任意三维地电模型视电阻率异常的边界元法数值解

边界元法(BEM)是一种新的数值方法。由于该法可以降低所研究场问题的维数,因而边界元法较之域型法(FEM和FDM)具有应用简便、数据量少、计算快、精度高等优点。从而,用该法解决了域型法难以实现的三维地电模型视电阻率异常的计算问题。本文论述了用边界无法求解点源场地表水平和起伏下三维地电体位场问题的方法原理和数值处理技术,并给出了若干算例:导电球状矿体上视电阻率数值解与解析解结果;导电球状矿体上不同测线上视电阻率平剖曲线;三维山脊地形下导电椭球状矿体上视电阻率联剖曲线及其地形改正结果等。由本文内视电阻率的边界元法数值解与解析解结果对比的一致性和三维地形校正的显著效果,表明了边界元法是求解任意三维地电模型上位场问题的有效方法。由于用该法实现了对任意三线地质体上空间位场计算,必将推动三维电法勘探工作的开展与深入研究,无疑会对提高电法勘探的地质效果发挥重要作用。     

不同装置瞬变电磁含水异常特征分析

利用不同埋藏深度和倾向的板状体模拟含水裂隙和采空区,通过简单的理论计算,给出了瞬变电磁法的定源回线中心测量和重叠回线装置对该含水地质体的二次场响应特征。理论分析与实测数据表明,定源回线中心测量和重叠回线装置的含水地质体的视电阻率异常特征较大差异,对于含水采空区,前者表现为低视电阻率,后者则显示为高视电阻率;对于含水断层裂隙,二种装置的视电阻率拟断面图均表现为视电阻率等值线的近似直立。另外对于瞬变电磁二次场,定源回线中心测量装置会在含水地质体最浅部的地面投影点附近存在一个过零点,过零点两侧二次场的极值大小决定了含水地质体的赋存形态;重叠回线装置会在含水地质体最浅部的地面投影点附近存在一个极小值,极小值两侧二次场的极大值大小可确定含水断层裂隙的倾向。     

点电源下复杂角域地形影响及校正

角域是描绘起伏地形的基本单元,通过角域叠加可以获得复杂纯地形产生的视电阻率异常,进而可以进行地形校正。将简单角域视电阻率畸变进行组合叠加得到复杂角域地形的视电阻率畸变,分析了组合叠加误差,并与ANSYS软件数值模拟结果进行了对比。结果表明,在地形起伏不大的情况下,可以通过组合叠加获得复杂角域地形的视电阻率异常。最后给出了利用组合叠加法获得纯地形影响后应用比较法进行地形改正的模型算例;与水平地形时的结果对比表明,比较法可以削弱地形影响,突出局部地质体的异常。     

组合球形岩溶的中梯视电阻率异常特征

岩溶是水工电法的主要研究目标之一。为探明地下岩溶的发育与分布,对较为复杂的组合球形岩溶地质体,建立了计算其视电阻率的物理数学模型,并采用等效视电阻率迭代法计算沿测线水平方向及垂直测线水平方向上组合球形岩溶的中梯装置的ρｓ值。重点分析了不同组合模式的中梯ρｓ曲线形态特征,并讨论了μ２值变化,测量电极距ＭＮ大小对组合球形岩溶地质体中梯ρｓ异常的影响规律。得出中梯ρｓ曲线对沿测线水平方向的组合球形岩溶地质体分辨能力最强,而对垂直测线水平方向以及铅垂方向的组合球形岩溶地质体,中梯ρｓ曲线无法分辨;μ２值的变化既影响中梯ρｓ曲线异常幅度,也影响其形态;当两个组合球形岩溶地质体之间的距离ΔＸ与ＭＮ之比ΔＸ／ＭＮ≤１／３时,ρｓ曲线会发生畸变,直接影响分辨能力,并会导致错误的解释结果。故ΔＸ／ＭＮ值必须大于１／３,在保证观测精度的前提下,ＭＮ越小越好      

