大地电磁感应的场源效应

本文对大地电磁感应的场源效应进行了较详细的研究.用线电流为场源,均匀大地和三层结构为构造模型进行了计算,其结果与均匀场源的感应作了对比.场源效应受场源高度、信号周期、电阻率、测点距离等的影响.为了能更深入的了解和控制这影响,本文提出了“阻抗平均法”,该方法对消减场源效应有一定作用,使平面波的解释继续有效.     

频率域双极源全区视电阻率的计算及分析

频率域可控源电磁法由于其发射源的非偶极性,收发距受到发射场源功率的限制,在近区和过渡区,场源不能看做偶极子源,而是双极源.对于双极源数据在近区和过渡区的校正,若采用偶极予源校正,存在很大的误差,收发距一定时,偶极距越大,误差越大.双极源全区视电阻率利用半空间模型视电阻率等效地下复杂模型视电阻率计算全区视电阻率,对比偶极...     

混场源电磁法仪器研制进展

混场源电磁法综合了MT和CSAMT方法的特点,以天然和人工电磁场相结合为场源,探测介质的电阻率,信号频带为0．01Hz～100kHz,探测深度从几m到1000m,主要用于地下水、环境、矿产、工程等探测。本文介绍电磁波发射机、接收机、宽频带磁传感器的研制进展与关键技术,讨论了需要解决的问题．野外实验结果验证了仪器原理样机技术方案的可行性。     

时频方向谱分析在海洋电磁数据处理中的应用

海底采集到的电磁数据按照其主要包含的信息及研究目的大致可分为海洋可控源电磁场(CSEM)信号、天然场源大地电磁场(MT)信号、海洋环境电磁场信号以及其他随机干扰信号.常常通过计算功率谱密度、时频分析和极化分析的方法研究海洋电磁场特征.本文介绍一种新方法——时频方向谱分析法及其在实测海洋电磁数据处理中的应用,该方法能够在一定的时间-频率尺度上有效分辨场源信号的运动方向.对于海洋CSEM数据,利用该方法可以估算发射源的运动方向,进而在发射源或采集站方位信息缺失情况下,实现海洋CSEM数据的旋转电性轴处理.对于海洋电磁数据,利用该方法可以详细分析海水运动感应电磁场的信号特征.     

山西临汾地震台地电阻率异常分析与探讨

对山西临汾地震台地电阻率观测数据在临汾及其周边地区发生4．0级以上地震时的异常变化、异常形态进行了对比分析,认为,临汾中心地震台地电阻率对于捕捉该区地震前兆异常信息有积极的意义;对2008年4月以来临汾中心地震台地电阻率观测数据的变化情况、变化形态做了分析,其结果可为场源外区域地电异常的研究提供依据和参考。     

大地电磁场源效应特征分析及其校正研究

大地电磁法一直以来基本都遵循场源为平面电磁波的假设,这种假设普遍适用于中高频的大地电磁研究,但在具有显著非平面波场特性的区域或开展长周期大地电磁研究时,则对场源平面波的理论基础带来了挑战,若不满足理论假设,将会导致深部探测的可靠性降低,勘探目标定位风险增高.本文通过选择线状、片状及非规则场源模型来模拟极光电集流、赤道环电流和横向波动的波数场源,开展了大地电磁场源效应的模拟研究,对比分析了非平面波模式和平面波模式的响应差别.模拟表明大地电磁场源效应强度与模型平均电阻率正相关,与频率和测点与源水平距离负相关,且与场源的高度、宽度和横向波长等参数均有关系,非平面波模式和平面波模式正演响应在一些情况下具有超过10％的差异.基于场源效应特征,归纳并提出了五种场源效应校正方法,一是计算极限模型来截断场源效应影响频段的频域截断法,二是对多个同步观测的邻近测点进行平均的测点平均法,三是延长测点观测时间的时间域延长法,四是剔除较强垂直磁场分量所对应场源效应较强段数据的时间域剔除法,五是直接考虑场源的反演,五种方法均能一定程度上降低大地电磁场源效应的影响.对于受场源效应影响的大地电磁数据,若直接采用平面波方式进行反演则可能在深部产生较大畸变,若在获知场源相关参数的基础上,可开展考虑场源的大地电磁反演来消除场源效应影响.     

