地—井瞬变电磁三维响应特征分析与异常体快速定位方法研究

通过对含异常体的三维地电模型进行系统正演和分析,提出了一种地—井瞬变电磁异常体快速定位方法。在对含异常体的三维地电模型进行正演响应规律分析时发现:纯异常场的X、Y分量曲线零点以及Z分量曲线的极值点与异常体深度对应较好;当异常体的规模、电阻率、埋深发生改变时,X、Y分量曲线形态基本不变;当异常体方位发生变化时,X、Y分量曲线形态发生变化。在此基础上,提出地—井瞬变电磁异常体快速定位方法:首先,依据X、Y曲线的零点确定异常体所在深度;其次,依据X、Y分量曲线形态确定异常体所在象限(90°范围);最后,依据X<+Y或者X-Y分量的曲线形态将异常体定位于井周45°范围内。数值试验显示本方法对不同方位异常体模型的定位结果均与设计模型吻合。采用陕北某矿区地—井瞬变电磁实测数据作进一步验证,本文方法推断的结果与实际吻合较好。     

地-井瞬变电磁响应三维时域有限差分模拟

地-井瞬变电磁法是利用地表发射、井中接收瞬变场响应来实现查找深部矿产资源的一种方法.在时间域有限差分算法的基础上,以回线源为激发源,采用非均匀网格剖分技术,对均匀半空间和倾斜板状体、含有低阻覆盖层的倾斜板状体进行了数值模拟.通过对比分析表明:均匀半空间中,响应极大值随观测时间延迟而减小;早期主要反映围岩响应特征,异常体响应特征在晚期表现出来;场源位于中心位置激发时,异常体响应可以很好地体现出来,当场源位于右侧位置,则要选取较长的观测时间降低周围围岩的影响,使异常体的响应特征显示出来;低阻覆盖层对异常响应的影响在整个观测时间范围内都存在,削弱了异常体的响应特征.研究工作为定性分析地-井TEM响应特征和资料解释提供了参考.     

起伏地形下地面瞬变电磁法三维正演数值模拟研究

瞬变电磁法在地形条件复杂的地区应用时,勘探效果往往不理想,究其原因,主要是忽略地形因素影响致使解释结果偏差较大.笔者采用三维时域有限差分法模拟起伏地形下瞬变电磁响应,通过麦克斯韦方程直接导出瞬变电磁扩散方程,引入虚拟位移电流项构建时域有限差分方程.首先,针对均匀半空间模型的计算结果与解析解进行对比,检验本文算法精度;然后,模拟分析了山峰、沟谷模型的地形响应特征,得出早期信号表现为两种特征,沟谷地形,早期“前段”较正常地形感应电动势值减弱,导致“假高阻异常”,早期“后段”较正常地形感应电动势值值增强,导致“假低阻异常”,山峰地形特征恰好相反,至晚期地形影响呈逐渐减弱的趋势;最后,通过实测数据证实正演模拟结果的正确性.研究结果对地形效应识别及校正工作具有较好的参考意义.     

覆盖层影响下典型地-井模型瞬变电磁法正演

地-井瞬变电磁法是用于地质找矿的有效方法之一,开展该方法的三维正演研究能对资料处理与解释提供帮助。在时间域有限差分算法的基础上,建立了三维地质模型和覆盖层模型,模拟了该模型下的地-井瞬变电磁响应;引入了参数EA,分析了方形低阻体和覆盖层的响应特征以及覆盖层影响因素。结果显示：低阻体位于发射场源下方时,其响应曲线呈现“双高一低”的极值特征,高峰值分别对应低阻体上下边界,低峰值对应低阻体中心;低阻体位于发射场源旁边时,其响应曲线呈现单极值特征,该特征与覆盖层响应特征相同。当覆盖层电阻率较低时,“趋肤效应”作用使覆盖层的响应强度强于低阻体;但当发射场源离钻孔足够远时,覆盖层影响可以忽略,低阻体响应强度更与覆盖层-低阻体电阻率的比值有关。孔中发射能有效降低覆盖层影响。     

基于异常场的地井瞬变电磁法正演研究

在地 井瞬变电磁正演模拟中,前人均以总场为研究对象,分析响应特征. 此次选择地 井瞬变电磁异常场为研究对象,对单异常体和多异常体以及在"定源异井"和"动源定井"两种观测方式下典型地电模型进行地 井瞬变电磁法三维正演模拟. 首先推导了二次磁场的扩散方程,并用有限差分法进行数值计算. 通过分析以地 井瞬变电磁异常场为研究对象,认为异常场能反映目标体空间几何位置参数. 研究结果表明:在不同钻孔中接收的异常响应随时间推移而衰减减弱,但异常变化特征保持不变;在不同方位布置场源得到的异常响应差异明显,根据其测量结果可判定异常体空间位置信息. 最后总结影响地 井瞬变电磁异常的主要因素有:目标体的埋藏深度、目标体与钻孔之间的耦合关系以及场源的位置关系. 研究结果为相关资料解释提供理论参考.     

