分布式多通道电法电磁法数据同步采集系统

采集系统是电磁法仪器的重要组成部分,设计出高精度、低功耗的分布式采集系统是电磁法仪器研制的重点和难点.本文设计的采集系统集成了6个采集通道,每个采集通道的A/D转换器都选用了32位的ADS1282,并通过DAC1282来提供ADS1282校准和自检所需要的外部信号.采集部分的控制中心选用了MachXO2 ZE系列这款功耗极低的CPLD.为了保证同步采集的精度,设计中采用了GPS和OCXO协同授时的方案来提供同步时钟.采集系统具备MT、CSEM、SIP等测量功能.测试结果表明,本采集系统同步精度维持在1E-11以下,待机状态下功耗为0.32 W,运行功耗2.76 W,各通道短路噪声值均在μV级,信噪比在118 dB附近,满足设计要求.     

高密度电法的三维数据场可视化

高密度电法是重要物探方法之一,由于它具有施工快捷、分辨率高、可靠性好、图像直观等优点,已被广泛应用于寻找金属非金属矿、地下水及各类工程地质勘察等众多领域.目前,该方法在数据资料处理方面还局限在二维图像.本文结合在山西阳泉复杂采空区利用高密度电法和高精度GPS测量联合勘察的工程实例,基于WinDisp软件平台,实现了高密度电法的三维数据场可视化,构建了视电阻率参数下的三维地质体结构模型,并且可以任意移动、旋转、切片、分层显示、实时显示真实地理坐标等.该模型客观、真实、形象地反映了电性异常的三维地质结构,为高分辨率预测复杂采空区的空间分布特征提供了直观、可靠的资料.     

软开关机在高可靠性分布式电法仪器中的设计

嵌入式系统因具有功耗低,功能强大,灵活性好等优点而被广泛用于电法仪器中.由于处理器架构的不同和使用硬件环境的复杂性,嵌入式系统对电源管理并没有一个统一的规范.随着分布式观测系统等"大数据"方法的发展,各个采集站工作时往往需要不停地保存大量的数据.为防止各类突发事件而导致采集站的数据文件被损坏,一个安全的开关机机制就显得尤为重要.为解决这一问题,本文设计了一种基于CPLD的软开关机系统.该系统在工作时,需要电流为30 mA,功耗为0.36 W.实际应用表明,该系统不仅功耗低,消耗资源少,而且安全性好,能有效地应对各类突发事件对数据产生的影响,增强了系统的稳定性.同时该系统具有很强的通用性.     

三维高密度电法在底板水探测中应用

针对目前采用二维高密度探测矿井底板水, 只能获得巷道底板的富水性特征, 而不能获得工作面内部的底板富水性情况的现状,研制出了通过在工作面周边铺设电缆,采集工作面底板三维数据体的设备及数据处理软件,并结合三维成像技术,实现了工作面底板富水性采前三维探测、三维数据体垂直及水平切割技术.结合新汶煤田协庄煤矿71504W工作面应用实例,介绍了三维高密度电法技术在底板水探测中的应用, 实现了对工作面底板富水性采前三维数据体的采集、采场底板含水性三维电阻率成像, 可方便地进行水平及垂直切片, 将工作面底板富水状态直观地表现出来,说明了该技术的实用性和有效性.     

基于三维高密度电法的地质BIM模型应用研究

地质体三维可视化BIM(Building Information Model)技术具有直观呈现地质体的三维赋存情况、实现地质体的空间计算与分析等众多功能,为工程设计和施工提供可视化的基础操作平台.目前,地质BIM模型的构建主要依赖大量钻孔资料和地质测绘成果.而由这些点状信息构建的三维地质模型易出现孔间盲区,且大量钻孔费时费力、破坏三维地质体结构,难以满足精细化、快捷、无损的地质建模需求.针对此问题,本文以豫北某拟建水库大坝工程为依托,利用三维高密度电法对坝址区左岸杂填土进行探测,物探解译成果结合少量钻孔资料快速精确构建工区地质模型.在此基础上,将大坝输水洞设计参数引入模型,直观展示沿洞线地质体与输水洞的空间关系.通过该方法计算施工开挖土方量比传统地质断面法多6000 m3,系孔间盲区基岩面下降形成基岩凹槽所致.研究表明,三维高密度电法成果结合少量钻孔资料可快速实现三维地质BIM精细化建模,为工程后期预算、施工地质预报以及构筑物优化设计提供可靠地质依据,也为精细三维地质BIM建模提供了一种新思路.     

