瞬变电磁法的现状与发展趋势

瞬变电磁法在矿产资源等勘查领域已广泛应用,成为寻找铜多金属硫化物矿床的重要方法。这里综述了国内外瞬变电磁仪器的性能和主要技术指标,简要分析了部分仪器存在的缺陷,总体上国外TEM仪器的性能优于国内产品。国外解释软件的可视化和集成度相对较高,在实际资料反演和成像的解释方面,国内外基本处于同一水平。近期一维反演和二维电阻率成像仍是TEM资料解释的主要手段,复杂地电条件的三维反演技术在短期内达到实用化较难。     

TEM中心回线法瞬变磁场求取和全区视电阻率计算

依据TEM法中心回线装置瞬变电磁场的衰减规律,给出了由实测的dB/dt求取瞬变磁场B的简单方法.详细推导了发射电流为斜阶跃波条件下由B迭代反演全区视电阻率的方法.为提高计算精度和速度,对计算过程中的积分、求导推导了解析表达式和采用标准数据库的方法计算含有概率积分的函数.对实测资料进行了计算,通过算例进行了验证和分析.     

大地电磁测深资料常规反演方法的应用现状及进展

文中介绍了大地电磁测深(MT)资料处理解释中几种常规地球物理反演方法的基本原理及该领域内的最新进展,通过应用实例分析说明在进行资料定量解释的过程中应该多种反演手段相互佐证.可以用BOSTICK反演结果建立初始模型,通过一维、二维反演,在结合地质、物探资料并通过正演模拟计算验证的基础上,建立合理的地质-地球物理模型.利用综合信息建模及反演成像技术结合现代地质理论,能有效地降低解的非唯一性,提高解释结果的可靠程度及综合地质解释结果的合理性.     

永夏城郊矿三维地震资料解释方法应用实例

以永夏矿区城郊矿三维地震资料解释为例,论述了利用方差体解释技术、道积分解释技术、三维可视化解释技术、地震反演技术及断层解释方法与沿层地震属性分析技术等三维地震资料解释技术在煤矿采区三维地震资料解释中的应用,明显提高了地震地质的解释精度,丰富了地质资料的信息,为采矿工作面的合理布置提供了可靠的依据。     

利用波阻抗反演技术确定岩浆岩侵入煤层范围

阐述了波阻抗反演技术的处理和解释方法。结合实际资料，在国内首次运用波阻抗反演技术解释岩浆岩侵入煤层范围，获得了较为理想的地质效果。     

TEM最简化反演及在研究永久冻土层中的应用

阐述了基于烟圈理论的最简化反演方法和磁源TEM测深一维经验式反演方法,这两种方法可由观测数据直接反演,不需要初始模型。结合中国东北永久冻土层勘查研究课题,对TEM原始探测数据进行了反演解释。两种反演结果对揭示沿剖面横向、纵向的电性层变化,体现了较好的一致性,可为分析、划分不同电性界面的变化趋势提供参考依据。     

瞬变电磁技术探测古墓陪葬金属器皿的应用效果

通过应用实例简要地介绍了定源大回线瞬变电磁(TEM)技术探测古墓中金属陪葬器皿的野外工作方法、数据处理及资料解释。实例表明,定源大回线TEM技术是一种探测有一定规模的陪葬金属器皿的有效方法技术。     

基于可视化技术的3D井地磁测人机交互反演

可视化技术可以直观、方便地描述诸多地质现象,被广泛地应用于地球物理工作中。井中磁测和地面磁测资料的单一资料反演具有一定的局限性,容易产生多解性。笔者阐述了基于可视化技术的3D井地磁测人机交互反演的方法原理和关键技术,并应用于大冶铁矿实际资料的反演解释。实践证实,该方法不但可以利用地面和井中两种资料的优势,还可以充分发挥解释人员的经验,克服了单一资料反演的缺陷,在找矿过程中获得了良好的效果。     

高温超导磁强计的研制及在TEM上的野外试验

文中介绍了高温超导磁强计的工作原理、特点、所研制的高温超导磁强计的性能指标以及在研制高温超导磁强计的过程中所解决的关键问题，定性地分析了高温超导磁哟计在瞬变电磁法（TEM）上应用的优势。在河北固安以高温超导磁强计做探头和使用传感应线圈做探头在瞬变电磁法（TEM）上进行了野外对比试验。试验结果表明，把高温超导磁强计应用于瞬变电磁法（TEM）上能够加大勘探深度。     

