多层采空积水区瞬变电磁响应研究

多层采空区积水情况调查对资源整合型矿井的安全生产至关重要。为了提高瞬变电磁法对多层采空富水性的勘察水平,采用数值技术方法对积水采空区的瞬变电磁场影响规律进行了研究,分析了高、低阻多种电性组合、两层采空区的中心回线响应特征。研究结果表明,多层采空的存在导致大地电性分布更加复杂,浅层采空区积水的存在将影响深部采空区积水情况的甄别,导致瞬变电磁法的垂向分辨率降低。地层电阻率随深度逐渐降低的电性结构有助于瞬变电磁法的垂向分层。     

SOTEM一维等效源反演方法

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是一种探测深度大、精度高的瞬变电磁工作形式,一维反演是目前SOTEM数据处理解释的主要手段。从电性源瞬变电磁场的扩散理论出发,研究了针对SOTEM的一维等效源反演方法。研究表明,传统的等效源反演方法对于实施近源观测的SOTEM并不完全适用,在早期会造成反演电阻率严重偏离真实值的情况。针对上述情况,提出了采用全期视电阻率进行校正的方法。理论模型的计算和河北某金矿的实际应用表明,经过校正后的反演算法在全期内都能很好地反映地层的真实电性分布。     

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。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(一)——瞬变电磁测深中偶极子源及其转换

偶极子源是电磁法研究的基本对象,是构成更复杂探测装置与资料解释的前提,也是电磁法勘探技术开发与创新的理论基础。从偶极子源的概念出发,导出了均匀大地表面上的主要偶极子源瞬变电磁场公式,并指明正垂直阶跃脉冲与负垂直阶跃脉冲激发的瞬变电磁场公式的异同,以加深认识。举例说明了相应于电性源与磁性源的场分量可根据电磁场的互易定理相互转换,便捷推导公式。重点阐述了由偶极子源的场强公式运用叠加原理可衍生更复杂的电磁场公式,诸如大回线源及其任意一点的瞬变电磁场公式,盘活了瞬变场的应用。      

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。     

SOTEM研究及其在煤田采空区中的应用

电性源短偏移瞬变电磁法(SOTEM)具有信号强、对低阻异常体分辨率高、探测深度较大,受地形和地下构造影响较小等特点,因而适合于低阻体及精细构造的探测,同时由于SOTEM工作方法简便,探测工具灵活易于操作,所以非常适合地形复杂、施工艰难的工区。本研究通过对电性源短偏移距瞬变电磁法进行理论分析,对不同地电模型响应之间的相对误差及其随异常电阻率的变化特征进行了分析,探讨了SOTEM的电性异常分辨能力;求解得到了SOTEM探测深度的理论判断公式;研究计算及正演模拟了不同时刻层状地电模型瞬变电磁响应的空间分布特征来对最佳观测区域进行分析,得出近场区观测的优越性;最后,以SOTEM在山西大同某煤矿采空区探测中的应用实例来说明该方法的有效性,根据对比,探测结果与钻井信息很好吻合。     

电性源瞬变电磁对薄层的探测能力

电性源短偏移距瞬变电磁法是目前的研究热点。针对地球物理勘查中经常遇到的薄层探测问题,以接地长导线源一维正演为基础,通过定义垂直磁场的相对异常,分析对比了电性源瞬变电磁法对不同电阻率、不同厚度、不同埋深的薄层的探测能力,并讨论了不同偏移距对探测灵敏度的影响。最后将电性源瞬变电磁法与回线源瞬变电磁法以及可控源音频大地电磁法进行对比,探讨不同电磁法装置对薄层的探测能力。结果显示,薄层电阻率越低、厚度越大、埋深越浅、观测偏移距越小越有利于电性源对薄层的探测;时间域电磁法对低阻薄层探测能力优于频率域电磁法,当偏移距较小时,电性源瞬变电磁对薄层的探测能力和回线源相当。     

等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报中的解释方法研究与应用

瞬变电磁法具有对低阻体反应灵敏的特点,在探测隧道掌子面前方含水或充泥断层、破碎带等低阻不良地质体上具有独特的优势。这里首先简单介绍了等值反磁通瞬变电磁法的原理及特点,然后通过对隧道全空间域高低阻模型一维正演曲线响应特征、视电阻率及视纵向电导曲线的解释特点和效果进行较为全面地分析研究,提出并分析了视电阻率等值线图与视纵向电导断面图联合解释方法。最后通过两个应用案例,总结出等值反磁通瞬变电磁在隧道超前地质预报成果解释中的一些特点和规律。结论表明,等值反磁通瞬变电磁方法适用于隧道超前质预报工作,能够有效提高预报成果的精度及准确度。     

磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率定义及计算

讨论了磁源TEM中心回线装置全程视电阻率的计算问题。利用电偶极子的瞬变场叠加来计算磁源TEM中心回线装置的瞬变场,均匀半空间的计算结果表明,该方法是可行的。用电偶极子的瞬变场定义了磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率,通过对二、三、四层电性断面的视电阻率的计算,并与TEM晚期视电阻率进行了对比,说明了该定义的优越性。实测磁源TEM资料的计算表明,用电偶极子的瞬变场定义的磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率较好地反映了电性断面特征,其对浅层磁源TEM探测及资料解译具有使用价值。     

多激励源瞬变电磁探测方法在煤矿采空区的应用

大定源回线是瞬变电磁方法的常用装置,移动发射框需要耗费巨大的人力和时间,极大降低了工作效率;电性源瞬变电磁法具有探测深度大、受地形限制小、工作效率高等优点,但偏移距较大时,采集信号强度衰减强烈,信噪比降低,在一定程度上限制了探测精度。为了解决精细地质探测的实际问题,采用多激励源瞬变电磁方法,通过构建正演模型,以甘肃魏家地煤矿含水采空区探测为例,比较了传统大定源回线、单激励源及多激励源电性源瞬变电磁的勘查效果;经钻孔验证,多激励源瞬变电磁法在研究区勘查效果更好。研究结果为邻区及类似地区煤矿采空区探测提供了技术支撑和可供参考的范例。     

瞬变电磁法指导复杂地质隧道超前水平钻探应用

云南山区地质条件复杂,隧道施工中经常发生突泥涌水等地质灾害。隧道超前地质预报是预防隧道施工地质灾害的重要手段。合理布置和实施超前水平钻孔,可以有效地揭示隧道掌子面前方的地质情况,预防重大突泥涌水地质灾害的发生。但对岩溶等不规则地质体,有限的1～2个超前水平钻孔不一定能揭示出这些地质体,给隧道施工造成重大安全风险。充分利用物探超前预报资料,特别是瞬变电磁法对突泥涌水等低阻地质体敏感的特性,指导超前水平钻孔的布置,对提高超前水平钻孔的预报效果有重要意义。本文以玉磨铁路扬武隧道为例,通过瞬变电磁法资料分析,指导超前水平钻孔布置,再与钻孔和施工开挖结果进行对比分析,说明瞬变电磁法预报和指导超前水平钻孔是有效的,并对今后瞬变电磁法结合超前水平钻孔进行隧道超前地质预报工作提出了建议。     

电性源地—井瞬变电磁异常场响应特征初步分析

地—井瞬变电磁法是在地面发射、井(钻孔)中接收的装置形式,能够利用已有钻孔使接收探头深入地下更加接近目标体,获得更加可靠的信息。该装置对于深部低阻体,尤其当存在低阻覆盖层、矿化等地质干扰情况下,对于规模不大的深部良导矿体的探测能力较强。相对于磁性发射源,电性发射源勘查范围更广,适合地形起伏矿区开展工作。本文旨在通过研究电性发射源条件下钻孔中地下电性界面的异常特征,为实际勘查工作的定性分析提供参考。文中通过一维模型正演模拟对三分量瞬变响应异常特征进行了初步分析,结果表明,由于瞬变响应总场中叠加了背景场和异常场的响应,曲线形态复杂,仅在中晚期道电界面反映明显;而异常场曲线形态相对简单,对电性界面反映明显;整体上水平分量的异常显示度高于垂直分量。通过数值模拟分析获得了对于电性源地—井TEM钻孔中三分量曲线形态的初步认识,验证了电性发射源条件下地—井TEM对于确定电性界面的有效性,能够为进一步研究提供参考。     

多辐射场源半航空瞬变电磁法多分量响应特征分析

多辐射场源半航空瞬变电磁法是对电性源半航空瞬变电磁法的发展和补充,具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点。基于一维正演理论,本文对平行辐射场源、带角度多辐射场源和单个源模型在空中产生的三分量瞬变响应特征进行分析,结果表明:整体来说z分量瞬变响应曲线形态最为简单,多辐射场源情况下响应增强的特点最明显,最利于数据处理和解释;x分量瞬变响应形态最为复杂,在全场域经常表现出极性反转的变号现象,但晚期信号幅值总是增大;y分量瞬变响应受电流方向和接收点位置的影响最大,曲线形态和响应幅值变化均较为复杂。结合偏移距变化下响应衰减幅度,建议工作区域偏移距控制在辐射源长度的5~6倍内为宜。本文的研究结果可为实际勘查工作的野外施工布置及定性分析提供参考,同时获得了对该方法的初步认识。     

综合电磁法在凤太二里河铅锌矿深部的找矿效果分析

二里河铅锌矿是凤太矿集区中具有代表性的重要铅锌矿床之一,近些年找矿方向转向已知矿体深部及外围。根据二里河地区地质、地球物理特征,结合多年在凤太地区的综合地球物理找矿工作,分析了回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在二里河地区的实际应用效果,对3种方法的特点和适用性进行总结,认为：回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在该地区深部找矿具有可行性;回线源瞬变电磁法对于圈定矿体水平位置具有较好的效果,电性源短偏移距瞬变电磁法对低阻异常较为敏感,广域电磁法分辨率较高,同时探测深度可达到2 500 m。此外针对二里河矿区的找矿工作,提出物探工作建议：采用以广域电磁法和电性源短偏移距瞬变电磁法为首选的综合电磁探测方法,同时应尽可能采用长剖面和面积性物探工作。     

电性源瞬变电磁法综述

电性源瞬变电磁法(TEM)具有探测深度大、受地形限制小、工作效率高等优点,近些年发展较快,涌现出一系列面向地面、半航空、地—井的电性源瞬变电磁新方法.本文通过回顾近些年国内外出现的新方法,即长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)、短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)、多通道瞬变电磁法(MTEM)、电性源半航空瞬变电磁法和电性源地...     

