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.     

大功率井-地电磁同步发射技术分析与系统实现

为了提高勘探深度和分辨率,对于地球物理传统可控源电磁法的人工激励场源而言,主要通过提高其发射功率和更换激发方位的途径来实现,但是单套的发射系统会因为功率的增加而变得笨重、复杂和可靠性降低,且不适用于金属矿复杂的探测环境.本文采用分布于勘探目标区周边多个方位的中功率同步发射系统来组合成一套大功率发射系统,该系统可以显著提高探测区接收信号的信噪比,有望克服传统可控源类方法的探测盲区和获取可靠性更高的异常体反演结果.每个单套发射系统由发电机、开关供电电源、发射电缆、发射电极、发射机及其外控同步激发控制器构成.利用此发射系统可以在地面或井下的多个位置布设多个人工激励场源,同时对异常体进行扫频激发,频率范围覆盖10 kHz~0.01 Hz,单套发射系统的最大发射功率为48 kW,发射电流大于60 A,同时,在地面、井道、巷道或已有的探测井中采集电磁场信号.通过对均匀半空间理论场值的叠加计算以及实际数据的对比研究发现,多方位场源同时激发能够提高目标区信噪比,并初步验证了其可行性.该方法对可控源电磁法系统提出了一种全新的研发方向,为金属矿勘探提供了一种新的探测手段.     

发射电流波形对瞬变电磁响应的影响

本文研究了不同发射电流波形对瞬变电磁(TEM)响应的影响,利用自由空间中回线作为目标体,推导出方波、梯形波、半正弦波、三角波激励的响应.研究表明:对于低电导率目标体,同种波形激励的响应在有发射电流期间(on-time)与无发射电流期间(off-time)的幅度相近,四种波形中方波激励响应最强.由于off-time采集可以获得更高的信噪比,因而探测低电导率目标体时一般采用方波激励,采集off-time信号.对于高电导率目标体,off-time响应幅度随电导率增加而迅速下降,而半正弦与三角波激励的on-time响应幅度基本不随电导率变化,因而航空TEM可以采用半正弦与三角波进行on-time采集,并通过适当地提高激励电流的基频,以提高信噪比与空间分辨率.     

井地电磁法勘探深度研究

结合国家深部资源勘探的迫切需求,应用电磁场理论,从麦克斯韦方程出发推导出井地电磁场公式.通过两层大地模型与均匀半空间井地电磁场响应比较,研究了井地电磁法勘探深度,并给出了不同发射电流、发射频率、线源长度及两层大地电导率差异对勘探深度的影响,为井地电磁探测的野外勘探参数的选择奠定了理论基础.计算结果表明,加大发射电流、线源长度、两层大地电导率差异和降低发射频率可以增大接收信号的强度,提高有效勘探深度,从而,有利于进行深部资源勘探.     

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.     

有源恒压钳位瞬变电磁发射机技术

针对瞬变电磁系统发射机对大电流、短关断延时、高线性度的技术要求,论文提出一种新颖的基于BOOST升压原理的有源恒压钳位瞬变电磁发射机电路,详细论述了恒压钳位原理和电路设计方法,重点分析了发射电流下降沿及上升沿恒压钳位动态过程、电路参数计算以及钳位电压恒定原理.研制完成钳位电压500 V,发射电流峰值50 A,发射波形为双极性方波的瞬变电磁发射机,并通过一系列测试实验进行验证.测试结果表明,在大电流发射及感性负载条件下,论文提出的有源恒压钳位方法成功实现了电流下降沿快速、线性关断,从而有效提高了发射电流波形质量及瞬变电磁系统对地下目标的探测能力.     

瞬变电磁接收装置对浅层探测的畸变分析与数值剔除

从理论上对瞬变电磁系统的接收装置频率特性进行分析,得出了瞬变信号在早期发生畸变的根本原因,揭示出接收装置在发射电流关断期间和电流关断后对一次场和二次场的影响关系,给出基于导电球体模型下接收装置的谐振频率与最小取样时间的关系图,进而讨论了接收装置对浅层目标体探测的影响.当瞬变电磁测量系统在电流关断开始时刻记录全程瞬变响应和发射电流波形时,如果接收装置的位置和谐振频率已知,就可以通过数值计算方法从根本上剔除接收装置对早期瞬变信号的影响,即使接收装置存在过渡过程,也同样可以实现近地表浅层的探测,从而缩短瞬变电磁法的浅层勘探盲区,提高近地表的探测分辨率和精度.     

瞬变电磁法理论的探测深度问题

本文在给出了瞬变电磁法理论探测深度的定义和考虑了各种干扰等因素的基础上,用电位异常方法计算了瞬变电磁法中的理论探测深度,分析了瞬变电磁法中理论探测深度与线框边长、供电电流和干扰感应电压之间的关系.研究结果表明,如果使用中心回线装置,只考虑发射线框边长发生变化,而其它因素不变时,理论探测深度首先会随着线框边长的增大而增大,当线框增大到在某一值时,理论探测深度达到最大.再增大线框时,理论探测深度反而会减小.     

