激电效应对瞬变电磁影响特征研究

当地下存在极化体时,在瞬变电磁测量中可能会出现负电磁响应。为了研究极化体所产生的激电效应对瞬变电磁的响应规律,以频域电磁正演为基础,采用余弦变换,这里重点研究了在电偶源激发下,层状可极化大地和半空间三维极化体电场分量瞬变响应特征,总结了激电效应对瞬变电磁响应的影响规律。     

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。     

定回线源瞬变电磁三维异常特征反演

分析了实现定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的可行性,简要地介绍了改进的广义逆反演方法基本原理,给出了定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的流程。对正演模拟数据进行反演的实例表明,定回线源瞬变电磁三维异常特征反演已得到初步实现。     

电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析

电性源短偏移距瞬变电磁法是进行山区矿产资源勘探的一种有效手段,然而地形起伏对观测数据影响严重,给瞬变电磁数据精细化解释带来很大困难。为此,本文基于三维非结构时间域有限元正演模拟方法开展电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析。首先利用非结构网格对起伏地形进行精细剖分,结合矢量有限元和后退欧拉离散技术实现复杂地质模型快速正演。然后通过模拟大量典型起伏地表模型,系统分析了三维地形响应的空间分布特征,结果表明地形对电性源短偏移距瞬变电磁响应影响严重,而且影响特征十分复杂。在此基础上,我们进一步分析了复杂地形对地下目标体探测的影响,结果发现复杂地形与地下目标体相互耦合导致无法对地下目标体进行有效分辨,这给地下目标体的准确探测带来了巨大困难。     

基于位移逆Krylov子空间的全波形航空瞬变电磁法三维数值模拟和响应特征

为了研究复杂地电模型的航空瞬变电磁法全波形响应特征,需要开发考虑发射波形的三维数值模拟算法。本研究基于非结构四面体网格和位移逆Krylov子空间(Shift-and-Invert Krylov,简称SAI Krylov)方法,采用基于电偶极子离散的场源处理方法模拟场源,在时间域进行计算实现了全波形航空瞬变电磁法矢量有限元三维数值模拟。使用均匀半空间模型在阶跃波、半正弦波、三角波和梯形波激发下的全波形解析解、VTEM实际激发波形的后推欧拉算法计算结果,检验了本研究开发的数值模拟算法的正确性。设计地表起伏异常体模型,计算和分析了航空瞬变电磁响应特征。开发的基于位移逆Krylov子空间的全波形航空瞬变电磁法三维数值模拟算法适合模拟复杂地电模型的响应,具有较高的计算精度。     

TEM正演响应计算的几种频-时域转换方法对比

在瞬变电磁的一维正演响应模拟中,常用的方法是先在频率域中求解,之后将结果转换到时间域。但该方法在晚期的计算精度通常不高,因此,使用5种频-时域转换方法(正、余弦变换的数值滤波算法,G-S逆拉普拉斯算法、正、余弦变换的折线逼近法)进行了计算,与解析解对比,得出余弦变换的数值滤波算法在晚期计算中精度最高的结论,并对这五种转换方法产生误差问题的原因进行了讨论和分析。本研究有利于瞬变电磁一维正演响应的高精度计算,使其在多维计算中得到更好的应用。     

等值反磁通瞬变电磁法探测滑坡堆积体的应用

西部大开发工程基建中经常遇到滑坡体探测问题,由于滑坡体滑床滑动面与第四系覆盖的电性差异小,常规电磁法分辨困难。为此,提出利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)探测滑坡堆积体、反向追踪山体错动面的方案,构建滑坡堆积体地电结构模型,通过正演计算研究滑坡堆积体的瞬变电磁响应规律,从理论上分析了不同厚度的滑坡堆积体瞬变电磁响应规律以及在不同覆盖厚度下的瞬变电磁响应规律;对已知滑坡体的探测试验表明滑坡问题上首先分析堆积体观点的正确性,同时表明OCTEM用于山区滑坡堆积体的探测有效性。     

