时域航空中心回线源三维异常体的电磁响应探测分辨率

采用时域有限差分法,计算不同埋深和电导的三维典型地质体在中心回线方式下的航空电磁响应,讨论其探测分辨率,并结合实际航空电磁探测系统的工作参数进行计算.结果表明,对于70 m×70 m×70 m的异常体,当异常体与围岩的电导比值为200时,探测深度最大范围为180 m,当合理提高接收机的前端放大倍数,可以有效提高勘探深度;当异常体埋深为135 m时,可以检测的异常体与围岩电导的比值最小为1.5.时间域航空电磁探测三维异常体的分辨率研究,对于电磁数据解释时异常体的识别、精细化处理等方面具有理论指导意义.     

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。      

轴向各向异性地层瞬变电磁三分量响应特征

多数地层和裂隙积水区的电导率具有各向异性特性,地层的各向异性对瞬变电磁观测会产生较大的影响,尤其是对水平分量特征更加明显。为研究轴向各向异性地层的瞬变电磁三分量响应特征,基于时域有限差分算法,引入电导率张量构建控制方程,实现电导率轴向各向异性三维瞬变电磁三分量正演。通过与各向同性半空间模型和各向异性半空间模型的一维解析结果对比,验证了算法的准确性;建立各向异性半空间模型、层状模型、含水体模型并计算其回线源瞬变电磁三分量磁场响应。结果表明：水平方向电导率各向异性对三分量磁场响应均产生较大影响,其中x轴各向异性对?B_y/?t分量响应的影响大于?B_x/?t,y轴各向异性对?B_x/?t分量响应的影响大于?B_y/?t,z轴各向异性对三分量磁场响应几乎没有影响;浅部地层的电导率各向异性对三分量磁场响应的影响占主导成分;当采集点在x方向距异常体中心小于y方向时,x轴各向异性对三分量响应影响程度大于y轴各向异性,反之亦然。基于本文研究成果,可为各向异性地层条件下瞬变电磁三分量处理解释提供一些有价值的理论借鉴。     

时间域航空电磁系统探测深度研究

时间域航空电磁系统探测深度与采样时间、发射磁矩、大地电导率、仪器背景噪声和灵敏度等诸多因素相关。本文基于时间域航空电磁一维正演对时间域航空电磁系统探测深度进行研究。正演算法从麦克斯韦方程出发,结合准静态近似条件,得到一维层状介质上空中心回线频率域电磁场响应的垂直分量,并采用汉克尔积分进行计算,进而通过时-频变换获得时间域电磁场响应。探测深度研究参考仪器背景噪声水平,通过设定最小可识别信号阈值（本文设定为系统背景噪声三倍）获取最大可探测分离时间,进而利用该分离时间结合平均电导率求取最大探测深度。最后本文以VTEM系统为例,对不同层状介质模型以及不同发射磁矩、背景噪声、发射脉宽和飞行高度下的时间域航空电磁系统最大探测深度进行分析和讨论。     

频率域航空电磁法地形影响和校正方法

为了研究地形对频率域航空电磁法的影响程度,以及如何有效提取由于地形产生的航空电磁场,笔者利用频率域有限差分法开展了复杂地形条件下的频率域航空电磁响应计算和分析研究。计算结果表明,坡度较陡的地形对频率域航空电磁响应影响较大(尤其在沟谷位置地形影响最大),以至于增加了电磁异常的复杂程度,影响了电磁异常的解释结果。在综合研究的基础上,采用二维和三维的地形校正方法对典型地形地电模型进行校正,有效去除和压制了地形引起的电磁干扰异常,突出了异常体引起的电磁异常,提高了频率域航空电磁的解释效果。     

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。     

频率域航空电磁三维矢量有限元正演模拟

目前有限元技术的开发及在电磁勘查技术中的应用已日趋成熟.然而,有限元正演模拟主要集中于地面和海洋电磁,航空电磁三维有限元模拟尚没有受到足够重视.以前人工作为基础,利用结构化网格实现了航空电磁系统的三维矢量有限元正演模拟.从二次场双旋度矢量非齐次亥姆霍兹方程出发,应用广义变分原理推导出变分方程,并采用六面体单元剖分,将场置于单元棱边上,对每个单元应用线性插值,最后合成含有稀疏矩阵的线性方程组.针对航空电磁多源性问题,利用MUMPS(multifrontal massively parallel sparse direct solver)直接求解器进行求解,在保证精度的前提下大幅度提高计算速度.利用单个异常体模型检验算法的精度和软件的稳定性,进而通过典型地电模型的模拟验证算法的有效性.对不同地下电性结构正演模拟结果进行对比分析,进一步研究了覆盖层和垂直接触带等典型构造对航空电磁响应的影响特征.      