岩石声波差异衰减特征及工程应用前景探讨

声波在岩石材料中传播时会发生差异衰减现象.由于岩石强度、完整性不同，造成其频率响应不同，声波通过不同强度的岩石时，对不同频率的声波信号滤除状况也就有所不同.通过力学强度高的岩石时，声波基本能够保持其原有频率成分，相反，当通过低强度岩石时，高频分量会迅速衰减而缺失，主要保留低频分量.通过实例研究，分析了声谱衰减特征与岩样矿物组成、密度及结构完整性的关系，验证了声谱衰减特征与岩体强度具有很好相关性的结论.通过分析研究声波信号在不同岩体中传播的衰减变化，指出声波衰减在一定程度上能够反映出岩体的风化程度、破碎状态、强度及各向异性等特征.可以发展成为岩体工程地质勘测、试验和施工中的常规实验方法.     

含激电效应的CSAMT一维正演研究

地电体对频率域电磁波激发源的响应为电磁感应和激电效应的综合响应.传统CSAMT法进行数据正反演时认为大地介质电阻率是与频率无关的实数,而实际上因为激电效应,地下可极化体的电阻率是一个与频率相关的复数.为推进二者总体响应研究,并扩展激电法的应用范围,同时提高电磁法勘探的精度,本文基于Dias模型,以复电阻率代替不考虑地电体极化效应的直流电阻率,对CSAMT场源一维层状模型进行了正演模拟,为提取CSAMT信号中所含激电信息提供理论基础.结果表明,考虑激电参数后,视电阻率及相位响应曲线出现明显异常（包括远场、过渡场、近场）;极化前后振幅比值异常峰值、相位差值异常峰值可直观体现激电异常;异常峰值与极化层层厚、埋深以及电阻率变化有连续的对应关系.认为从频率域电磁法信号中提取激电信息有乐观的前景.     

三维直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟

为解决传统有限元截断边界所引起的问题,本文提出了一种新的三维直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法.首先推导了无限元三维单元映射函数,然后提出了一种全新的最优的无限元形函数并与多种其他形函数进行了对比,随后将其与非结构化四面体有限元相结合,取代了传统的混合边界条件,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为零,最终形成的左端矩阵稀疏对称并与场源位置无关.数值计算表明,该方法可以在近似测区大小的计算范围内得到与混合边界条件相当的计算精度,优于相同计算范围下齐次边界条件的解,有利于减少计算节点数;由于左端矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算.     

坑（井）-地电阻率成像技术数据处理方法研究

开发坑（井）一地电阻率成像技术数据处理软件包,对分布式地面一坑道电磁信号接收仪记录的时间序列进行分析处理,最终得到相应的视电阻率和相位参数。实际资料处理结果表明,在远区情况下,需考虑信噪比水平,选择合适的计算方法。当信噪比很低或较高时,可选择根据卡尼亚电阻率定义式直接比值的方法,该方法计算简便、效率高;当信噪比一般时,采用最小二乘或Robust等估算方法,能在一定程度上改善数据处理质量。     

隧道强干扰环境瞬变电磁响应规律与校正方法:以TBM为例

以隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)为例模拟了隧道强干扰环境下,瞬变电磁超前探测的响应曲线,系统分析了异常体(以直立充水断层为例)与掌子面距离、围岩电阻率差异、TBM长度、异常体规模等条件下的曲线特征和影响规律,发现TBM干扰源表现为低电阻率目标特征,其影响主要集中在早期,对于电性差异较大或目标规模较大的低电阻率异常(充水断层)模型能够明显地通过衰减曲线区分.根据电磁场叠加原理,将隧道腔体中包含TBM模型的响应减去纯隧道腔体响应可以获得TBM的响应信号,以此作为干扰背景,从实际包含TBM和充水断层的隧道模型总响应中减除,获得去除TBM干扰的响应信号.通过8组算例进行对比,发现经过校正的衰减曲线与模型计算曲线吻合较好,视电阻率曲线差异相对较小,能够表现探测区域的电性分布情况,确认该方法在不同情况下的适用性.即使在TBM响应计算时给定背景电阻率与实际电阻率差异达到100%的情况下,依然能够通过校正获得合理的响应信号和视电阻率曲线.该方法不仅仅适用于隧道环境,对于其他诸如地面、航空、半航空、海洋瞬变电磁勘探同样适用.     