矿井孔中瞬变电磁探测异常响应特征模拟

为了解决常规矿井瞬变电磁超前探测方法受矿井外界干扰影响较大,异常体探测定位不精确的问题,提出一种在井下钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法,对接收线圈所处水平面不同位置、异常体不同方位的异常响应特征进行数值模拟。分析钻孔瞬变电磁探测原理,进行钻孔发射线圈与接收线圈的试验设计以及施工设计,对均匀全空间模型、均匀全空间异常体模型、异常体位于钻孔不同方位的三分量异常场响应特征进行系统分析。在低阻异常体与线圈垂直时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最大,随着低阻异常体逐渐平行于接收线圈法向,异常响应逐渐减小,当低阻异常体完全平行于接收线圈法向时,X分量、Y分量、Z分量异常响应最小。通过以上认识,可以根据钻孔径向不同象限位置的异常场三分量组合形态不同,判断异常体所在钻孔的方位。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“近似正弦曲线”或“近似反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限。通过这样的规律,可分析三维空间条件下异常体的空间位置及赋存状态。通过钻孔瞬变电磁超前探测异常响应特征的分析,可...     

瞬变电磁大定源回线装置和多匝小线框重叠回线装置对比分析——以内蒙某煤矿水文物探为例

以内蒙古某煤矿水文勘探为例,分别进行大定源回线装置和重叠回线装置试验,以研究瞬变电磁多匝小线框重叠回线装置探测深度问题,并对比二个装置对含水异常的响应特征。首先从大定源回线装置和多匝重叠回线装置的采集参数分析入手,对比两种装置的电阻率测深曲线和拟断面图。结果表明2种装置的电性分层能力相同,含水异常空间形态一致;在研究区内二种装置的勘探深度相同,但多匝小线框重叠回线装置相比大定源回线装置占地面积小,体积效应小,异常特征更明显,从而在本区内选择多匝小线框重叠回线装置进行勘探施工。     

地—井瞬变电磁响应特征研究

地—井瞬变电磁法作为瞬变电磁法的一种装置形式,由于其接收探头在钻孔或井下巷道中,靠近目标异常体,具有电磁干扰小、有用信号强等优点,越来越多地被国内外学者所研究。本文采用时域有限差分法(FDTD),以回线源为激发源,建立含板状体和矩形低阻体的地质模型,从地面—井筒观测方式和地面—巷道观测方式的角度,计算矩形回线源在半空间中产生的地—井瞬变电磁场响应,并对其响应的特征及规律进行研究,研究结果表明当有多个异常体同时存在时,地—井瞬变电磁能够区分出不同的异常体存在,并且能够对不同异常体的埋深和横向位置准确定位,为地—井瞬变电磁法定量解释异常体埋深和位置提供参考依据。     

SOTEM法在城镇强干扰环境下的应用——以坊子煤矿采空区为例

瞬变电磁法(TEM)是煤田采空区探测的主要手段之一。然而,当采空区埋藏较深或测区内建筑物密集时,传统回线源装置往往难以满足探测需求。电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)由于采取近源观测,具有信号幅值高、信噪比强、探测深度大、施工方便高效等优点,具有更好的适用性。潍坊市坊子煤矿的采空区埋藏深度约500 m,且大部分区域落于房屋密集分布的村庄内,为有效探测蒋家村下采空区的分布及影响范围,采用SOTEM法开展探测工作。在村庄外围布设发射源,利用轻便接收装置在村内接收信号,克服了建筑物障碍问题。利用小波去噪及五点圆滑技术对强干扰数据进行滤波处理,然后利用OCCAM法对数据进行一维反演。结果表明,本次SOTEM探测深度达到800 m,成功圈定出低阻采空区的分布范围,并得到钻孔验证。     

磁源瞬变电磁法在铁路隧道勘察中的应用

在铁路建设中,对长大深埋隧道的勘察,需要对各种不同深度的地质体进行探测,采用磁源瞬变电磁法工作前必须通过实地试验工作,合理地选取工作装置、设置仪器参数。从方法原理特点出发,结合实例总结出了一组适合瞬变电磁仪进行浅、深部探测的工作参数及需注意的问题,实践表明磁源瞬变电磁法在铁路隧道勘察中具有很大的应用潜力。