矿井瞬变电磁法超前探测合成孔径成像研究

在矿井瞬变电磁超前探测数据处理和解释中,为了更好地识别巷道前方含水体电性分界面,利用扩散场与波动场间的函数关系,将矿井瞬变电磁法超前探测中瞬变电磁波场转换为拟地震波场,实现波场转换.同时,为了解决波场转换后信号幅值偏弱,以增加信噪比利于解释,利用雷达的合成孔径方法对波场转换后的拟地震信号进行相关叠加处理.将矿井瞬变电磁法巷道超前探测的同一测点不同探测方向的数据作为孔径数据进行合成孔径成像,以突出弱异常而提高信噪比,结合应用实例验证了方法的效果.研究表明,矿井瞬变电磁法合成孔径成像方法能够提高电性界面信息的信噪比和界面几何分辨率,对矿井瞬变电磁法精细超前探测含水构造具有重要的理论意义和应用价值.     

矿井瞬变电磁探测中空芯线圈传感器的研制

针对矿井瞬变电磁法中探测空间的有限性及探测目标分布的全空间性,研制一种适合该方法的感应式空芯线圈传感器.根据矿井瞬变电磁探测需要,确定了感应式空芯线圈传感器的基本技术指标.通过对空芯线圈的物理结构和前置放大电路的等效噪声电路进行分析,获取了引入噪声的主要来源.构建感应式空芯线圈传感器的等效模型,实现传感器的幅频特性及低噪声的分析,给出影响传感器噪声水平的各噪声源随频率变化的规律,设计矿井瞬变电磁中降低传感器噪声的方法,采用该优化方法,传感器的总噪声在谐振频率处信噪比提高了15.6dB.测试结果表明:感应式空芯线圈传感器噪声性能和输出特性优于加拿大Geonics公司的3D-1HF-coil传感器,满足矿井瞬变电磁探测需要.     

华北煤田瞬变电磁勘探深度研究

为研究瞬变电磁勘探在华北煤田的勘探深度,利用瞬变电磁感应电压晚期段表达式,通过指定仪器最小可分辨电压,推导出瞬变电磁勘探最晚可检测出有效信号时间及最大探测深度表达式,计算了特定情况下的极限探测深度和最晚有效信号检出时间:在发射磁矩为10002×20 A.m2,地层电阻率分别为10和100Ω.m时,瞬变电磁勘探最晚有效信号检出时间为209.6 ms和52.6 ms,最大探测深度为1823 m和2889 m;以实测典型华北煤系地层瞬变电磁曲线为例,其计算机反演深度达1400 m;结果表明:采用合适的仪器和正确的工作装置,瞬变电磁勘探可以满足华北煤田目前开采深度的勘探需要.     

瞬变电磁探测系统(CASTEM)试验对比——安徽颖上大王庄铁矿

为推进国产电磁勘探设备的高端化进程,自主研发了CASTEM瞬变电磁系统.在前期系统开发、测试及集成基础上,开展野外试验研究,以检验CASTEM系统的稳定性及探测能力.选择已取得显著勘探成果的安徽颖上县大王庄铁矿进行试验,试验内容包括大功率发射机性能、接收系统噪声性能、实测响应曲线和反演效果,并与国际高端瞬变电磁仪在上述几方面进行了对比.试验结果表明CASTEM系统的各项指标性能稳定、可靠,已达到国际先进水平;探测成果与高端瞬变电磁仪器探测成果以及钻孔资料相吻合,表明CASTEM系统可以用于深部勘探.     

瞬变电磁法在煤炭领域的研究与应用新进展

随着浅部煤炭资源开采进入尾声,深部煤层的勘探与开发成为下一步的发展趋势.为了探索瞬变电磁在煤炭领域的发展突破方向,本文从理论、方法、技术、装备及应用等方面对瞬变电磁法用于煤田探测的研究成果进行了分析总结.首先介绍近年来瞬变电磁法在地面和井下的最新进展,包括时变点电荷载流微元理论、瞬变电磁全空间理论、修正式中心回线法、电性源短偏移深部探测法、小回线大电流法、矿井强干扰处理技术、地形影响校正技术、联合时-频处理技术、以及在井下和有低阻覆盖时观测数据的处理技术等.然后,结合实际情况,说明瞬变电磁法在煤炭领域的应用效果.最后,展望了瞬变电磁法在煤田领域的研究方向,包括进一步完善电性源近场探测理论和全空间物理场基础理论,开发精细数据处理的方法及地面-井下联合分析方法等.     