板状体瞬变电磁正演计算系统

为了便于研究地质体中常见层状地质结构的瞬变电磁响应特点,开发了针对板状体的正演计算软件。软件设计采用了面向对象与面向过程的方法,通过动态链接库将两者结合起来。系统界面友好、稳定,可以实现各种板状体的正演计算。二维计算采用有限差分的方法,实现了不同厚度、倾角、电导率的板状体及其组合的计算,计算结果以直观的图形曲线形式展现出来,并可利用其他成图软件进行深加工与研究。     

ANSYS在瞬变电磁三维正演中的应用

瞬变电磁正演是研究瞬变电磁响应规律的有效途径,瞬变电磁的高精度、快速三维正演技术,是当前瞬变电磁正演研究的热点.ANSYS软件中的Multiphysics模块也适用于瞬变电磁法的正演模拟问题.本文通过一些模型算例介绍了ANSYS软件在瞬变电磁场三维正演中的应用方法,包括建模、加载、求解设置、后处理的一般过程.数值计算结...     

地-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。     

大地电磁三维正演聚集多重网格算法

为了加快大地电磁三维正演的求解速度,本文将一种新型的代数多重网格算法——聚集多重网格（aggregation-based algebraic multigrid, AGMG）算法引入大地电磁三维正演模拟中。首先从准静态条件下的麦克斯韦方程出发,利用交错网格有限体积法进行离散,并采用第一类Dirichlet边界条件形成大型稀疏复线性方程组;然后阐述AGMG算法的粗化策略和套迭代技术,并实施3种不同的AGMG求解算法：1）传统的V循环AGMG算法;2）AGMG预处理共轭梯度（AGMG-CG）;3）AGMG预处理广义共轭残差法（AGMG-GCR）。最终实现大地电磁法三维正演模拟。对典型地电模型进行正演模拟,并与已有的大地电磁三维正反演程序（ModEM）进行结果对比,以验证本文算法的准确性。另外,不同剖分网格和极化方式正演模拟结果与准残量最小化（QMR）迭代算法的对比表明,AGMG预处理求解算法（AGMG-CG、AGMG-GCR）不仅能够改善算法的稳定性,而且能够快速有效地求解正演问题;其中AGMG-GCR迭代次数更少,求解速度更快,误差衰减曲线更光滑,在144×152×104网格剖分情况下,相对于现有ModEM程序能够提高十几倍的计算速度,尤其适合大规模大地电磁三维正演问题。     

地-井瞬变电磁井旁板状导体异常响应特征分析

在实际工作中,地-井瞬变电磁井旁盲矿的异常响应受多种因素影响,曲线特征复杂。为了研究井旁板状导体位置、埋深、产状等参数对地-井瞬变电磁异常响应的影响,这里通过数值模拟计算了四类39个理论模型,分析了板状导体倾角、埋深变化及其与钻孔距离、相对位置变化的异常响应,总结了响应特征与板体几何参数之间的内在联系规律,为定性或半定量解释井旁盲矿异常提供了依据。     

发射电流波形对瞬变电磁一维正反演的影响

本研究实现了考虑发射电流波形的瞬变电磁一维正反演算法。正演采用矩形回线源,通过Duhamel积分计算梯形波的感应电压;反演采用Occam反演方案,得到一个光滑的层状反演结果模型。理论模型合成算例的计算结果表明：上升沿时间、持续时间和下降沿时间不同程度地影响了垂直磁感应强度对时间的偏导数(dB/dt)响应以及电阻率反演结果。理论模型的正演结果显示,上升沿时间、持续时间和下降沿时间分别主要影响晚期、中晚期和早期的瞬变电磁响应,并且取值越大影响越大。理论模型合成数据的反演算例显示,不同上升沿时间对反演结果几乎没有影响,而下降沿时间和持续时间分别影响浅部和深部的反演结果。     