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。     

任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟：围岩各向同性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向同性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。     

固定翼电磁数据双分量联合电导率深度成像

传统固定翼航空电磁探测采用总场dB/dt进行电导率深度成像,不仅损失多分量测量信息,dB/dt与电导率的非唯一性也影响数据的成像精度。笔者提出了一种基于磁场双分量(B_x, B_z)查表的联合电导率深度成像算法,根据固定翼电磁响应的正演计算,建立按时间道划分的B_x-B_z-电导率-飞行高度数据表,利用磁场双分量联合查表与插值算法确定视电导率,避免了由于电磁数据二值性引起的视导率不确定性问题;根据扩散深度公式得到视深度,并计算成像深度,从而得到双分量联合电导率深度成像结果。基于一维大地模型正演数据与准二维大地模型正演加噪数据,分别采用磁场双分量联合查表法、总场查表法和单分量查表法对仿真数据进行电导率深度成像,结果表明磁场双分量联合查表法优于单分量与总场查表法,较单分量电导率深成像精度提高了7%。     

基于可控源电磁法阻抗信息的有限内存拟牛顿法三维反演

本文研究了利用阻抗信息进行可控源电磁勘探有限内存拟牛顿法三维反演的技术。首先用理论模型来验证有限内存拟牛顿法反演的准确性和可行性。观测参数为复阻抗Z_xy分量,采用交错网格有限差分方法计算模型响应,反演采用有限内存拟牛顿法。数值模拟结果表明：有限内存拟牛顿法反演迭代速度较快,每4 min迭代一次,拟合差由146.00下降到1.78,收敛稳定;异常体的位置与理论模型吻合较好,有效地验证了有限内存拟牛顿法可控源三维反演的正确性。为了进一步验证该方法的实用性,将其应用到隐伏钼矿可控源电磁勘探工作中。工区的反演结果显示：在工区北西段深部存在高阻异常,其上为低阻异常。截取过钻孔的3号测线发现,-500~-100 m的位置表现为低阻,东侧存在向上涌起的高阻。推测此低阻为矿化蚀变带,延伸较深。该异常与钻探资料揭示的钼矿脉一致,证明了反演结果的准确性。因此,利用可控源观测得到的阻抗信息进行有限内存拟牛顿法三维反演,可以获得可靠的三维电阻率分布。     

磁场总梯度切线法反演二维磁性体的参数

将实测的T异常,转换成总梯度异常,我们称之为TT异常.文中介绍的板状体的TT异常具有许多特点:1)与磁化方向无关;2)与地磁场倾角无关;3)曲线形态简单,近似对称;4)横向分辩率高.我们用切线法对TT曲线反演求板状体的顶面深度和磁化强度.在TT曲线上,切线法的截距与板状体顶深的关系文中作了详尽讨论并绘出了误差范围.本方法的计算速度比较快,对于一条500个点左右的剖面,用AT级微机反演深度的时间约为15秒.     

五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟

本文研究了五极纵轴激电测深三维有限元正演模拟方法。首先,从三个点电流源总电位的边值问题出发,导出了异常电位的边值问题,证明了与异常电位的边值问题对应的变分问题。然后,基于三维连续电性介质模型,推导了有限元法求解变分问题的计算过程,编制了五极纵轴激电测深的三维模拟程序。最后,通过模拟水平层状介质模型的五极纵轴激电测深曲线,发现最大相对误差小于0.25%,耗费时间为18 s;从精度和效率的角度验证了算法和程序是正确的,为后续模拟复杂地电模型五极纵轴激电测深曲线、分析曲线异常特征规律以及开展反演工作奠定了基础。     

