大定圆回线频率域电磁场特征研究

大定圆回线非中心回线装置的电磁场计算公式中含有双重贝塞尔函数,因其高震荡性,使用常规方法计算误差较大。为提高计算精度,本文使用一种通过改进核函数的快速汉克尔变换算法来进行求解,计算结果表明:该算法能够很好的压制贝塞尔函数的强震荡性对计算结果的干扰,即使在非准静态近似的条件下,也能精确地计算出大圆回线源位于地表及接收点位于地面任意一点的电磁场,此外,大定源回线电磁场的分布规律不仅与接收装置位于回线内、外有关,还与圆回线所处的位置成一定的线性关系。     

层状介质任意形状回线源瞬变电磁场正反演

任意形状回线的电磁场可以看成是多个水平电偶极子的电磁场累加而成,因此,不论回线是何形状,只要将回线剖分为水平电偶极子,就可利用水平电偶极子的电磁场求取任意形状回线的电磁场。为了将回线剖分为电偶极子,根据测点到回线各边的距离将回线各边剖分为多个小段,使每小段满足水平电偶极子的条件;再将水平电偶极子进行数值积分,可得整个回线的电磁场。实验证明该方法在减小计算量的同时还能提高计算精度。     

基于电偶极子近似的多边形回线源瞬变电磁响应

针对大回线源中心装置在回线内场非中心位置处场点响应表达式复杂,视电阻率计算困难,只能套用中心回线装置计算公式,导致解释精度下降问题,给出了圆回线的响应公式。提出对发射回线沿边框进行电偶极子源分解,通过对各个边框的偶极子源产生的响应进行叠加;讨论了圆回线与圆内接多边形发射回线的等效性问题;完成了大回线内任意点的场值计算,并对基于电偶极子近似的大回线内场的分布特征进行了分析,得出了大回线源内非中心点探测的可行性结论。研究成果具有理论价值和实际指导意义。      

圆回线和矩形回线源瞬变电磁响应差异性计算

在回线源瞬变电磁发展的早期,往往使用圆回线产生的场来近似模拟多边形回线的场。为了对这种近似的影响进行分析,本文以矩形回线为例,对圆回线近似模拟多边形回线的误差进行计算。首先,根据给出的圆回线和矩形回线内外任一点的感生电动势新的计算方法,对两种回线装置内的感生电动势分布进行对比。研究结果表明:在扩散场早期,圆回线和矩形回线场的等值线分布形态存在较大的差别,而在扩散场中晚期,两种回线感生电动势相对误差较小。两种回线感生电动势相对误差的变化特征可以用感应电流烟圈扩散的理论进行解释。通过理论模型的分析可知,圆回线近似矩形回线会对浅层电性结构分析带来较大影响。     

瞬变电磁法圆形线圈自感计算

在瞬变电磁法（TEM）中,圆形回线的自感参数用于局部导体晚期瞬变电磁场的等效计算、接收线圈固有过渡过程计算、关断时间的计算以及瞬变电磁仪器研制等。目前,在瞬变电磁法教科书中,圆形线圈自感计算均使用近似公式。这里根据毕奥-萨伐尔定律推导出单匝圆形线圈磁感应强度及自感的积分表达式,利用MATLAB软件进行数值计算。结果表明,目前使用的自感近似公式,在用于计算半径为0.5 m和1 m的圆形接收回线自感时,误差分别为-18.978%和-26.542%。用于计算发射回线的自感时,当回线半径从2.821 0 m～112.837 9 m时,自感近似公式的误差从-35.84%～-55.65%,且单匝正方形回线与等面积单匝圆形回线的自感值之间存在5.12%～8.11%的偏差。     