全空间条件下矿井瞬变电磁法粒子群优化反演研究

煤矿井下矿井瞬变电磁法(MTEM)探测中,电磁场呈全空间分布,全空间瞬变电磁反演是复杂的非线性问题,目前反演计算中全空间响应主要由半空间响应乘以全空间响应系数来得到,导致反演结果中顶板和底板异常(或前方和后方异常)叠加在一起难以分离,造成分辨率下降.论文提出采用粒子群优化算法(PSO)进行全空间MTEM反演,通过理论分析,在常规的粒子群算法基础上提出了一种新的进化公式改进策略,提高了粒子群算法的寻优能力.基于全空间瞬变电磁场理论,编写了粒子群算法反演程序,进行全空间条件下五层含巷道的复杂模型的反演计算.结合某矿井巷道顶板、底板岩层及断层含水性的探测实例,对实测数据进行反演计算和解释,探测结果得到钻探证实.研究表明,改进的粒子群优化算法对理论模型和实际资料的反演拟合程度较高,实现了矿井顶板、底板视电阻率异常的分离,提高了全空间瞬变电磁勘探资料的解释精度和分辨率.     

半航空瞬变电磁法在古河道结构探测中的应用

嘉陵江河曲发育,古河道分布广泛,复杂的地形、地貌环境限制了其研究精度.半航空瞬变电磁法具有效率高、成本低、适应性强的特点,具有广阔的应用前景.为查明古河道地层结构特征,本文以南充市石梁乡境内的嘉陵江古河道为例,首次将无人机半航空瞬变电磁法应用于古河道结构的探测.首先,通过对该区域的无人机半航空瞬变电磁探测数据进行预处理和反演解释,获得了研究区古河道"低-高"模式的二元电性结构以及三雏空间结构模型,从而可推断出古河道地层结构主要有W型、U型两种形态,河道中间松散堆积层厚度平均为20 m,两端变薄,平均为5m.其次,基于现场地质地貌调查和钻探资料,结合等值反磁通瞬变电磁法、综合测井等地球物理方法所获得的探测结果对无人机半航空瞬变电磁数据推断的古河道地层结构特征进行综合标定与验证,结果表明半航空瞬变电磁法应用于古河道结构的探测是可行的,并且半航空瞬变电磁法获得的物性参数与地质特征结合,可快速、准确获得古河道地层结构,对研究其沉积环境和演化具有重要的支撑作用.     

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.     

浅海瞬变电磁全波形响应特征及探测能力分析

瞬变电磁法在浅海工程勘探等领域受到了越来越多的关注.目前浅海瞬变电磁仍处于应用初期,相关研究少且未有成熟装备问世,有必要研究其探测能力并为观测系统选取最佳观测参数.本文以几种典型发射波形为例,采用褶积算法细致分析了不同发射波形条件下浅海瞬变电磁on-/off-time响应受海底介质电导率、磁导率及发射波形脉宽等参数的影响特征与规律;通过三维正演并设定极限探测深度阈值,进一步分析不同发射波形on-/offtime期间浅海瞬变电磁探测能力及对典型三维目标体的极限探测深度.基于本文研究成果,可为浅海瞬变电磁探测装置设计、观测系统的参数选取及试验参数的选取等提供了一些有价值的理论借鉴.     

纳米瞬变电磁法在探测浅层铁矿采空区的实验研究

对采空区目前深部探测研究得较多,对浅部则较少,国内外对利用瞬变电磁法探测铁矿采空区应用甚少,纳米瞬变电磁法则没有涉及,在利用探地雷达和常规瞬变电磁对地表存在低阻盖层屏蔽的沉积变质铁矿浅层采空区无法取得成效时,作者利用纳米瞬变电磁(NanoTEM)在实验区进行实验,取得了良好探测效果并分析了采样周期和观测时窗对探测效果的影响,实验研究表明,在岚县浅层铁矿采空区探测中,运用中心回线模式的NanoTEM,采用小线框+小电流+合理的采样间隔+浅层采样时窗的方法,最终达到对沉积变质铁矿浅层采空区的精确探测.