基于高密度电法温纳装置的三维电阻率反演应用

在金矿采空区钻孔定位时,较多地依据二维高密度电法剖面反演来计算采空区的位置及产状,由于金矿采空区产状变化复杂,二维反演仅反映了采空区沿纵断面的展布形态,因采空区影响范围内测点较少至使反演目标边界误差较大,盲目布设钻孔会造成探测成本的提高,为实现精确探查,精准反演采空区的边界范围、走向及倾向,提高钻孔准确率,降低勘察成本,在蓬莱大柳行金矿试验通过布设多条等距高密度电法剖面(剖面间距为50 m、点距20 m),构造了不均匀测网,利用高密度电法仪采集温纳排列测深数据,将该排列数据进行了对称四极测深数据格式转换.采用该测网建立了三维电阻率反演数据格式,进行了三维电阻率反演,经钻探验证采空区中心埋深与三维电阻率反演低阻体埋深误差3.1 m.最终反演迭代精度与二维高密度电法剖面反演精度相差9.5%,为准确布钻提供资料.     

基于三维高密度电法的黄土灌溉水入渗方式研究

灌溉诱发型黄土滑坡是我国西北地区主要地质灾害之一.为研究灌溉水在黄土层中的入渗方式,对位于甘肃省的一处黄土层中无裂隙发育的农业用地进行了灌溉试验,通过人工引水灌溉模拟还原农业灌溉水的入渗过程,利用三维高密度电法对灌溉水的入渗过程进行了表征.其后,通过Res3 Dinv三维处理软件对监测数据进行了多次反演计算,利用Voxler软件平台对黄土灌溉水入渗过程的电法反演数据进行三维可视化处理.试验成果表明,灌溉水在浅层均质黄土层中主要以竖向的"活塞式"运移为主,侧向运移能力较弱.当深度达到5.5～6 m时,深部黄土中含水率几乎不再增加,其入渗方式发生明显变化,即可能由液态水运移转化为水汽运移.通过传感器监测数据及竖井验证,本次三维电法效果较好,证明利用三维高密度电阻率法在黄土地区进行灌溉水入渗方式研究是切实可行的.     

体积分方程法模拟电偶源三维电磁响应

利用体积分方程法模拟电偶源激发时均匀导电半空间频率域三维电磁响应.讨论了张量格林函数的计算,对于需要计算三重积分的张量格林函数电荷项一次部分,应用一种差分近似的方法求解,这种方法在保证计算精度的同时更加便于计算机实现;采用二次剖分的算法解决了计算张量格林函数时的奇异值问题;计算含有贝塞尔函数的积分项时,利用一种结合连分式展开的高斯求积代替常规的快速汉克尔变换方法,在确保正确计算的同时提高了计算精度.     

高密度电法在黄土滑坡结构探测与三维建模中的应用

黄土高原滑坡灾害频发,严重影响着当地人民的生命财产安全．分析滑坡体稳定性,预防及治理滑坡灾害需要查明滑坡形态特征．近年来,高密度电法作为常规的物探方法来确定滑坡的地质结构和水文条件,已经成为滑坡现场探测的一种便捷技术．本文以宝鸡市中岩山滑坡为例,运用高密度电法探测不同深度地层的电阻率值,通过钻探将电阻率与含水率建立关系,结合反演得到的高密度电法剖面与钻孔岩性资料及地质调查资料,弥补了单纯依靠钻孔信息来确定地层结构及滑移面形态的不足,查明了中岩山滑坡的黄土 泥岩地层结构、黄土厚度、富水区分布、滑移面空间特征,构建了详细准确的三维地质模型．实践证明,电阻率能够很好地反应研究区的地质结构与水文特征．从而为滑坡形成机制分析提供依据,同时也给其他类似区域地质调查中的滑坡稳定性评价及预测预报工作提供技术参考．     

陆地可控源电磁法三维勘探的激电效应影响研究

可控源电磁法(CSEM)的正演模拟与反演解释中常忽略激电介质的影响.本文基于电磁三维正反演开源平台ModEM,分别开展了陆地CSEM三维正反演以及考虑激电介质的陆地CSEM三维正演研究,并与一维模型解析解对比验证了三维计算的准确性.数值模拟结果显示,模型含激电效应与不含激电效应的电场E_x频率响应差异明显,激电效应会导致电场E_x幅值减小、相位增加,且对E_x的影响程度与激电异常体的频谱特性及观测的收发距均相关.合成数据的陆地CSEM反演结果显示,数据中含激电效应会使得反演出的异常体在深度、规模和电阻率值上都与真实异常体存在较大偏差,忽略观测数据中的激电效应会明显影响观测的准确性.本文研究表明当陆地CSEM三维观测资料中包含激电效应时,有必要考虑其影响.     