回线源瞬变电磁测深快速反演方法

回线源瞬变电磁测深法(简称瞬变电磁法或TEM法)是以不接地回线为场源,在回线内、外测量电磁场的一种电磁测深方法,已经广泛用于固体矿产、工程地质和水文地质调查工作之中[1,2]。目前,回线源瞬变电磁法主要采用中心回线和重叠回线两种测量装置,测量回线内垂直磁场产生的感应电动势。“烟圈”反演方法是瞬变电磁反演的主要计算方法,“烟圈”反演利用地表瞬变电磁响应与某时刻电流源镜像等效原理,计算勘探深度和对应电阻率。这里给出了回线源瞬变电磁测深一维“烟圈”反演解释方法的基本原理、计算方法和应用实例。结果表明,一维“烟圈”反演解释结果纵向分辨率较高,能反映出地下电性变化情况,可以用于瞬变电磁测深资料解释工作。     

磁源边长大小对电磁场扩散速度影响规律研究

全空间电磁场扩散速度计算的准确性,直接影响矿井瞬变电磁法探测结果的精度.基于电磁场全空间"双烟圈效应"理论,建立了全空间电磁场扩散速度数学模型.对不同边长磁源回线中心电磁场扩散速度进行了对比分析,并对巷道底板三层地电模型全空间理论视电阻率曲线进行了时深转换,结果表明回线边长大,较早时间段回线中心扩散速度大,但衰减速度快,影响浅部地层探测能力;较晚时间段,不同边长磁源回线中心扩散速度趋于相等,说明边长大小对深部地层探测能力影响小.提出了较早时间段电磁场扩散速度校正系数,改进了磁源回线电磁场扩散速度数学模型,为实际探测工作中磁源回线边长大小的选择提供理论依据.     

瞬变电磁中两种发射源的响应特征研究

大回线源作为一种快速有效的瞬变电磁观测方式,它的优点是铺设一次线框,在框内和框外都可以测量,空间采样率高、工作效率高和解释精度高,特别适合高密度、大深度的面积测量。目前针对矩形源计算有两种方式,1通过面积等效法用圆形发射源代替矩形发射源;2利用水平偶极子沿矩形回线做数值积分。这里计算了两种发射装置内二次场值,研究两种发射源内二次场的分布特征,证明对于中心回线装置、大定源装置,在晚期使用面积等效方法用圆型线框代替矩型线框计算视电阻率是有效的,在早期计算会引入较大误差,需要校正。     

基于等效磁偶极子的定源回线瞬变响应计算方法及视电阻率定义

为求解定源回线内不同位置瞬变电磁响应表达式,提出了将发射源进行分解,等效为不同位置多个垂直磁偶极子,对各垂直磁偶极子源产生的响应进行叠加来获得定源回线的瞬变响应。完成了定源回线内任意点的场值计算,获得了定源回线装置垂直分量瞬变响应值,给出了定源回线装置下的全区视电阻率定义,并在理论模型条件下进行了计算验证。该方法计算速度快,精度高,能够满足计算要求。      

回线源TEM山地勘探中的地形影响和校正方法

陕西黄陵、山西王家岭的大回线和山西中条山小发射回线瞬变电磁探测,表现出了不同的地形影响特点。在典型地形影响规律的基础上,通过测道图判断影响的性质;根据电流线聚集与发散机理,对地形影响的不同表现性状给出了解释。研究表明:对于典型的地形影响,可采用通常的比值、滤波等校正方法;非典型的大回线地形影响,将视电阻率-深度剖面上原被空气置换部分挖除是合理的;小回线装置较少受地形影响,可以仅作各测点的高程校正。      

对瞬变电磁测深几个问题的思考(二)——小回线瞬变场法探测分析与实践

阐述了小回线瞬变场法探测的几个问题:在地电断面一定的情况下,瞬变电磁（TEM）场的理论扩散深度仅取决于时间;模拟不同大小回线发射电流相同时,其激励的地下电场峰值到达某一深度的时间相同,只是强度不同;经过推导与计算,显示小回线中心的感生电动势比预想的大,按大回线公式计算小回线观测结果的转换视电阻率会大大缩小;列举了几个小回线TEM法实际探测结果。从理论与实际结合上展示小中心回线TEM法的探测能力。      

