基坑帷幕渗漏瞬变电磁检测方法研究

本文研究位于地层中的发射电极导通或关断瞬间激发的瞬变电磁场在基坑帷幕和地层中的响应.针对实际的帷幕构建了三层介质模型,利用索末菲积分将点源激发的球面场分解为平面和柱面场的叠加后用分离变量法求解,给出了每层介质中势函数响应的积分表达式和数值计算结果.展现了帷幕电导率不同时三层介质的响应.瞬变电磁能量在地层和帷幕中既衰减又相移地向外扩散(不同于地层或帷幕在电场中的极化响应),其中相移描述瞬变电磁能量在空间的移动,具有传播特征,在帷幕边界会引起反射和透射,并在电导率高的帷幕中耦合出斜直线形状的等势面,与电导率低的帷幕响应形状差异明显.在帷幕另一侧的地层中产生不同极性的响应.帷幕渗漏位置电导率增加,帷幕和地层中测量的响应出现异常.从测量波形中分离出这些渗漏引起的异常即可对渗漏位置进行识别.以此为基础本文提出了基坑帷幕渗漏的瞬变电磁检测方法,对钻孔中的发射电极采用导通、关断、反向导通和反向关断的激发方式,在基坑帷幕两侧同步记录各接收电极的响应波形.获得四种基坑帷幕渗漏的检测信号:稳定直流场电位、自然电位、导通和关断激发的瞬态响应．与直流电法勘探相比,在检测效率基本不变的情况下通过时域波形记录了瞬...     

瞬变电磁接收装置对浅层探测的畸变分析与数值剔除

从理论上对瞬变电磁系统的接收装置频率特性进行分析,得出了瞬变信号在早期发生畸变的根本原因,揭示出接收装置在发射电流关断期间和电流关断后对一次场和二次场的影响关系,给出基于导电球体模型下接收装置的谐振频率与最小取样时间的关系图,进而讨论了接收装置对浅层目标体探测的影响.当瞬变电磁测量系统在电流关断开始时刻记录全程瞬变响应和发射电流波形时,如果接收装置的位置和谐振频率已知,就可以通过数值计算方法从根本上剔除接收装置对早期瞬变信号的影响,即使接收装置存在过渡过程,也同样可以实现近地表浅层的探测,从而缩短瞬变电磁法的浅层勘探盲区,提高近地表的探测分辨率和精度.     

瞬变电磁法中关断电流的响应计算与校正方法研究

关断电流的存在直接影响仪器的探测能力和数据资料的解释.为了分析和校正这种影响,文中给出了关断时间的计算方法,根据多匝回线源产生的瞬变场理论解析式,计算了线性和半正弦关断电流影响下瞬变场表达式,计算半正弦关断电流产生的瞬变场时将正弦函数进行泰勒展开;分析了关断时间在2μs～100 μs之间两种关断模式产生的瞬变响应.结果显示;同一关断时间下线性关断电流和半正弦关断电流对瞬变场的影响主要表现在"早期",并且随观测时间的增加影响逐渐减弱.同时,关断时间越长,关断效应对瞬变场的影响越向瞬变"晚期"延伸;半正弦关断电流对瞬变场的影响大于线性关断电流.当关断时间为100 μs时,关断电流产生的瞬变场曲线约在0.5 ms之后与理论曲线重合.研究结果为数据处理和仪器开发提供参考.     

ATTEM系统中电流关断期间瞬变电磁场响应求解的研究

在瞬变电磁法中,由于发射电流关断时间不为零、接收线圈的谐振频率有限,早期瞬变电磁信号发生畸变,只能舍弃,因此存在着探测盲区. 针对这一问题,研究了瞬变电磁方法中发射电流关断期间总磁场的形成过程,论证了一次场、二次场和总瞬变场的关系,分析了接收线圈的频率特性和关断时间对瞬变电磁场的影响,提出从总磁场中剔除一次磁场影响的方法,从而获得电流关断期间和电流关断后的早期瞬变电磁场. 采用吉林大学自主研制的瞬变电磁测量系统(ATTEM)在长春市伊通河活断层进行勘探,进一步验证了算法的有效性,缩短了瞬变电磁法的勘探盲区,实现了近地表4 m以下的勘探,可以清晰地分辨近地表的低阻异常,提高了浅层探测精度和分辨率.     

定源回线瞬变电磁三分量纯异常三维反演方法

定源回线装置的瞬变电磁法因其发射磁矩强,勘查深度大主要用于详查阶段来确定目标地质体的中心、埋深、边界以及倾角等几何参数.定源回线装置条件下一般测量三个分量的瞬变响应数据,而目前流行的解释方法仅为一维反演和视电阻率成像,并且大多只利用单个分量,还未充分利用三分量瞬变响应的有用信息.目前还缺少实用快速的实现三维三分量反演的有效方法.为充分利用实测三分量瞬变响应数据,并且获得更加可靠的目标地质体的信息,本文提出了基于等效电流环的三分量纯异常三维反演方法.理论表明受激发的导电体产生的涡旋电流早期分布在边缘或表面,之后向中心位置移动.即涡旋电流可以用不同时刻的等效电流环来等效,早期的电流环反映异常体的边界,而晚期的电流环主要反映异常体的中心.因此通过反演不同时刻等效电流环的几何参数,可以获得目标地质体的几何形态.本文给出了自由空间电流环产生的三个分量磁场的表达式,并利用计算得到的三分量磁场值同时拟合由实测数据提取的纯异常三分量数据,最终获得不同时刻的等效电流环的参数.理论模型和实测数据反演结果表明,等效电流环反演结果能够较好确定导电体的中心位置、半径、埋深、倾向、倾角等几何参数.本文提出的基于等效电流环的解释方法同时利用三个分量数据,计算快速、可靠、使反演结果更加合理,为定源回线装置瞬变电磁法提供了一种有效的解释方法.     

