有限长导线源频率测深有限内存拟牛顿一维反演

本文采用有限内存拟牛顿法实现有限长导线源频率测深阻抗响应数据的一维反演。水平层状介质有限长导线源阻抗频率响应由基于虚界面法获得的地表水平正交电场和磁场计算得到;一维反演优化问题的求解利用有限内存拟牛顿法,结合光滑模型约束,直接对阻抗的频率响应数据进行反演。在反演过程中,正则化参数的调整采用目标函数自适应技术。反演模型剖分为多层,各层厚度自地表按比例增加。反演从均匀半空间开始,终止条件为目标函数相对变化小于10~(-4)。分别对理论模型和实际数据进行了反演模拟。为考察反演的稳定性,还对理论数据添加10%随机噪声后进行了反演。数值计算结果表明:有限内存拟牛顿方法可以用于有限长导线源频率测深阻抗频率响应的反演;该反演方法对初始模型的依赖性弱,从均匀半空间模型出发基本可以恢复到真实模型;反演初期收敛较快,后期收敛速度变慢,反演结束一般需要迭代40次左右。噪声数据反演结果表明,随机噪声对反演结果影响不大,说明有限内存拟牛顿法具有较好的抗干扰能力。本文研究成果给出了可控源电磁数据反演的一种新方法;同时,利用本文的研究成果,可以为二维或三维反演建立合适的初始模型。     

可控源三维反演在繁昌地区地质填图中的应用

为研究安徽省繁昌地区岩体分布及地层间的接触关系,确定可能的矿体赋存空间,开展了可控源电磁探测.剖面长度15 km,观测数据为来自两个发射源的电场振幅.采用有限内存拟牛顿法进行三维反演,反演过程中,正演模拟采用考虑场源分布特征的交错网格有限差分技术.观测数据三维反演模型显示,剖面中段、最南端与最北端呈高阻特征;靠近中段的...     

基于井中垂直磁场的可控源电磁法深部矿产探测研究

我国浅部可用矿产资源量日益枯竭,如何提高深部矿产探测效果是亟待解决的重要问题。然而对于深部资源的探测,受限于地面地球物理勘探技术的探测精度、深度以及抗干扰能力,传统的电磁法难以在地表准确探测到深部隐伏矿的有用信息。为提高可控源电磁法（CSEM）的分辨率,本文利用矿井作为接收电磁总场响应的测点位置,采集井中垂直磁场数据BZ,获取地下电导体三维空间分布信息。采用有限差分法正演研究不同矿井位置对异常体的正演响应,结果表明矿井越靠近地下异常体边界,响应越大。基于有限内存拟牛顿法（LBFGS）所实现的快速三维反演,进一步证实井中磁场数据可以有效提升对深部空间信息的识别。最后,井中磁场数据与地面磁场数据结合起来实施的联合反演,实现了从浅到深的高精度成像,为实际深部矿产勘探提供了理论支撑。     

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。     

基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演及应用

可控源音频大地电磁法（CSAMT）正演具有计算耗时、精度低的特点;常规的反演方法边界处理简单,占用内存大,搜索方向也难以精准,严重影响反演效果。为了实现CSAMT快速高精度正演,改善边界处理方法以减少内存占用,优化搜索方向以减少迭代反演次数,提出基于边界约束有限内存的拟牛顿CSAMT一维反演方法。首先,在CSAMT正演中基于高斯积分与并行算法实现了一维介质模型条件下有限长导线源激发的水平电场快速高精度计算。其次,在反演方法中,分别构建了基于相对误差和绝对误差的两种目标函数,并引入光滑模型约束,采取自适应正则化策略更新正则化因子,并采用基于边界约束的有限内存拟牛顿算法（LBFGS_B算法）,实现了CSAMT一维准确快速反演。以含低、高阻薄层的多层地电模型的水平电场E_x振幅为反演数据进行直接反演和模型检验。结果表明,该方法能够反映出地层电阻率随深度变化的趋势,并对高、低阻薄层有较好的分辨能力,低阻薄层分辨效果更佳。实际CSAMT资料的反演剖面的分辨率优于常规的连续介质反演方法,地质效果明显,表明该方法具有良好的应用前景。      