AMT地形影响与带地形反演研究

通过设计1组二维不同宽度、不同坡度的峰谷综合地形模型,分别从极化模式、不同频率、测点位置、山顶宽度、地形落差、地形坡度、相位曲线7个方面来研究总结山区不同起伏地形对AMT资料的影响程度和畸变特征,发现TM模式较TE模式更容易受到地形影响;起伏地形对AMT响应的高频部分影响较小,而在低频部分地形影响较大,某一测点不同频点的视电阻率和相位是对应趋肤深度水平范围内所有地形的综合影响,并非仅仅是该测点附近单一山峰或山谷的影响;山顶测点较山谷测点更容易受到影响,且山顶越窄、地形落差越大、地形越陡,影响越大。此外,文章还通过对比理论模型的不带地形和带地形2D＿TE模式反演结果,发现带地形的二维反演可以有效地消除地形影响,并对实测AMT资料开展带地形的二维反演,结果显示带地形的二维反演可以有效消除虚假高低阻异常,改善了“挂面条”现象,与3口钻孔的见锰层位对应较好。     

起伏地形对近矿围岩充电法影响规律的数值模拟研究

以山脊、山谷地形为例,通过点源二维有限元数值模拟给出了起伏地形条件下近矿围岩充电法一次电场和激发极化二次电场的剖面曲线,研究了地形对电场的影响,总结了起伏地形情况下的异常分布规律,并用比值法对其进行了地形校正,校正后的结果表明效果是比较好的.     

强干扰背景条件下TEM探测铁矿资料解释方法研究

文章从采集数据拟和入手,将滤波、时深转换后的反演数据绘制有关图件.通过分析全区视电阻率单支曲线,得出测区内的电性异常区,有铁矿存在时的地层电性特征曲线为KH、HA型,无铁矿存在时的地层电性特征曲线为H型;通过视电阻率拟断面图分析磁铁矿异常体赋存和断层的特征;利用视电阻率切片图来推演矿体展布形态.     

点源电场地形影响的计算方法

山区地形起伏不平,给电阻率法勘探带来严重的地形影响.为了对实测资料作出正确的推断解释,必须进行地形改正.在电阻率法工作中均用点状电极供电和测量.计算点源电场受实际地形的影响是极为困难的,所以过去通常是用土槽或水槽实验来模拟.由于造型繁琐复杂,实验精度不高,以致这种模拟方法在实际中应用不广.在解释山区电测结果时,往往借用线源电场的理论计算(或模拟实验)对点源电场所测资料的地形影响作近似的改正.但是点源电场和线源电     

基于高分辨直流电法的隧道超前地质预报异常探测研究

采用高分辨直流电法,对隧道不同空间位置的不良地质体探测异常特征进行了数值试验,并结合物理模型试验进行了分析研究。介绍了高分辨直流电法隧道超前探测机制和有限元求解原理;通过建立有限单元模型,对含隧道空腔全空间点源场的电位分布进行了数值试验,分析了不同地电条件下隧道不良地质体的视电阻率曲线形态特征;结合物理模型试验结果,对隧道不同空间位置的不良地质体探测进行了模拟试验。结果表明:在隧道空间内采用高分辨直流电法对围岩进行不良地质体的探测具有空间选择性,仅从GU或视电阻率曲线难以判断隧道掌子面前方的不良地质体,但对位于隧道底板或侧帮的不良地质体探测效果较好。研究成果对利用高分辨直流电法应用于隧道不良地质异常体的超前地质预报选择以及适用性具有一定的参考意义。     

