基于COMSOL的起伏地形三维大地电磁数值模拟北大核心CSCD

COMSOL是一个多物理场仿真软件,笔者尝试将其应用于大地电磁法的数值模拟,研究起伏地形对大地电磁响应的影响及解决方案。本文由麦克斯韦方程组出发,施加第一类边界条件,将地形起伏数字化为参数化曲面,导入COMSOL进行计算。在对COMSOL的精度进行了验证的基础上,分析不同频点所需内存以及自由度,然后选择合适的频点进行研究。将三维起伏地形的模拟结果与无地形起伏时的结果进行对比,总结出山谷、山峰地形对三维大地电磁响应的影响,发现在XY模式下,地形对视电阻率的影响大于相位,在视电阻率等值线图中能够清晰地看出起伏地形的轮廓,而在YX模式下,地形对相位的影响大于对视电阻率的影响。最后,利用“比值法”进行地形校正,校正前由于起伏地形影响,在异常体附近会出现部分视电阻率数值跳跃现象,通过校正有效抑制了起伏地形对异常体附近视电阻率的影响,校正后的视电阻率曲线整体上移,并且异常体周围的视电阻率值也趋于背景场值,获得了较好的效果。     

瞬变电磁法测量中地形改正方法探讨

瞬变电磁法在工程、水文及金属矿产勘探等方面正日益得到广泛的应用。在地形复杂地区,物探异常的准确定位不可避免地受地形因素的影响。笔者通过大量的工作实践,提出了用法线进行地形改正的方法。对重叠回线装置而言,法线是垂直于回线平面、并通过线框中心点的一条直线。通过专用软件换算出每个测点上的各道电位值所对应的视深度和视电阻率值,沿法线方向投影到作图面上,从而达到地形改正的目的。     

点电源下复杂角域地形影响及校正

角域是描绘起伏地形的基本单元,通过角域叠加可以获得复杂纯地形产生的视电阻率异常,进而可以进行地形校正。将简单角域视电阻率畸变进行组合叠加得到复杂角域地形的视电阻率畸变,分析了组合叠加误差,并与ANSYS软件数值模拟结果进行了对比。结果表明,在地形起伏不大的情况下,可以通过组合叠加获得复杂角域地形的视电阻率异常。最后给出了利用组合叠加法获得纯地形影响后应用比较法进行地形改正的模型算例;与水平地形时的结果对比表明,比较法可以削弱地形影响,突出局部地质体的异常。     

回线源TEM山地勘探中的地形影响和校正方法

陕西黄陵、山西王家岭的大回线和山西中条山小发射回线瞬变电磁探测,表现出了不同的地形影响特点。在典型地形影响规律的基础上,通过测道图判断影响的性质;根据电流线聚集与发散机理,对地形影响的不同表现性状给出了解释。研究表明:对于典型的地形影响,可采用通常的比值、滤波等校正方法;非典型的大回线地形影响,将视电阻率-深度剖面上原被空气置换部分挖除是合理的;小回线装置较少受地形影响,可以仅作各测点的高程校正。      

TEM框内回线装置发射框边界影响及消除方法

探讨了大定源回线框内观测装置的视电阻率计算问题。中心回线晚期视电阻率计算由于受边界影响及不满足晚期条件,计算的视电阻率值有畸变,影响了煤田采空区及富水性的解释。利用电偶源时域垂直磁场求取全区、全期视电阻率,解决了发射线框的边界影响问题及早期道视电阻率计算问题。理论模型计算和实测资料的处理结果表明了该方法的有效性。      

H_0法求动校正量

在多次迭加资料处理中,一般是采用公式计算或采用速度谱法求取动校正量,然而,实践表明,在煤田地震勘探中,采用公式法计算出的动校正量一般偏大,因为煤田地震勘探多是在层状非连续介质中进行的。采用速度谱法则往往因煤田较浅及资料不好而难于求得速度谱,即使求得速度谱也往往因离散性大而影响迭加的效果。因此如何根据煤田地震地质条件的特点,探讨新的求动校正量的方法,就成为     

可控源音频大地电磁考古资料的地形校正、解释方法效果对比

介绍了秦皇陵考古探测CSAMT视电阻率数据中的地形影响和采用不同校正方法进行校正的对比研究结果.这些结果说明,采用不同的地形校正方法,其解释结果会有很大区别,以此提醒人们对起伏地形资料进行解释时,应小心使用各种地形校正方法;同时展示出采用合适的校正方法对地形进行校正,可以明显压制CSAMT考古资料中地形影响,改进数据解释质量,说明地形校正是非常必要的.     

基于混合网格有限元的直流电阻率法三维正演研究

直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中,钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确,是否影响视电阻率资料的解释是值得探讨的一个问题。因此,提出采用混合网格有限元法实现直流电阻率三维正演。给出异常电位法满足的边值问题及有限元变分问题,应用三棱柱和四面体混合网格实现对计算区域的快速离散,并建立2种网格的线性插值基函数和单元系数矩阵;采用SSOR–PCG迭代算法求解异常电位满足的大型线性方程组,得到各观测点的响应。在保证计算精度的前提下,应用混合网格有效地离散钻孔地电模型,探讨钻孔因素对井–地、地–井观测方式视电阻率数据的影响特征。对于井–地观测方式:钻孔附近视电阻率受钻孔因素影响最大,严重影响视电阻率资料的合理解释,但随着测点收发距的增加,视电阻率响应逐渐趋于围岩电阻率;而且随着发射源深度的增加,钻孔对地表视电阻率响应的影响也逐渐减小。对于地–井观测方式:钻孔因素对浅部数据影响较大,对深部数据影响小,相比于井液电阻率,视电阻率响应更易受钻孔孔径的影响。直流电阻率法混合网格有限元三维正演算法的提出,对实际井–地、地–井电阻率法勘探具有理论指导意义,可结合钻孔信息进行正演模拟分析,选择合适的收发距,有效压制钻孔因素对实测资料的影响。      