低温SQUID瞬变电磁法中去除地磁场影响的方法研究

采用低温SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)进行瞬变电磁测量,具有高灵敏度的优势,但易受到地磁场的影响.由于地磁场变化为nT量级,而低温SQUID灵敏度可达■.使用传统的双极性脉冲激励叠加对地磁场的抑制作用有限.当晚期道二次场信号叠加了地磁场信号后,导致晚期道信号发生整体抬升或降低,甚至出现负值,使得晚期道信号无法直接利用,从而直接影响勘探深度.本文研究不同噪声环境下信号叠加对噪声压制的机理,并结合地磁场的特点,对off-time晚期道噪声段进行一次线性拟合,获得近似地磁场变化规律,并通过外推得到整个off-time地磁场干扰,最终去除off-time信号中的地磁场.去除地磁场后晚期道瞬变电磁信号信噪比明显改善,勘探深度得到较大提高.     

斜阶跃电流激励下多匝小回线瞬变电磁场延时特征

采用Duhamel积分对斜阶跃电流激励的瞬变电磁场进行直接计算,应用叠加原理得到了多匝小回线全域瞬变电磁响应.研究了多匝小回线的早、晚延时临界条件以及等磁矩单匝大回线与多匝小回线的延时和关断时间特征,分析了电阻率、厚度等参数变化时斜阶跃电流对层状模型瞬变响应的影响特征,最后采用实测数据验证了关断效应的校正效果.结果显示,回线边长越小或表层电阻率越大,瞬变响应越早离开早期并进入晚期.多匝小回线的关断时间远大于等磁矩的单匝大回线,但由前者激发的瞬变响应进入晚期的时间却大幅提前,更有利于晚期条件下各种理论公式的使用.斜阶跃影响校正结果显示,增加多匝小回线的匝数可以扩展反演深度的范围,减少匝数则可以提高反演电阻率的精确性;实测数据处理结果显示校正方法产生了一定的效果.本研究补充了多匝小回线瞬变电磁理论内容,研究结果可以为复杂环境中小尺寸多匝线圈的工作参数选择提供参考.     

利用磁异常解析方法试验研究城市断裂

文中选取北京地区作为城市断裂研究试验场,对航磁资料运用解析延拓、功率谱分析、正则化滤波、方向导数、小波分析、分形维数、视磁化强度反演及磁性界面反演等一系列磁异常解析方法进行了数据处理。在处理数据分析与对比研究的基础上,对磁法勘探的各种解释方法在城市断裂研究中所发挥的作用、功效及适应性进行了评估,对今后城市断裂探测研究工作中的磁法勘探技术方面提出了指导性意见。文中对于揭示深部断裂、浅层断裂、基底直立断裂、以及预定方向的断裂和构造两侧磁性差异较大的断裂构造所运用的方法、功效及注意事项均做了较好的说明。另外还对功率谱用于计算不同尺度磁性体场源深度的效果进行了分析     

花岗岩变形破坏的阶段性模型--应力速度及预存微裂纹密度对断层形成过程的影响

依据对具有较高微裂纹密度的筑波花岗岩和极低微裂纹密度的花岗斑岩 2种极端的岩石标本、在等应力速率的快速加载 (约 6MPa/min)和蠕变加载 (轴向应力保持在约 95 %破坏强度 ) 2个极端的加载条件下的实验结果 ,讨论了预存微裂纹密度与加载速度对多晶质结晶岩变形破坏过程的影响。实验中利用高速多通道声发射波形数字记录系统 (每秒可记录多达 5 0 0 0个声发射事件的 32通道波形 ) ,获得了岩石标本破坏前微破裂活动的详细时空分布数据。声发射的发生率、震级 -频度关系中的b值及震源的空间分布揭示出岩石变形破坏过程中微破裂活动具有 3个典型阶段 :初期阶段、第 2阶段和成核阶段。尤其是在成核阶段 ,还观测到发生率和b值有大幅度前兆性起伏。一般而言 ,在相同加载条件下预存微破裂密度越高 ,或对同一岩石加载速度越慢 ,对应的断层成核过程就越长 ,因此最终破坏的可预报性也越高。为了进一步探讨微破裂活动的阶段性特征及其物理本质 ,还利用亚临界破裂扩展模型对声发射数据进行了理论分析     