强夯地震效应浅析

为了评估强夯地震效应对周边建筑物的影响,从时域、频域等角度分析强夯地震效应的衰减规律,给出了强夯地震动加速度。与距离R的衰减关系。对强夯地震信号做频谱分析表明,强夯地震波振动主频一般都小于10Hz,其地震效应与天然地震较为接近,因此,选用《中国地震烈度表》(GB／T17742—1999)作为衡量振动对周围建筑物影响的标准,并由此确定一定能级的强夯振动对周围建筑物的影响范围。     

时频电磁法勘探数据时域去噪方法研究（英文）

时频电磁法勘探系统兼有频率测深与瞬变电磁测深系统双重特点,可同时在频率域和时间域求取视电阻率,从而获得更加准确可信的地电信息。实测时频电磁勘探数据中的主要噪声有50 Hz工频及其谐波干扰噪声、高频随机脉冲噪声以及低频干扰噪声三种类型,本文针对这些噪声类型以及时频电磁法的方波信号特点,提出分段拓展中值滤波方法和拟合固定极值点EMD方法分别去除高频随机脉冲噪声和低频干扰噪声,提出基于方差和偏度系数的中值滤波窗口大小试验选取方法,采用频域带阻滤波方法去除50 Hz工频及其谐波干扰噪声。并设计了一个相应的去噪流程,以充分发挥各自的去噪方法的优势。经理论分析以及实际观测数据的应用实验验证,本文提出的去噪方法和设计的去噪处理流程合理有效,准确保留了时域信号波形的相位和幅值信息,得到令人满意的高质量时域信号波形,为准确地提取时域瞬变电磁衰减信号打下良好的基础。     

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.     

时变重力场球面模型反演算法和模拟实验

时变重力场是研究地球内部介质物性变化的重要手段。本文提出了一种适用于地面流动重力测量获得的时变重力信号的场源反演方法,该方法采用球坐标系下的六面体单元来模拟场源介质,适合大尺度地震流动重力测量数据的等效源模型构建。通过引入重力时变信号的一阶光滑先验条件,压制了时变重力信号中的短周期高频分量,可用于提取与地震孕育相关的长周期信号。通过理论和模型实验证明了本文算法的可靠性和稳定性,并使用南北地震带南段2014—2017年的流动重力实测数据进行了反演解释,获得了地壳内部等效场源的视密度时变信号,变化量级在正常地壳密度的±0.7‰之间,其空间形态受川滇菱形块体边界控制。研究成果可用于时变重力场模型解释和深部场源特征提取,可为地震重力前兆信号分析和相关研究提供完备的方法保障。     

基于全空间初始场源的半空间TEM三维FDTD正演

传统TEM三维FDTD正演,受相邻网格步长比例和最大与最小网格步长比例限制,难以模拟小尺度和多尺度模型;对于基于半空间初始场源的正演,多采用向上延拓的地空边界处理方法,难以处理带地形模型和航空探测模型.针对以上问题,提出了基于全空间初始场源的半空间TEM三维FDTD正演方法.首先,给出了正演方法,其中初始场源采用发射电流关断后某时刻的均匀全空间电磁场,地空边界处理采用设置空气层的方法,在初始场源计算中电阻率参数采用发送回线下方大地电阻率值,在初始时刻和时间步长计算中电阻率参数采用发送回线上方空气电阻率值.然后,建立了半空间均匀介质模型、半空间含低阻层模型和半空间含低阻三维块体模型,开展了正演计算,并将计算结果与其他方法结果进行了对比,验证了方法的可靠性.之后,采用控制变量法分析了网格步长和时间步长与稳定性和计算量的关系,结果表明：相邻网格步长比例为2时仍然可以取得稳定可靠的结果,最大与最小网格步长比例未发现存在限制.基于此性质,可以用较少的网格数量构建很大的模型,从而减小计算量,提高计算精度,且适用于小尺度、大尺度和多尺度模型的模拟.最后,给出了带地形模型、航空探测模型和多尺度模型的模...     