基于CSAMT电场分量的电性标志层深度校正技术及应用

可控源音频大地电磁(CSAMT)是探测含煤地层富水区及采空区的重要地球物理方法,但其探测深度误差比较大,采用电性标志层进行深度校正,达到精确解释地层的目的。首先,提出基于电场单分量视电阻率计算方法,只需通过平移即可获得全区视电阻率,无需迭代,简单快速。接着,分析视电阻率微分极值与电性标志层的关系,通过测井电阻率曲线识别出电性标志层,然后通过比值计算深度校正系数,在全区进行插值得到任意测点的校正深度。对新元煤矿31004工作面R280测线数据进行深度校正处理,结果表明:校正后的深度和实际地层基本吻合。最后,通过已知充水采空区边界、淋水点以及钻孔揭示的结果进行对比验证,达到了预期效果。该方法为CSAMT在含煤地层进行精细化数据处理和解释提供了新的思路。      

白坪山区高分辨地震勘探

山区地震勘探是一个重点攻关领域。本文通过白坪井田地震勘探的实例，论述了山区煤田地震勘探的数据采集，处理方法，并在煤田上首次采用浮动基准面静校正方法，基本解决了山区地形静校正问题，取得了的地质效果，打存了山区煤田地震勘探的“禁区”并为类似地区地震勘探提供了一个成功的范例。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(五)——地形对TEM资料的影响

通过观测点的地形对瞬变电磁法（TEM）相关资料的影响分析,结果表明其大小不但与地形的变化幅度有关,也与表层电阻率高低、观测延时有关。通过模拟计算与实际应用,验证了地形对TEM资料影响的规律。地形对TEM资料影响的实质是地形起伏促使涡流聚散,致使感应场升高或降低,导致TEM视电阻率变化与地形起伏反向。根据地形对TEM资料影响的规律,可采用适当方法进行地形影响校正。      

对瞬变电磁测深几个问题的思考(二)——小回线瞬变场法探测分析与实践

阐述了小回线瞬变场法探测的几个问题:在地电断面一定的情况下,瞬变电磁（TEM）场的理论扩散深度仅取决于时间;模拟不同大小回线发射电流相同时,其激励的地下电场峰值到达某一深度的时间相同,只是强度不同;经过推导与计算,显示小回线中心的感生电动势比预想的大,按大回线公式计算小回线观测结果的转换视电阻率会大大缩小;列举了几个小回线TEM法实际探测结果。从理论与实际结合上展示小中心回线TEM法的探测能力。      

CSAMT静态校正及其在煤矿采空区探测的应用

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种煤矿采空区探测的有效方法,针对可控源音频大地电磁法易受浅部不均匀体影响出现静态效应的特点,参考瞬变电磁法（TEM）晚期视电阻率数据,使用曲线平移法对CSAMT数据进行校正,可以消除静态影响,还原真实的电阻率响应,提高数据解释的精度。以正演模型为例,验证了方法的有效性。将该方法应用于山西某煤矿采空区探测,校正后的反演结果与已知资料吻合,取得了良好的探测效果。理论和实践证明了该校正方法的可行性。      

定源回线瞬变电磁x分量视电阻率计算方法

为获得定源回线瞬变电磁x分量的视电阻率,将定源回线等效为多个垂直磁偶极子,从而计算得到定源回线x分量瞬变响应结果.通过均匀半空间的瞬变响应值来拟合实测瞬变响应每一时间道的值,将均匀半空间的电阻率值定义为该时间道的视电阻率值.计算结果表明该方法有效,计算精度能够满足要求,可为定源回线瞬变电磁法多个分量综合解释提供必要的基础.     

基于钻探约束的瞬变电磁解释方法及应用

随着我国城镇建设的飞速发展,城镇建筑用地范围不断扩大,所面临的近地表地质构造越来越复杂,常规钻探法难以满足地基勘查的需要。为此,基于优势互补理念,将瞬变电磁法空间采样率高、地质信息丰富、地质体横向边界刻画准确等优势与钻探垂向测深精度高、分层定位准确等优势相结合,提出基于钻探约束的瞬变电磁法解释新方法,较好地克服了常规瞬变电磁法计算深度精度不足的局限,提高了视电阻率剖面的纵向解释能力。通过浩金元住宅建设区采空区探测的应用试验,圈定了测区中东部存在一个面积约0.01 km2的采空积水区,中部存在一个面积约0.009 75 km2的非采空区,其他部分均为采空区,取得了良好的应用效果。      

磁性源瞬变电磁法视电阻率计算方法

瞬变电磁法视电阻率的定义和计算主要有早期、晚期和全区视电阻率定义和计算方法,然而根据瞬变电磁法激发场源、工作装置和工作环境的不同,其视电阻率的定义和计算也不相同.笔者总结和评述了各种磁性源不同工作装置的早期、晚期以及全区视电阻率计算方法,同时对隧道、矿井瞬变电磁法中的全空间视电阻率的计算以及考虑关断时间效应的视电阻率的计算等进行总结.在分析各种定义和计算方法的基础上,结合瞬变电磁法的发展应用,对视电阻率的定义和计算提出了几点建议.     

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。