分解释方法能够区分不同地电断面,可以用于瞬变电磁探测成果解释.     

地电观测专用高精度数据采集器研制

针对地震地电前兆观测,研制基于ARM9平台和32位模数转换器ADS1281的地电观测高精度数据采集系统,实现了高精度和低噪声采样.本文给出地电观测高精度数据采集系统的硬件设计、软件实现和系统指标测试结果.该系统采样率可设置为1次/s至100次/s,1至6通道任意配置,通信协议符合中国地震局地震前兆台网专用设备网络通信规程,可以满足地震地电传感器信号采集和网络接入需求.     

基于逆重复m序列的精细探测电法发送机设计

介绍了基于伪随机相关辨识理论的电法发送机设计思想.通过分析逆重复m序列伪随机信号的性质，产生原理，以及伪随机信号系统辨识的原理，研究了其在电法勘探应用中的可行性.用工程软件MATLAB仿真产生了逆重复m信号的波形，并分析了频谱和自相关函数，对产生伪随机信号的序列长度和时钟频率等参数的选择作出讨论，以说明其作为电法勘探场源的优良特点.作出了电法发送机系统初步设计，包括主控单元、逆变器、GPS同步，电流测量等模块，发送机信号控制单元采用硬件描述语言VHDL设计，并用CPLD可编程逻辑器件LC4256V实现了硬件产生m序列和逆重复m序列，及各种控制信号.宽频带、密频比，抗干扰能力强是其主要特点，在电法勘探中有良好的应用前景.     

Born近似快速三维反演井地电法数据

本篇研究了井中电偶极激发地面接收的井地电法的快速反演成像问题.我们采用了Born近似方法和重加权正则化共轭梯度法(RRCG)算法.数值计算的结果表明Born近似是一种有效的井地电法三维快速反演方法,同时也说明井地电法监测油水前驱和储层边界预测的观测数据可以用该方法进行快速三维反演成像.     

基于Android平台的广域电磁接收机采集监控软件研究与实现

现有广域电磁接收机采集监控设备便携性、人机交互、续航能力不佳给野外数据采集带来一定困难,为此可借助Android智能手机在普及率高、用户基础好、便携性佳、计算能力相对较强、人机交互好、续航能力佳、随时随地的无线通信能力等方面的优势实现监控设备朝轻量化和移动化发展,而实现该目标的关键在于设计一款针对通用Android平台智能手机的采集监控软件.该文在搭载Android系统的通用智能手机上设计开发了集Wi Fi(Wireless Fidelity)通信、多线程并行、实时监控、数据可视化、SQLite存储、文件存储于一体的应用程序,在其中可设置或接入WLAN(Wireless Local Area Network)无线局域网,设置测点、测线、采集周期、工作次数等采集任务参数,实时监控多台电磁接收机的运行状态,实现处理数据的双对数坐标显示等.经过试验表明该监控软件功能高效、便携性好,能极大方便工作人员的野外数据采集,具有一定的实际应用价值.