基于COMSOL的起伏地形三维大地电磁数值模拟北大核心CSCD

COMSOL是一个多物理场仿真软件,笔者尝试将其应用于大地电磁法的数值模拟,研究起伏地形对大地电磁响应的影响及解决方案。本文由麦克斯韦方程组出发,施加第一类边界条件,将地形起伏数字化为参数化曲面,导入COMSOL进行计算。在对COMSOL的精度进行了验证的基础上,分析不同频点所需内存以及自由度,然后选择合适的频点进行研究。将三维起伏地形的模拟结果与无地形起伏时的结果进行对比,总结出山谷、山峰地形对三维大地电磁响应的影响,发现在XY模式下,地形对视电阻率的影响大于相位,在视电阻率等值线图中能够清晰地看出起伏地形的轮廓,而在YX模式下,地形对相位的影响大于对视电阻率的影响。最后,利用“比值法”进行地形校正,校正前由于起伏地形影响,在异常体附近会出现部分视电阻率数值跳跃现象,通过校正有效抑制了起伏地形对异常体附近视电阻率的影响,校正后的视电阻率曲线整体上移,并且异常体周围的视电阻率值也趋于背景场值,获得了较好的效果。     

AMT数据地形畸变影响与带地形反演效果研究

在山区进行音频大地电磁测深(AMT)时,电磁场易受地形起伏影响发生畸变。为研究起伏地形对AMT数据的影响,采用WinGlink软件基于有限差分算法的正演模块,建立二维起伏地形和平地地电模型,并对比分析了两个理论模型的正演响应。结果表明:TE模式的视电阻率曲线在高频段受干扰程度相对较大,在低频段影响减小甚至消失;TM模式的视电阻曲线变化正好相反;二者相位受地形影响则较小。对含异常体的带地形地电模型进行正演计算,在正演响应中加入2.5%的随机误差模拟实测数据,利用WinGlink软件基于非线性共轭梯度(NLCG)算法的反演模块,分别进行带地形和不带地形的TE、TM和TE+TM模式的二维反演。各反演结果的对比表明,带地形的二维反演结果明显优于不带地形的反演结果,能够较好地反映出异常体的位置、形态及电阻率值。依据得到的认识,对青海祁连隧道工程的AMT实测数据进行带地形二维反演,取得了理想的应用效果。     

基于二维电测深数据作三维反演的基岩探测

在城市基岩面探测时,受到城市交通、电磁等严重干扰的制约,常选用直流电测深作为主要物探方法。二维电测深剖面沿测线排列电极,采集视电阻率数据后进行二维反演,用所获得剖面方向上的二维电阻率断面图像推断地质体的位置及产状。但由于复杂的实际情况并非适合二维反演条件(走向无限延展并与测线正交),二维反演会产生较大误差。为此,可试用测区多剖面二维电测深数据作三维反演,获得测区三维电阻率立体图像,推断地质体分布的空间形态。在山东某市地质调查中,布设点距50 m、线距为100 m电测深测网,采集二维对称四极测深数据。对该测区二维电极排列建立三维反演数据格式后,进行三维电阻率反演,获得测区三维电阻率图像,推断的基岩面与钻探验证基本一致。     

基于二次场二维起伏地形MT有限元数值模拟

通过计算二次场来进行二维大地电磁数值模拟;导出了二维大地电磁二次场的微分方程,利用有限单元法来解微分方程;对矩形网格进行对角线的二次剖分,更容易且真实地模拟起伏地形。对几个典型模型进行了试算,与前人总场法的计算结果做了比较,两者视电阻率曲线一致,证明本文算法是正确的;通过2个简单的算例说明复杂地表下2种极化模式的MT观测资料都有明显的异常,视电阻率在TM模式下比TE模式更易受地形影响,TE模式下视电阻率曲线形态与地形呈"正相关",TM模式下反之。     

大地电磁测深二维地形影响及其校正方法研究

采用有限元法实现ＭＴ二维模型的正演模拟,将地形条件下的二维地电模型的ＭＴ响应分解为地形引起的畸变场和与测点高程位置有关的稳定场两部分进行分析。用有限元法模拟二维地形条件下地电结构的ＭＴ 响应和纯地形的ＭＴ响应,采用比值法消除地形引起的干扰场,然后,将消除地形影响后的视电阻率值通过延拓方法获水平地形条件下二维地电结构的视电阻率分布,完善大地电磁测深视电阻率曲线的地形校正。     