成都台地电阻率动态特征及邻区强震映震分析

基于成都台长期的地电阻率观测数据在时域的变化规律,对该地区观测数据的正常变化特征、干扰因素、可靠性进行分析研究,获取观测数据的动态特征。同时通过成都台地电阻率观测数据在汶川MS8.0、芦山MS7.0等地震前后的变化动态,研究地电阻率观测数据在灾害性地震前后的趋势性及短临异常特征,并对其进行映震分析。分析表明:视电阻率的异常变化与Ms7.0以上强震的发生存在一定的映震关系。     

垂直接触带影响下地-井瞬变电磁响应研究

地-井瞬变电磁法是利用在地表发射井中接收瞬变场响应来实现勘查矿产资源的一种方法,在钻孔周围一定范围内具有较好的分辨率,能最大限度的发现深部隐藏矿体等优点.因此,被广泛的应用于深部地质结构调查和寻找隐伏矿体中.文中采用时域有限差分法(FDTD),使用大回线源模拟了三维均匀空间中垂直接触带和含有低阻体时垂直接触带响应特征并且深入研究了接触面埋深位置不同和接触面两侧电阻率不同对地-井TEM响应产生的影响.采用非均匀网格剖分技术,在截断边界处使用修正后的廖式吸收边界条件.绘制了磁场对时间导数的等值线图和在井中接收的衰减曲线图.分析表明:受垂直接触带的影响,磁场等值线发生畸变,扩散速度降低衰减变慢,在接触带处形成磁场突变带,响应曲线上呈现为极大值.相比于低阻体,接触面两侧的电阻率比值在数量级上很大时,异常响应的极大值随电阻率比值增大而更加突出,识别界面能力强.总结了地-井TEM响应随接触面埋藏深度增加而减弱,随电阻率增大而呈现先增大后减弱的趋势.本文研究的工作,为今后寻找深部地质结构、判断断层位置以及铀矿成矿环境等地质问题提供了理论依据.     

地电阻率观测中地铁杂散电流特征

在对地铁杂散电流产生机理的讨论的基础上,定量计算了地铁运行时杂散电流在地电阻率观测中所呈现的影响幅度,结果表明地铁杂散电流传播范围可以达到几十甚至上百千米。通过对城市周边的北京通州、天津青光、宝坻、塘沽、江苏江宁和辽宁新城子等六个地电阻率观测台站观测到的该类信号的研究,分析了其幅值、主要频率范围以及空间分布特征,结果表明该类信号的幅值从几mV至几十mV不等,与源距关系密切,周期主要集中在50—200 s范围内,在分析地震异常前兆信号时该类信号可使信噪比降低10—30 dB左右,其相对方差最大超出标准20倍左右。根据地铁运行时杂散电流传播的特征,本文提出了几种压制该类信号的措施,为识别地震前地电阻率异常信息及排除噪声提供依据。     

2008年汶川MS8.0地震前成都台NE向地电阻率趋势异常的数值模拟

本文针对汶川大地震前位于源区特殊部位的成都台NE测向地电阻率的大幅度趋势下降过程, 以测区地表地电阻率变化与测区内部介质(真)电阻率变化的物理联系的理论为依据, 模拟了测区底层因受孕震过程影响出现一个电性变化区域, 计算了该区域电阻率变化的程度以及其上界面逐步(向上)扩展对成都台地表装置系统地电阻率变化的影响。 结果表明, 当底层电性变化区域介质电阻率发生某种减小时, 在成都台的装置系统上测到的地电阻率确实会下降, 下降的幅度随着变化区域上界面向上的扩展而单调增大; 变化区域电阻率减小的程度越大, 这种影响也会更显著。 对于成都台7%的趋势下降异常而言, 从数值模拟的角度来看, 变化区域的电阻率变化可以取多种可能的量级, 不过不同量级的变化与其相应的上界面位置有关, 例如: 底层变化区域真电阻率下降幅度达20%左右时, 变化区域上界面到距地表430 m时, 地表装置视电阻率下降可达1%, 其影响才开始为地表装置系统所识别; 而要解释地表视电阻率有7%左右的视电阻率下降变化, 则要求这个变化区域的上界面上升到距地表122 m左右。