考虑关断时间的瞬变电磁视电阻率计算及不同波形浅层分辨特征分析

发射电流波形与关断时间会影响瞬变电磁早期响应,导致瞬变电磁浅部信息缺失形成探测盲区．为了分析发射波形对瞬变电磁探测盲区的影响,文中实现了考虑发射波形影响的瞬变电磁全域视电阻率定义方法,并基于该算法对常用的发射波形瞬变响应对浅层电性介质的分辨特征进行分析．首先,采用电流波形与阶跃响应的褶积实现了任意发射电流的全波形瞬变电磁响应计算,将地下电阻率作为全波形响应的函数,利用反函数原理实现了全波形响应的视电阻率计算．然后,以航空瞬变电磁装置为例,利用文中视电阻率计算方法分析了层状介质不同发射波形瞬变电磁视电阻率曲线特征．根据不同盖层厚度视电阻率曲线可知,当覆盖层较厚时,不同发射波形的视电阻率成像结果与模型电性特征基本相近;当盖层厚度较小时,半正弦波、三角波和梯形波等off-time较长的发射波形瞬变电磁响应不能反映浅层的电阻率信息,早期道视电阻率受到深部电性影响,形成了一定范围的探测盲区．最后,利用文中视电阻率计算方法对不同发射波形的复杂三维模型正演的数据进行分析,半正弦波、三角波和梯形波的瞬变电磁响应都能反映异常的地表位置,但会丢失浅部地层信息,深部异常出现时间提前且纵向拉伸．这是由于关断时...     

瞬变电磁井间勘探方法研究

依据瞬变电磁全空间响应的传播特征,本文提出了一种井间勘探方法.在井内用线圈激发,在本井和邻近井接收瞬态响应波形.基于Maxwell方程分析了位移电流和传导电流所引起的两种传播特征,明确了在邻井接收到的波形中包含界面的电导率信息.详细研究了线圈在无限大均匀介质中激发的瞬变电磁响应波形以及电场在不同时刻的空间分布.瞬变电磁...     

有源恒压钳位瞬变电磁发射机技术

针对瞬变电磁系统发射机对大电流、短关断延时、高线性度的技术要求,论文提出一种新颖的基于BOOST升压原理的有源恒压钳位瞬变电磁发射机电路,详细论述了恒压钳位原理和电路设计方法,重点分析了发射电流下降沿及上升沿恒压钳位动态过程、电路参数计算以及钳位电压恒定原理.研制完成钳位电压500 V,发射电流峰值50 A,发射波形为双极性方波的瞬变电磁发射机,并通过一系列测试实验进行验证.测试结果表明,在大电流发射及感性负载条件下,论文提出的有源恒压钳位方法成功实现了电流下降沿快速、线性关断,从而有效提高了发射电流波形质量及瞬变电磁系统对地下目标的探测能力.     

斜阶跃电流激励下多匝小回线瞬变电磁场延时特征

采用Duhamel积分对斜阶跃电流激励的瞬变电磁场进行直接计算,应用叠加原理得到了多匝小回线全域瞬变电磁响应.研究了多匝小回线的早、晚延时临界条件以及等磁矩单匝大回线与多匝小回线的延时和关断时间特征,分析了电阻率、厚度等参数变化时斜阶跃电流对层状模型瞬变响应的影响特征,最后采用实测数据验证了关断效应的校正效果.结果显示,回线边长越小或表层电阻率越大,瞬变响应越早离开早期并进入晚期.多匝小回线的关断时间远大于等磁矩的单匝大回线,但由前者激发的瞬变响应进入晚期的时间却大幅提前,更有利于晚期条件下各种理论公式的使用.斜阶跃影响校正结果显示,增加多匝小回线的匝数可以扩展反演深度的范围,减少匝数则可以提高反演电阻率的精确性;实测数据处理结果显示校正方法产生了一定的效果.本研究补充了多匝小回线瞬变电磁理论内容,研究结果可以为复杂环境中小尺寸多匝线圈的工作参数选择提供参考.     

电法填埋场渗漏检测极化噪声的剔除方法

电学填埋场渗漏检测方法是利用漏洞电流引起的感应电势异常来定位防渗膜上的漏洞位置.当漏洞电流较小时,检测电极上的极化电位噪声极易将电势的异常值淹没,导致漏洞定位的失败.基于电极极化电位噪声的特点,提出了采用低频交变方波供电的方式来剔除该类噪声.在小型模拟填埋场中的实验结果表明:当回路电流为70 mA,膜上供电电极接电源正极时,防渗层上的两个漏洞只有一个被检出;膜上供电电极接电源负极时,则两个漏洞皆未被检出;将两次实验数据对应相减,则两个漏洞皆被准确定位.