三维张量CSAMT响应特征研究

张量CSAMT(可控源音频大地电磁法)能完整地描述三维的地电信息,更适应复杂地质条件下的地质勘探。采用将总场分解为一次场和二次场的策略,用差分近似微分形成大型线性方程组,通过解方程组得到张量CSAMT三维正演结果。通过计算低阻和高阻目标体的响应,发现卡尼亚视电阻率和视阻抗相位对低阻体表现为低值异常,对高阻体表现为高值异常,视阻抗相位达到极值时的频率比视电阻率达到极值时的频率要高。张量CSAMT对低阻体比高阻体更灵敏,在同样条件下,高阻体的异常区位置相比于低阻体会上移。某工区的勘察案例表明,根据卡尼亚视电阻率异常能定性地判断地下异常体的存在,为解决地质类问题提供了依据。本研究为张量CSAMT三维反演提供了基础。     

最小二乘法在计算矿井瞬变电磁超前探测盲区中的应用

为解决矿井瞬变电磁超前探测的盲区问题,通过最小二乘法对仅由地质异常体产生的电磁场数据进行处理,得到一个测点的回归方程。利用该方程对盲区内的视电阻率值进行适当预测,得到的视电阻率值接近于煤层真实电阻率值,且曲线变化平稳。利用得到的新视电阻率曲线接反推盲区内的观测信号曲线,该曲线可以看作从盲区内混杂信号中分离出的纯二次场响应,从而提高矿井瞬变电磁超前探测在早期的效果。     

双频激电法在浙江省苦麻岭地区找矿勘查中的应用

浙江省常山县苦麻岭地区位于钱塘台褶皱带华埠-新登陷褶带上,具备了与成矿密切相关的条件,但地形起伏大、构造复杂、植被发育茂盛等因素严重制约着探矿效果。为此采用双频激电法,通过对称四极测深对该勘查区进行勘探。针对视电阻率测深曲线出现的跳跃、波动等异常形态,结合地层岩性、构造裂隙发育情况及视幅频率反映,对干扰因素进行排除,并依据视电阻率曲线拐点异常及增大趋势确定区内花岗岩岩体埋深及边界变化规律,指出该花岗岩顶部界面较平缓或下凹处,其围岩接触带为富集、成矿的有利部位。由视电阻率ρs和视幅频率Fs断面图推断,矿化异常等值线未封闭,异常中心位于测线以东,该结论对勘查区及类似地区扩大找矿规模具有一定指导意义。     

一些复杂条件下视电阻率和视极化率异常数值解的规律

用点源二维介质有限元正演数值模拟法,以直立有限延深板状体为对象,研究了中梯、二极、三极、偶极装置在较复杂地电条件下视电阻率和视极化率异常数值解的规律:(1)板体导电性对异常的影响;(2)地形起伏对异常的影响;(3)覆盖层导电性对异常的影响。     

双巷三维并行电法数值及物理模型试验研究

电法勘探是一种以研究地下探测目标体与周围介质之间的电性差异的地球物理探测方法,通常采用的二维电法勘探只能得到一条垂直于测线的视电阻率剖面,如果不能确定测线位置正好在异常体的正上方,这时就难给出较准确的结论。三维电阻率法采集数据量大,可获得三维电性数据体,而且可方便地根据需要实现水平及垂直切片,有着二维电法探测不能比拟的优点,实现对目标体的准确定位及全面透视。通过对构建的三维地质模型体进行数值模拟和物理模拟,表明双巷并行三维电法对地质异常体可以进行有效的探查并获得良好的探测效果。     

激电测量在苏吉泉东金矿勘查中的应用

对苏吉泉东金矿进行激电测量,获得激电异常数据(电阻率ρ_s和视极化率η_s)。把不同测线上性质相同的电阻率ρ_s和视极化率η_s的反交点按对应关系联接起来,分别作为相应的破碎带和极化体位置,同时结合地质资料多次反馈,逐步逼近真实地质体。圈定了PSD1,PSD2两个破碎带和Jht1,Jht2,Jht3三个极化体,通过ρ_s和η_s的一维反演及二维反演,拟合出破碎带和极化体的形态特征及相对深度,为矿产勘探提供了较为明确的地球物理依据。