井中板状矿体瞬态异常二次场数值模拟

通过研究井轴附近矿体瞬态场的响应特征, 为井中瞬变电磁场的勘探提供可靠的依据.应用时域有限差分法和Mur吸收边界, 对磁偶源产生的瞬变电磁场进行三维数值模拟, 建立了全空间内不同埋深、不同大小、不同倾角的低阻矿体和高阻矿体的地电模型.在数据处理过程中, 排除导电全空间对二次场的影响, 得到反映目标体异常情况的异常二次场.通过分析不同导电模型瞬变场的特征规律, 结果表明: 不同埋深、大小、倾角和电导率的矿体具有不同的响应特征, 且差异较大.该方法对识别井中板状矿体有较为明显的作用.      

Two-dimensional interpretation of gravity anomalies over sedimentary basins with an exponential decrease of density contrast with depth

The decrease of density contrast with depth in sedimentary basins is approximated by an exponential function. The anomaly equation, in frequency domain, of a prismatic model with an exponential density function is derived. The method has been extended to derive the Fourier transforms of the gravity anomalies of the sedimentary basin, wherein the basin is viewed as vertical prisms placed in juxtaposition. The gravity anomalies of the sedimentary basin are obtained by taking the inverse Fourier transforms. Filon’s method has been extended for calculating accurate inverse Fourier transforms. The accuracy of the method has been tested using a synthetic example. A combination of space and frequency domain methods have been developed for inversion of gravity anomalies over the sedimentary basin. The method has been applied to interpret one synthetic profile and one field profile over the Godavari basin. The method developed in this paper to calculate the inverse Fourier transforms yields continuous spectrum with accurate values. The maximum depth deduced from the gravity anomalies is of the same order as the depth encountered to the basement at the Aswaraopeta borewell.     

人文干扰对时间域激发极化法观测结果的影响

在粤东北某矿区进行时间域激发极化法工作时,人文干扰引起假异常。针对这种情况,通过分析地下通信光缆和地下金属供水网的平面和剖面异常特征,研究了人文干扰对时间域激发极化法观测结果的影响。经过与已知矿体异常特征的比较,区分出矿异常和干扰异常。     

瞬变电磁测深在铝土矿勘查中的应用

铝土矿具有明显的分布产出规律,产状比较平缓.铝土矿含矿岩系与其基底灰岩存在明显的电阻率差异,是开展瞬变电磁测深工作的基本依据.依据施测的瞬变电磁异常,分析利用全区公式进行反演计算的视电阻率剖面,可以对灰岩基底的产状及埋深进行推断.对照工程施工剖面,推断的灰岩界面与其基本对应,验证了瞬变电磁工作的推断结果.     

地—井TEM典型特征分析与异常解释——以新疆白石泉铜镍矿zk506孔为例

地-井TEM法（瞬变电磁法）是一种寻找深部隐伏良导体的有效方法。以新疆白石泉铜镍矿区zk506孔三分量井中瞬变电磁测量为例,结合钻孔已知信息,通过分析曲线特征,从上至下共划定了3个异常,并推测第2个异常为主要异常,确定其方位为东南,同时根据z分量响应在晚期还有较强的幅值,判断异常在东南方向上具有相对长的延展,最后通过与zk506孔以及后期施工的zk507、zk508孔的地质编录对比,验证了地-井TEM解译推断,修正了之前zk506孔单孔编录的地质认识,证明了井中瞬变电磁法在良导硫化物矿勘探中的有效性和重要性。      

时间域电磁场偏移成像方法研究

采用 Gaver-Stehfest( G-S)方法模拟水平电偶极源在不同介质模型中地表面的负阶跃波电磁场响应 ,然后引入逆时序偏移的观点 ,把这些电磁场响应作为实际观测值 ,利用 Stratton-Chu积分公式将其向下偏移 ,对偏移后的电磁场值进行归一化处理并对场值求偏导数 ,重建地下拟地震深度剖面图 ,实现时间域电磁场的偏移成像。选用了均匀介质、含良导和高阻薄层水平均匀层状介质模型以及高阻柱体、断层等模型分别进行计算 ,成像的结果表明能够得到较高质量的地下地电构造图 ,从重建的深度剖面图中可以识别出地下反射界面的位置 ,该图比时间剖面直观。