非线性共轭梯度三维反演在山西河津铁矿音频大地电磁数据勘察中的应用

利用非线性共轭梯度反演方法,对采集到的近正交的两条音频大地电磁剖面数据构成的主阻抗数据集进行三维反演。结果显示,山西省河津市地下结构呈现较明显的三层构造特征,推测第一层高阻异常是侵入岩或变质片麻岩,第二层低阻异常是铁矿富存区,高阻的第三层异常反映研究区的花岗闪长岩基底。根据地球物理电性参数资料,铁矿体为低阻,电阻率<10Ω·m。因此,推测10Ω·m的电阻率等值面大致勾勒出大地电磁反演结果推测的铁矿的成矿有利区。在两条剖面正交位置下方,矿体规模较小;但在2号线60-100号点和3号线476-492号点的下方1 km深的位置附近发现了新矿体。结果表明,利用大地电磁法寻找类似热液型铁矿这类局部异常体,三维反演是获得可靠结果的必要技术手段;即使是剖面性观测数据,也可以进行三维反演,并取得良好效果。     

时移可控源音频大地电磁法三维反演研究

时移地球物理监测是观测地下物性参数随时间动态变化的有效方法。地球物理反演结果会受到测量误差、测量环境的噪声污染以及地球物理反演多解性等系统性因素的影响。如果对时移地球物理数据进行不同时刻数据的单独反演,可能会导致不同时刻的反演结果可对比性差,从而影响时移地球物理的监测效果。针对可控源音频大地电磁法在监测领域的实际需求,将不同时刻的观测数据放在一起反演,不同时刻的电阻率模型相互约束,实现了时移可控源音频大地电磁法三维反演。设计三种类型模型进行合成数据的单独反演和时移反演对比试算,验证了时移反演算法的有效性。反演结果表明：通过加入相邻时刻模型约束,时移反演可以更好地聚焦异常体的位置,降低噪声以及测量环境变化对反演结果的影响,防止反演伪影掩盖真实的地下变化。研究成果为时移可控源音频大地电磁法的实际应用奠定了良好基础。     

CSAMT法在安徽太湖县牛镇地区地热勘探中的应用

文章介绍了应用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)在复杂地区寻找隐伏地热资源的实例。工区位于安徽太湖县牛镇北东部,多条NE向和NW向断裂在区内交汇,其地质、水文地质特征与汤水湾温泉类似,认为该区具备寻找隐伏地热资源的较大潜力。通过开展2条平行CSAMT剖面测量得到：依据电阻率梯级带异常特征推测得到NE向F201断裂;依据带状低阻异常推测得到与F201斜交的储水次级断裂并于该位置施工钻孔Y1,成功探明水温22℃、涌水量780.4 m³/d(降深S=20.62 m)的地下水资源。研究结果既验证了CSAMT法在工区寻找断裂构造的有效性,更揭示了CSAMT反演异常特征对于该区断裂构造富水性指示具有重要作用,可为相近地区地下水资源勘探提供一定的思路启发与技术经验。     

可控源音频大地电磁法在探测铝土矿中的应用

河南洛阳某工区的铝土矿赋存层位为石炭系本溪组,属开阔平坦的近陆滨海侵蚀平原沉积,位于中奥陶统马家沟组之上,层理不发育。铝土矿与其围岩有较大的电性差异,特别是铝土矿与其标志层奥陶系灰岩侵蚀面的电阻率值相差较大,达数千欧姆米乃至数万欧姆米。在可控源音频大地电磁法测绘的视电阻率反演断面图,铝土矿发育处电阻率曲线横向表现为不连续,呈现一明显的低阻异常,通过实际地质资料验证,可控源音频大地电磁法提供的铝土矿探测资料可靠。     

ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

瞬变电磁在吉林省红旗岭铜镍矿勘查中的应用

利用瞬变电磁法(TEM),在红旗岭镍矿勘查中,发现了7号岩体周围的电阻率变化规律,即:高阻异常带、低阻异常带。通过反演计算,结合岩石的电性参数、地质资料,推断了局部低阻异常带是由矿化体引起,从而验证了(TEM)方法在该地区勘查中的有效性。     