地球物理反演

地球物理反演是近年来发展很快的地球物理学中利用地球表面及钻孔中观测到的物理数据,推测地球内部介质物理参数分布和变化的新方法。地球物理研究一般分为资料采集、处理和解释三个环节,地球物理反演是地球物理资料定量解释的理论和算法基础,也是地球物理资料处理技术的基础之一。在本世纪70年代以前,地球物理资料的定量解释从属于各种单一的观测方法,没有形成适用于各种地球物理方法的统一的反演理论。60年代末至70年代     

瞬变电磁法圆形线圈自感计算

在瞬变电磁法（TEM）中,圆形回线的自感参数用于局部导体晚期瞬变电磁场的等效计算、接收线圈固有过渡过程计算、关断时间的计算以及瞬变电磁仪器研制等。目前,在瞬变电磁法教科书中,圆形线圈自感计算均使用近似公式。这里根据毕奥-萨伐尔定律推导出单匝圆形线圈磁感应强度及自感的积分表达式,利用MATLAB软件进行数值计算。结果表明,目前使用的自感近似公式,在用于计算半径为0.5 m和1 m的圆形接收回线自感时,误差分别为-18.978%和-26.542%。用于计算发射回线的自感时,当回线半径从2.821 0 m～112.837 9 m时,自感近似公式的误差从-35.84%～-55.65%,且单匝正方形回线与等面积单匝圆形回线的自感值之间存在5.12%～8.11%的偏差。     

含水采空区全空间瞬变电磁响应分析

针对含水采空区全空间瞬变电磁响应信号识别问题,采用有限元数值模拟及现场实测方法,基于电动势—视电阻率及对应时深转换关系,获取了全扇面视电阻率随深度变化的空间分布规律,提取了低阻异常区测点感应电动势衰减曲线,得出了测点随探测角度变化的电动势量化变化规律。基于上述研究,开展了井下钻探验证及钻孔窥视,并对现场钻孔出水水样进行了水质分析。结果表明:含水采空区的瞬变电磁响应横向角度对应一致性高于纵向深度;其感应电动势升幅与感应电动势差值变化趋势相反,呈现出在二次场观测初期急剧增大而后趋缓的特征,最大升幅可达10倍以上。钻探工程及化探分析进一步验证了物探成果。     

瞬变电磁法磁场及其视电阻率研究

文章给出了瞬变电磁法野外勘探中由感应电压求取感应磁场的方法,与理论计算结果的对比说明了方法的可行性.应用该法对实际资料进行了处理解释,它表明感应磁场提高了数据的信噪比,且它的视电阻率具有更准确的解释深度.     

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。     

巷道影响下三维全空间瞬变电磁法响应特征

使用磁偶极源模拟三维均匀介质内部低阻体的全空间响应特征,采用非均匀网格和时间步长推导了瞬变电磁场的三维时域有限差分格式,并根据多个测点计算的数据,绘制了磁场和磁场对时间导数的等值线图,分析了瞬变电磁场的传播规律,以及巷道和交界面对场的影响特征。结果表明:在磁场穿过低阻体与大地的交界面时,磁场的扩散速度降低,衰减变慢;随着迭代次数的增加,磁场以低阻体为中心形成等值线环。巷道在早期对场影响较大,晚期则不明显,为解释全空间TEM异常提供参考。     

地一井瞬变电磁三维交错网格有限差分正演及响应特性

为了研究地-井瞬变电磁响应特征,获得不同井位低阻薄板异常体的响应规律:首先采用交错网格有限差分技术离散二次场满足的频率域赫姆霍兹方程;然后结合虚框叠加等效和虚拟界面法将发射源和接收位置扩展到任意层位,解决了全空间背景格林函数的计算问题;之后利用MUMPS求解器求解频率域二次场,再经过余弦变换,获得井中任意位置的瞬变电磁响应;最后采用三维模型对本文算法的正确性进行验证,设计了均匀半空间和嵌入低阻薄板的三维模型,获得垂直磁场的三维分布,分析均匀导电半空间中低阻薄板对地-井瞬变电磁三维响应的影响特点.结果表明:本文三维地-井瞬变电磁计算方案的计算精度与前人基本相同;水平导电薄板的存在主要影响板体附近及穿过薄板的井中瞬变响应,最大的特点是在异常体位置附近的中期时间道响应出现变号现象.本文的研究为定性解释地-井瞬变电磁法异常提供一个技术手段,也为地-井瞬变电磁三维反演奠定基础.     