英台地区粉砂岩内部毫米级泥膜的微变形构造及其对储层的影响

英台地区白垩纪均质粉砂岩储层中发育大量毫米级别的黑色泥质薄层——泥膜,其厚度在0.2～3 mm之间,成分主要为泥质,部分为破碎的碳屑粉末富集层。其剖面形态有三种:近直线形、锯齿形和不规则曲线形。泥膜的表面发育多种起伏不平的微变形构造,垂向规模通常在3 mm以内,按照平面形态特征可分为9种:直线形、C/S形、圆形、椭圆形、竹叶形、波痕形、树枝形、网状和不规则形,部分微变形构造较为严重可以使泥膜发生穿透。泥膜主要发育在三角洲前缘的席状砂和河口坝砂体中,主要由短暂沉积间断的泥质沉降或侧向冲刷形成,而泥膜表面微变形构造的原因主要是同沉积干扰、差异压实、顺层滑脱拖拽、生物扰动和成岩收缩以及地震活动的影响等多种因素。对泥膜的成因和微变形构造进行研究将对英台地区的沉积环境和储层精细空间结构的确定具有重要意义。     

散粒介质临界状态细观力学结构特征的数值模拟与分析

基于离散单元法对不同密实度理想散粒体进行了双轴剪切试验的宏微观数值模拟,通过网格剖分将Voronoi多边形表征的loop单元作为散粒介质细观力学结构的基本单元,模拟了剪切过程中不同类型loop单元数量、几何形态和力学特征的演化过程,并重点分析了临界状态时散粒介质的细观力学结构特征。模拟结果显示,初始密实度不同的试样在向临界状态发展的过程中,高阶单元与低阶单元的发展规律完全不同,不同初始密实度试样中同阶loop单元的发展规律也不相同,但同阶loop单元的数量比例、几何形态、颗粒接触力及单元内滑动率最终均达到了各自的临界状态。从细观角度分析,散体介质的临界状态是高阶和低阶loop单元在荷载作用下相互转化的结果,是所有loop单元物理力学状态的综合平均与外在表现,临界状态时不同阶数的loop单元处于一个动态平衡状态,宏观上表现为常剪应力和常体积下剪切变形的不断发展。数值模拟结果也表明,loop细观结构单元包含了丰富的信息,其数量、几何形态、受力特征及接触稳定性的发展与散粒体的强度、剪胀以及临界状态的发展密切相关,可以将其作为散粒介质细观尺度的分析单元。     

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。     

矿井瞬变电磁法多匝小回线装置电感效应的理论研究

由于线圈的自感耦合作用,使瞬变电磁早期时间道信号严重失真。为研究瞬变电磁早期信号的特性,讨论多匝线圈与单匝线圈的自感系数的关系,得出线圈自感信号振幅的理论表达式,并推导出单匝和多匝回线的电感公式。分析瞬变电磁发射回线等效回路的暂态过程及感应电动势的产生和衰减规律。影响早期信号的因素为线圈自感信号,它的衰减不仅与时间有关,而且与等效回路的材料有关。该项研究对进一步研究瞬变电磁早期场的附加效应打下了基础,同时为提取早期数据的研究提供参考。     

数字图像技术在重力异常地形校正中的应用

通过对地形体及其密度信息数字图像化,利用计算机仿真能较精确地计算出地形体在任意一点的重力场强度。在重力异常地形校正时,用各测点的实测数据减去相应测点的地形体重力场强度,即得到地形改正和中间层改正后的重力场强度。这样,重力异常校正中的地形改正和中间层改正可一并完成,既简化了校正的工作步骤,又提高了准确性。通过地形体实例,分别用数字图像仿真计算和积分精确计算其重力场强度,结果表明,二者计算结果十分相近。用数字图像仿真计算地形体重力场强度,误差较小,准确性较高,该方法完全适合重力异常地形校正。     

Microdeformation of lacustrine laminite sequences from Late Miocene formations of SE Spain: an interpretation of loop bedding