交错网格有限差分法模拟微动信号

为了较好地模拟给定模型在随机源激发下产生的稳定波场信息,为微动信号的检验和数据特征分析等提供理论依据,采用交错网格有限差分方法模拟微动信号,并根据瑞雷波和勒夫波的产生机理,通过测区内震源的分布情况估测微动信号中面波的组成成分。首先建立交错网格有限差分法模拟微动信号的数值模型,然后给出估测微动信号中面波组成成分的算式,最后采用典型方法数值模拟微动信号,应用空间自相关方法提取模拟信号中面波的频散曲线进行分析对比。结果表明,交错网格有限差分方法模拟得到的微动信号更符合实测结果。     

瞬变电磁法寻找铝土矿效果与分析

铝土矿属于风化矿床,覆存于奥陶灰岩风化壳附近的不整合面之上。受沉积环境和剥蚀程度等因素影响,在风化壳低洼部位富集。铝土矿体电性上呈高电阻率特征,与下部灰岩电性较为接近,因此。用电法寻找该类矿床无直接有效的手段。瞬变电磁法是寻找低电阻率金属矿的有效方法之一,对高电阻率目标体分辨能力比较弱,特别是在有低电阻率层覆盖的情况下效果不理想。选择渭北某铝土矿区投入瞬变电磁方法剖面工作,建立适当地电模型,分析瞬变电磁衰减曲线及电阻率断面特征,对灰岩界面进行划分,推断矿体富集部位。经过钻孔验证,取得了较好的找矿效果。     

大回线瞬变电磁法全区视电阻率的逆样条插值计算

给出了一种方便快捷的瞬变电磁全区视电阻率数值计算方法--逆样条插值法。对几例由2.5维正演程序获得的理论数据的计算结果表明,逆样条插值法用于全区视电阻率的定义是可行的。与此同时,该方法的实现也为瞬变电磁自动反演中初始模型的构制奠定了基础。     

瞬变电磁法在煤矿水患区预测中的应用

在青杠林煤矿工作中,利用MSD-1脉冲瞬变电磁仪,选用100m×100m正方形重叠回线装置,观测时窗8～25920μs,采样道数40道进行数据采集。经数据处理,获得该区多测道剖面图及虚拟全区视由阻率剖面图,从中解释其含水岩溶管道3处,含水岩溶空洞2处,节理、裂隙5条。根据依照水患危险程度划分标准该区岩溶管道、空洞的位置及节理、裂隙的贯穿深度,将该区定为中等程度隐患预测区。     

瞬变电磁法在巨厚覆盖层地区勘查地下水源的应用

河南新郑市区东部覆盖层厚度达400m左右，其电阻率很低，对直流电法及瞬变电磁法勘探起着屏蔽作用，根据该区的地质条件在水源地勘察中，使用瞬变电磁法绘制TEM多测道剖面图，ρτ延时拟断面图，利用该区已知钻孔，求取得深度校正系数为1．8，得到深度拟断面成果图，最终查清巨厚覆盖层下的断层位置，圈定含水岩溶带，确定井位。     

中心回线瞬变电磁法在煤矿采空塌陷区的探测应用

白山市杨树林煤矿附近的采空塌陷区,已对南侧铁路的正常运行构成危害,需对其进行治理,为此选用瞬变电磁法探测该采空塌陷区的范围。根据该区的施工条件,在充分实验的基础上,确定采用中心回线装置进行探测,其施工参数为发射回线边长50m;接收回线边长5m、20匝、接收线框面积500m^2;供电电流50A,采样率为4μs。共布设测线3条,其中2条平行铁路,线距25、点距10m;一条垂直铁路,点距25m。依据其1线、2线及3线TEM等视电阻率剖面图的低阻异常,判定该采空塌陷区在2线的在590～710m及3线的0～125m范围内。     

瞬变电磁法在探测宏石煤矿采空区中的应用

山西省灵石县宏石煤矿是由四家独立的小煤矿整合而成的新型股份制煤矿,区内可采煤层为5层。由于前期的开采,遗留下大量的采空区及小窑。为查清采空区范围及其富水状况,采用瞬变电磁法对矿区实施了矿井水文地质补充勘查工作。根据现有物探资料可知,该区的视电阻率曲线类型为HA型,其中第四系底界面为低阻分界面,奥陶系石灰岩的顶界面为高阻界面。通过建立已知充水与未充水采空区的地电模型,总结出该区煤层采空充水区与导水断层裂隙带的电阻率变化规律,并以10、17、25Ω·m作为确定各煤层采空区与断层强、中、弱富水性的阈值,推断出2号、4号、6号、9号、10号各煤层采空区范围及富水性。经验证,解释结果与实际基本相符。     

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。