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。     

瞬变电磁在可可塔勒铅锌矿床中的应用

可可塔勒铅锌矿床位于阿尔泰山南缘麦兹盆地,是新疆目前发现的最大的铅锌矿床之一。在该矿区部署了2条二维测线,开展了大回线源瞬变电磁数据采集和处理,试图根据所观测的电磁异常圈定深部矿体。对异常解释的钻探验证结果显示,反演结果的低阻异常与实际矿体对应很好,电阻率的空间分布特征与矿体在深部的延伸与地层倾向一致,为该矿区资源潜力评价提供了依据,也是在其它矿区开展类似深部勘探的借鉴。     

双分量广域电磁法在深埋隧洞工程勘察中的应用

广域电磁法是一种高效、抗干扰能力强的电磁勘探方法,常规E-Ex观测方式仅处理单分量信息,不利于复杂构造区勘探应用。开展E-Ex及E-Ey双分量观测与解释,是提高勘探精度的有效途径。为测试双分量广域电磁法的应用效果,本文以西南地区卡拉水电站深埋隧洞工程勘察为例,阐述和说明了双分量广域电磁法的基本原理、数据采集方案、数据处理及反演方法,获得了目标洞线剖面的双分量广域视电阻率及其二维反演模型;结合地质资料,对反演模型进行了推断解释。结果表明,双分量广域电磁法反演模型准确反映了目标剖面的主要电性结构,较好揭示了断裂及破碎带的位置和倾向;与常规E-Ex单分量观测相比,E-Ex及E-Ey双分量广域电磁法可在少量增加施工成本的基础上提供双倍的观测数据量,具有高效及可用信息多等优点,有利于提高复杂构造区勘探精度,是深埋隧洞勘察的一种有效手段。     

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常,更需要查明灾害体的地质构造,为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此,将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中,期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先,根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场;然后,利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型,利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像;最后,综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释,判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常,但是异常分布范围略有增加,且不易判断倾斜角度;而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确,更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置,但是异常形态与实际模型略有偏差;偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态,预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明,虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布,又能识别灾害体电性分界面,为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。      

地面-坑道激电测深方法在山东玲珑断裂带深部找矿中的应用

在山东玲珑断裂带深部找矿中,考虑断裂带处在地电干扰和地形变化复杂地段,且深部地质体产状变化较大,仅依据半空间地面物探方法很难摸清地质体的展布形态,盲目布设钻孔会造成找矿成本的提高。为精确反演深部矿体的边界范围、走向及倾向,提高钻孔见矿率,降低找矿成本,在山东玲珑断裂带地面、坑道采用立体物探技术,试验通过布设多条方位不同的地-坑、坑-坑和地-地纵横激电中梯剖面和双向三极测深剖面,进行了二维电法剖面反演。在地面-坑道激电测深方法中,地面-坑道供电,坑道测量探测深度与坑道深度呈正相关,反映了深部巷道底板以下电阻率和极化率的分布状况,可以实现深地探测目的。由于地面-坑道供电,坑道测量装置处在半空间和全空间两个部分,需要采用"镜像法"和地下倾斜偶极源电流场特征对其装置系数k值重新推导,以反映坑道空间岩矿体真实电阻率的变化。坑道中梯剖面异常与单向三极剖面异常、双向三极电测深反演结果对应较好。经钻探验证,矿体分布与物探推断高极化体基本一致,为快速准确布设深部钻孔提供资料。     

南秦岭池沟地区地物化特征及其找矿意义

池沟斑岩型铜钼矿（化）体产于燕山期中酸性岩体内外接触带中,成岩与成矿年龄一致。区内物化探异常及矿化均围绕斑岩体呈（环）带状分布,构成斑岩型-矽卡岩型铜钼矿成矿系列。近年来,池沟地区采用高磁扫面＋CSAMT（可控源音频大地电磁法）＋钻探等组合方法,显示物化探异常特征与池沟出露岩体相吻合,经钻探,在池沟斑岩体接触带深部发现了厚大低品位铜钼矿体。在总结矿区地质特征的基础上,以区内物化探异常特征为依据,认为地表物化探异常与深部矿体位置形态有对应性关系,找矿潜力巨大,具有寻找斑岩型铜矿床的有利条件。