Lacustrine laminated sediments (laminites) present in Late Miocene formations of the Híjar Basin, SE Spain, display well developed loop bedding, a structure consisting of bundles of laminae that are sharply constricted at intervals, giving a morphology of loops or links of a chain. The laminite sequences, which are interbedded with turbidite marlstones, were accumulated on the bottom of a permanently stratified lake developed in a rapidly subsiding basin limited by 010° and 105° normal faults. As deduced from both macro- and microdeformational analyses, the basin evolved under an extensional stress field throughout the Late Miocene. Four main types of loops, simple and complex loops with subcategories, have been recognized within the laminite sequence. Simple loops of type 1 show the best definite pattern, quite similar to ' pinch and swell structures ', a type of boudinage typical of stretching of alternating beds where the competence contrast is not strongly marked. The remaining loop types display contortion and occasional breakage of laminae (microfaulted edges) indicative of microdeformation near the boundary between the ductile-brittle deformational fields. The distribution of the various loop types across the laminite sequence reflects an interplay between progressive lithification of the laminites as sedimentation progressed and tectonic stresses which affected the sediment sequence. Accordingly, a mechanism of deformation under an extensional stress field, ultimately related to the creep movement of the main basin faults which resulted in successive seismic shocks of low magnitude, is proposed to explain the formation of loop bedding in the laminites.     

Meander development and floodplain sedimentation: A case study from mid-Wales

Spatial and temporal patterns of meander development and sedimentation are assessed for a meander loop on the River Rheidol. Several scales and rates of change are distinguished for which different observational approaches are helpful. The meander loop itself developed over approximately 100 years while primary high-flow bedforms grew and migrated within the loop modifying its form. These were themselves variously dissected and embellished at intermediate discharges, but their residues are preserved as a major component of floodplain sedimentation. The characteristic and irregular pattern of point bar micro-relief common to rivers in mid-Wales suggests some adjustment of ideas on meander activity is required.     

Dissipation of diamagnetic currents and plasma heating in coronal magnetic loops

SOHO and TRACE data have shown that the coronal plasma is heated most actively near sunspots, in magnetic loops that issue from the penumbral region. The source of heating is nonuniform in height, and its power is maximum near the footpoints of the magnetic loops. The heating process is typically accompanied by the injection of dense chromospheric plasma into the coronal parts of the magnetic loops. It is important that the radiative losses cannot be compensated for via electron thermal conduction in the loops, which have temperatures of 1.0–1.5 MK; therefore, some heating source must operate throughout the entire length of the loop, balancing radiative losses and maintaining a quasi-steady state of the loop over at least several hours. As observations show, the plasma density inside the loops exceeds the density of the ambient plasma by more than an order of magnitude. It is supposed that the enhanced plasma density inside the loops results from the development of the ballooning mode of a flute-type instability in the sunspot penumbra, where the plasma of the inner sunspot region, with β _i ? 1, comes into contact with the dense chromospheric plasma, which has β _e ? β _i (β is the gas-to-magnetic pressure ratio). As the chromospheric plasma penetrates into the potential field of the sunspot, the generated diamagnetic currents balance the excess gas pressure. These currents efficiently decay due to the Cowling conductivity. Even if neutrals are few in number in the plasma (accounting for less than 10^?5 of the total mass density), this conductivity ensures a heating rate that exceeds the rate of the normal Joule dissipation of diamagnetic currents by 7–8 orders of magnitude. Helium is an important factor in the context of plasma heating in magnetic loops. Its relatively high ionization potential, while not forbidding dielectronic recombination, ensures a sufficiently high number of neutrals in the coronal plasma and maintains a high heating rate due to the Cowling conductivity, even at coronal temperatures. The heating results from the “burning-out” of the nonpotential component of the magnetic field of the coronal magnetic loops. This mechanism provides the necessary heating rate for the plasma inside the loops if the loops are thin enough (with thickness of the order of 10⁵–10⁶ cm). This may imply that the observed (1–5) × 10⁸-cm-thick loops consist of numerous hot, thin threads. For magnetic loops in hydrostatic equilibrium, the calculated heating function exponentially decreases with height on characteristic scales a factor of 1.8 smaller than the total-pressure scale height, since the scale heights for the total pressure and for the ⁴He partial pressure are different. The heating rate is proportional to the square of the plasma pressure in the loop, in agreement with observational data.