复合电偶源瞬变电磁张量测量

复合电偶源瞬变电磁张量测量能够有效解决单一电偶源在复杂三维电性结构体的瞬变场响应失真的问题。采用复合电偶源瞬变电磁张量的坐标不变量P_2研究均匀大地介质和一维典型层状介质,计算结果表明,坐标不变量P_2参数不论在早期或晚期都能准确反映一维介质的电性规律。对于复杂的三维地质体,采用坐标不变量P_2以及张量电阻率的极大值ρ_(max)和极小值ρ_(min)组成的旋转椭圆表征三维电性结构的特征,用低阻长方体模型进行正演模拟,计算结果表明:不同时间窗口坐标不变量P_2的响应以及极大值ρ_(max)和极小值ρ_(min)的旋转椭圆,不但可以准确反映出地下三维结构的变化情况,而且能够直观地勾画出异常区域边界的变化范围,这为后期的资料解译提供了理论指导。     

轴向各向异性巷?孔瞬变电磁三分量响应特征研究

巷?孔瞬变电磁法在存在明显电导率各向异性的勘探区会产生较大的解释误差。基于时域有限差分算法,通过引入电导率各向异性张量构建控制方程、将矩形回线源电流密度加入Maxwell方程安培环路定理实现任意电流源的加载,以差分代替微分对控制方程进行离散,实现巷?孔瞬变电磁三维模型正演计算。在与解析解对比验证算法计算精度的基础上,构建全空间模型、层状模型和三维块状模型进行正演并分析电导率各向异性对巷?孔瞬变电磁三分量响应的影响程度与方式。结果表明:垂直轴电导率对巷?孔瞬变电磁三分量响应基本没有影响,水平轴电导率对巷?孔瞬变电磁三分量响应影响较大,其中,?B_x/?t响应主要受y轴电导率影响,?B_y/?t响应主要受x轴电导率影响;通过三分量响应的形态和幅值的相互关系可以辨别各向异性介质所在方位及主轴电导率方向;当异常体所处全空间介质为电导率各向异性时,异常体产生的异常响应会被全空间介质电导率各向异性产生的异常响应所淹没。电导率轴向各向异性特征在巷?孔瞬变电磁法解释过程中不可忽略,研究成果为巷?孔瞬变电磁法各向异性解释提供指导,也为各向异性反演提供参考。      

TBM机施工隧道瞬变电磁超前探测研究

在隧道掘进机(TBM)施工隧道内,传统瞬变电磁的装置形式受到了TBM机械的限制,TBM自身的金属构件对二次场衰减电压的采集产生了强烈的电磁干扰。为了克服瞬变电磁法在TBM施工隧道内遇到的困难,在前人工作的基础上,尝试提出了一种基于电性源激发、电场分量采集的施工隧道瞬变电磁超前探测装置形式。针对钻爆法与TBM施工隧道各自不同的工况,利用三维时域有限差分法对单个电性源激励下隧道前方瞬变电磁场的分布规律与响应特征进行了正演模拟。通过对瞬变电磁场的分布规律以及响应特征进行分析,认为所述的电性源发射装置不仅可以在钻爆法施工隧道内使用,并且具有在TBM施工隧道内进行隧道超前预报的能力。     

时间域航空电磁法2.5维有限元模拟

采用三角网格剖分的有限元法,研究了2.5维航空瞬变电磁法正演模拟问题。利用时频变换数值方法将时间域电磁场转换到拉氏域,再利用傅里叶变换将三维问题降维变为2.5维问题,然后由有限元法求解得到拉氏域二维电磁场,逆拉氏变换后得到时间域航空瞬变响应。为了回避正演模拟中总感应磁场在场源处的奇异性问题,采用异常场算法,场源响应通过在微分方程中施加背景电磁场实现。由于瞬变电磁信号具有较大的动态范围,而且需要经过两次正、逆拉氏变换和傅里叶变换,每个环节的计算精度和速度要严格控制在较高的水平上,否则积累误差会非常大。模型计算表明均匀大地和层状大地模型解析解与数值解吻合很好。这证明该算法是正确可行的,可作为研究二维复杂地质体的方法手段。     