Magnetic viscosity effect on TEM data of an array with a fixed transmitter loop

In this paper, we present and discuss the results of modeling of the transient induction processes observed at different distances from the center of a transmitter loop in studies of a two-layer earth in which the magnetic susceptibility of the top layer or the base depends on frequency. Profiling graphs (the offset is plotted on the abscissa, and the EMF induced in the receiver coil at a fixed time is plotted on the ordinate) show that the polarity of the EMF changes as the offset increases. For the model with a magnetic layer of any thickness, the polarity of the EMF reverses immediately after the receiver crosses the loop wire. For the model with a magnetic base, the offset at which the EMF polarity reversal occurs is the larger the greater the thickness of the layer. For both models, the EMF at a fixed time depends on the thickness of the layer and the offset. Particularly strong dependence of the EMF on layer thickness or offset is observed near the loop side. Therefore, measurements near the wire make it possible to determine the thickness of the layer in the case where it is much less than the length of the loop side. The overall effect of magnetic relaxation and transient eddy currents leads to the fact that small changes in the layer thickness or offset can lead to a dramatic change in the transient response.     

考虑发射电流波形的地–空瞬变电磁三分量响应研究

地–空瞬变电磁法在煤炭采空区勘探等领域受到了越来越多的关注, 有必要研究发射电流波形参数对地–空瞬变电磁三分量响应特征影响, 为地–空瞬变电磁数据处理与解释提供理论依据。以梯形波为例, 首先, 研究不同发射电流波形的频谱分布情况; 然后, 基于三维时域有限差分正演研究发射波形的上升沿时间、脉宽和关断时间对地–空瞬变电磁三分量磁场响应的影响。结果表明:上升沿时间对三分量二次场响应基本不产生影响; 关断时间对三分量二次场响应的影响主要集中在0.2 ms之前, 且关断时间越长对纯异常响应影响越大; 脉宽对三分量二次场响应的影响主要集中在0.1 ms之后, 且脉宽越短对纯异常响应影响越大。三维采空区模型结果表明:关断时间、脉宽对三分量异常场和背景场响应的影响特征基本一致; 通过三分量纯异常场响应多测道图和时间道图可以判断异常体的分布范围和深度。研究成果可为地–空瞬变电磁激励源波形的参数选取提供有价值的理论借鉴。      

对瞬变电磁测深几个问题的思考(三)——瞬变电磁场关断效应及全期视电阻率的普适算法

首先给出瞬变电磁（TEM）场卷积计算式,并将关断电流变化率函数看成冲击函数,垂直阶跃脉冲激发的场分量看成输入信号,卷积结果就是任意形状关断电流的TEM响应。把电流激发脉冲看成是许多垂直阶跃函数的叠加,通过叠加这些阶跃函数的响应求得任意电流脉冲激发的瞬变电磁响应。当已知TEM场的实测值和关断电流形状,就可按编程的方法计算全期视电阻率。文中给出了2个斜坡关断电流激发的电偶极源TEM垂直磁场算例,一个为均匀半空间的响应及其全期视电阻率,另一个为三层K型地电断面的响应及其全期视电阻率。      

多辐射场源地空瞬变电磁一维反演方法研究

地空瞬变电磁法融合了地面与航空瞬变电磁的方法原理与观测模式,将发射源置于地表,并利用航空器在空中接收响应信号。因此,地空瞬变电磁法同时具有地面装置大测深、高信噪的优势以及航空装置中采集高效的优势。先有研究偏重于单一辐射源,忽略了多辐射场源在勘探深度与信噪比上的优势。因此需要研究适用于多辐射场源地空装置的数据解释方法。在解决多辐射场源地空瞬变电磁正演问题之后,以Occam反演理论为基础,对多辐射场源地空瞬变电磁一维反演进行研究。首先要构建目标函数,本文通过引入拉格朗日乘子,将数据拟合差及模型粗糙度组合起来进而构建目标函数;其次解决灵敏度矩阵的构建问题。模型计算结果表明本文多辐射场源地空瞬变电磁法一维反演算法的有效性,可为三维反演与精细解释提供良好的基础。通过对典型模型的反演计算,从其理论模型及反演结果的对比可以看出,Occam反演方法可以应用到多辐射场源地空瞬变电磁系统中,为多辐射场源地空瞬变电磁解释增加了新途径。