分布式能源的时代已经到来 访华电分布式能源工程技术有限公司经理李和平

当前,我国已经进入经济发展新常态、生态文明建设新阶段和能源革命新时期,电力发展相应进入了以安全、经济、绿色、和谐为价值特征、以绿色化和智能化为技术特征的2.0时代,而分布式能源,作为一种新兴的能源利用模式,在推进能源的高效清洁利用中有着重要作用。我国天然气分布式能源发展的一个有趣的问题就是,为什么在当前我国政策陆续出台的情况下,天然气分布式能源没有像风电、光伏、太阳能产业发展的那么快?为此,在不久前举行的中国国际分布式能源高峰论坛上,《地球》记者采访了华电分布式能源工程技术有限公司经理李和平。     

新一代电法勘查仪器——伪随机信号电法仪

分析了现有电法勘查仪器存在的问题,指出解决这些问题的出路是,利用现代系统科学关于"系统辨识"的新成就,建立全新的电法勘查仪器.推导了基于伪随机信号系统辨识,利用传统电法勘查装置,获得大地系统冲激响应,进而计算阶跃响应和频率响应的计算公式.在此基础上,阐述了建立伪随机信号电法勘查仪器的思路和原理框图,以及新仪器的优点.     

电阻率三维反演方法研究进展

系统分析了当前几种主要的电阻率三维反演方法，重点讨论高密度电阻率方法，论述了每种方法的优缺点及最新研究进展状况，提出了进一步研究的方向。     

分布式电磁法仪器系统设计及实现

本文介绍一种采用大功率稳流发射、低噪声测量、宽频带接收以及分布式同步等技术,自主研制的分布式多功能电磁法仪器系统.系统包括大功率电磁法发射机、分布式电磁法接收机、磁场传感器、整流源等设备.采用ARM芯片和FPGA芯片进行发射机的整机控制和信号整形发射,采用PC104工控机和FPGA芯片进行接收机的整机控制和信号处理.在人工场源模式下实现了可控源音频大地电磁法（CSAMT）、谱激电法（SIP）和时域激电法（TDIP）等测量功能;在天然场源模式下实现了大地电磁法（MT）、音频大地电磁法（AMT）的测量功能.发射机在满功率发射的情况下连续可靠运行时间大于12 h,接收机的动态范围大于120 dB,接收机可接收信号频率范围是0.001 Hz~32 kHz.通过典型矿区的野外实验和应用,表明本系统的性能总体上达到了国际先进水平.

     

瞬变电磁法全空间三维伪谱法模拟

本文根据均匀介质中时间域麦克斯韦方程组,应用伪谱法模拟三维全空间瞬变电磁场的扩散.将电磁场的六分量整理成统一的方程,通过初值条件替代源项将源响应问题转化为初值问题.使用快速傅里叶变换近似空间偏导数,应用切比雪夫多项式近似演化算子来求解方程.通过与全空间均匀介质瞬态线源响应的解析解的比较,验证伪谱法的有效性.计算和分析不同时刻全空间均匀介质中高阻体和低阻体的响应,说明瞬变电磁法对高阻体灵敏度不高,但能较好的分辨低阻体的特点,并反映出时间域伪谱法的优点,即可以连续地计算出电磁场扩散及与低阻体的响应过程.最后讨论伪谱法未来可能应用于矿井瞬变电磁和海底瞬变电磁等领域.     

电法仪器学术交流会

中国地球物理学会仪器和观测系统专业委员会与中国仪器仪表学会地质仪器学会,于1983年7月4日至9日在苏州联合召开了电法仪器学术交流会。参加会议的有来自全国各系统48个单位的代表共76人。     

电法测井中的数学方法

本文站在数学角度对石油电法测井中的方法和新进展分别从解析法、半解析法、数值法以及反演法等方面进行了分析与评述。其中共引用中外文献53篇。     

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律.结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常.