偶极TEM三分量曲线特征分析及应用试验

针对偶极装置瞬变电磁法的特点,利用三维正演模拟计算了不同产状低阻薄板的三分量响应,并对瞬变响应曲线特征进行了初步分析。在青海夏日哈木矿区开展野外试验,获得了良好的应用效果。正演计算及实测结果表明:水平分量响应能够显示异常体的边界、倾向,垂直分量响应主要反映异常中心。多分量综合解释可以更准确地反映地下异常体的中心位置、边界、倾向等几何参数,为实际资料解释提供依据。     

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。     

TEM多分量响应模拟及曲线特征分析

针对定源回线装置瞬变电磁法观测三个分量瞬变响应的特点,利用三维正演模拟计算了均匀半空间以及不同产状低阻薄板的三分量响应,并对瞬变响应曲线特征进行了初步分析。计算结果表明,水平分量响应能够显示异常体的边界、位置,垂直分量响应主要反映异常中心。多分量综合解释可以更准确地反映地下异常体的中心位置、边界范围等几何参数,为实际资料解释提供依据。     

地一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.     

磁性源激发极化可行性讨论

多年来很多学者开展了复电阻率电磁场正演模拟研究,然而大多数都是针对电性源进行的。鉴于此,这里采用体积分方程法进行了磁源激发条件下的复电阻率三维正演模拟。通过分析正演结果,得出了磁源激发极化法可行的结论,且磁场响应是由电磁感应和激电效应共同产生的,并引入磁荷概念总结了这两种效应的电磁响应规律。     

水平长导线源瞬变电磁三维积分方程模拟

以体积分方程法模拟三维电磁正演问题的原理为基础,利用数值滤波方法实现了时间域水平长导线源的瞬变电磁三维问题的模拟,对电阻率、极化率、时间常数和频率相关系数的变化分别进行了三维数值模拟。为了提高计算的精度,变换过程中采用双精度数值滤波方法。利用偶极源的解析解和数值解的对比来检验数值滤波方法的可靠性。数值模拟结果表明,此种数值滤波方法精度高,结果稳定。高精度数值滤波结果为瞬变电磁法在石油、矿产、地热以及其他方面的应用提供了理论指导。     

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。     

积分方程法三维模拟井地电法并行算法研究

在积分方程法模拟三维电磁响应原理的基础上,对井地电法三维正演模拟并行算法做了研究。同时,还利用Fortran 6.5和消息传递接口(MPI)开发了井地电法三维正演模拟并行计算程序。在求解大型线性方程组时,采用的是稳定的双共轭梯度(BICGSTAB)算法,单机正演程序与并行正演程序的计算结果有着很好的一致性,这说明了并行算法的正确性,为进一步开发井地电法三维反演并行程序奠定了基础,也为井地电法三维正、反演程序实用化提供了技术支持。     

等值反磁通瞬变电磁法在城市浅层空洞探测中的应用

快速高效地查明城市中引起地面塌陷的隐患,对于城市建设、灾害防护及保护人民财产具有重要意义。将城市浅层地面塌陷归纳为3类：溶蚀作用造成的空洞塌陷、无序抽排地下水造成的土洞塌陷以及人防工程老旧空洞塌陷,通过正演计算,研究分析了3类空洞地质模型的等值反磁通瞬变电磁响应规律,以及各模型分别在高阻和低阻覆盖层下的衰减曲线的变化特征;利用岩石的瞬变电磁响应变化率分析了各类空洞地质模型的电性特征。正演结果表明：溶蚀空洞模型和土洞模型与围岩相比呈低阻特性,人防空洞模型呈高阻特性;3种模型的瞬变电磁响应变化率表明等值反磁通技术对各类空洞隐患均具有较好的识别能力。将等值反磁通瞬变电磁法应用于昆明、郑州等地的3类空洞探测,结果证明该方法对城市浅部空洞探测是行之有效的。