红河断裂带南段中新世以来大型右旋位错量的定量研究

红河断裂带南段(元江—元阳一带)穿经盆地内的“中谷断裂”,是一条新构造期明显活动的主平移断裂。它的新近活动将中新世红河盆地一分为二,右旋切错至倮头山—大曼迷一带。与此相伴,山前断裂则以正断活动为主。沿“中谷断裂”高角度切错中新统的剪切走滑断面,被断错的中新世条形盆地内发育轴向NE的挤压褶皱及压缩变形的空间变化特征,下中新统、中上中新统、上新统及第四系的分布依次自SE向NW有序迁移且在“中谷断裂”的东北盘节节错后分布等,均表明红河断裂南段中新世以来自SE向NW的不断破裂扩展和右旋走滑位错;区段内中下中新统较厚的山前磨拉石沉积建造、卷入“中谷断裂”剪切变形的强度中新统明显强于上新统等表明,红河断裂南段大规模的右旋走滑运动应发生在中中新世前后,其FT年龄约为距今13.7Ma;根据切错的中新统的平面尺度、用平衡剖面法恢复压缩前盆地的长度和由断层变形带宽度等计算,求得红河断裂带南段中新世以来大型右旋位错总量介于62~69km,中值为65km。研究资料还表明,红河断裂右旋走滑运动作为一个过程,经历转换活动期(N1)、右旋走滑初始期(N21)、大型右旋走滑期(N31—N21)和右旋走滑扩展期(N22—Qp1)等多个发生、发     

分形脉冲反褶积方法

解地震反演问题的脉冲反褶积方法是基于反射系数白噪和子波为最小相位的假设下提出的．近几年的研究证明反射系数并不都是白噪,而是某种分形噪声,如果用一类分形反褶积方法,则将地震反演问题化为难以求解的非线性方程组．本文用反射系数的分形性质,推导出一个更为简单易解的线性方程组,称为分形脉冲反褶积．数值计算表明,本文的方法是有效的．     

山西数字遥测地震台网各子台台址地脉动噪声分析

通过对山西数字遥测地震台网11个子台台址背景噪声进行分析和计算，得出了各台址背景噪声地脉动速度均方根值(RMS值)、观测动态范围、噪声信号功率谱。结果表明各台址背景噪声水平基本符合数字地震观测技术规范要求。     

克拉玛依台与和丰台台址背景噪声对比分析

通过对2010年8月初克拉玛依台与和丰台仪器对调前后台址背景噪声的计算和对比,得出,克拉玛依台仪器对调后短周期台址背景噪声RMS由24.7 Counts减小到16.2Counts,远震初动波形比没换仪器前更容易辨认.这次对调仪器有助于克拉玛依台观测质量的提高.     

辽宁新建台站勘选过程概述及结果分析

利用地震台址勘选中得到的观测数据,计算勘选台站的地脉动背景噪声RMS值,噪声功率谱密度等数据,通过结果分析得到了各个台站的环境噪声水平和台基等级分类情况,为正式建设台站提供数据支持。     

单层钢筋混凝土柱厂房的抗震鉴定和可靠性评定实例

对一大型老旧工业厂房，在依据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－95）进行抗震鉴定的基础上，进一步用《工业厂房可靠性鉴定标准》（GBJ144－90）进行了可靠性评定，提出抗震性能鉴定结果和建议，供同类工作参考。     

宁夏及其邻区背景噪声能量来源方位及强度的季节性变化分析

由背景噪声互相关重建格林函数的技术已在地震学中得到了广泛应用,对背景噪声能量的空间分布、强度的季节变化的研究有利于认识噪声互相关函数对格林函数的收敛性。文中利用宁夏及其周边地区33个宽频带台站2008年1月至2012年11月垂直分量的连续记录,计算了两两台站间的互相关函数,并对该地区5~10s及10~20s的背景噪声能量的优势方位及强度随季节的变化进行了分析。结果表明,5~10s的能量主要来自于中国东部的海岸线,其强度具有明显的季节性变化;10~20s的噪声能量不仅强度具有季节性的变化,其优势方向也随季节具有明显变化,受到多个大洋的交替影响。研究表明,宁夏及其邻区的背景噪声场具有较为复杂的特征,在进行后续研究时要予以充分考虑。     

Spatial and temporal variations of overland flow during rainfall events and in relation to catchment conditions

Improved knowledge on overland flow (OF) generation and its dynamics (i.e. spatial and temporal variations) is essential to understand catchment hydrology, a prerequisite for better water resources and soil management. In this study, our main objective was to quantify the dynamics of OF during rainfall events and to assess its main factors of control. The research study was undertaken in an agricultural 23‐ha catchment of a communal pasture in KwaZulu‐Natal (South Africa) experiencing Mediterranean climate and with variations of soil, topography and vegetation conditions. The dynamics of OF was evaluated during three rainfall seasons (2007 to 2010) by using 1 × 1‐m² microplots (n = 15) located at five landscape positions. At each location, a microplot was equipped with an automatic tipping bucket linked to a logger to estimate the delay between the start of the rain and the start of OF [i.e. the time to runoff initiation (TRI)]. Multivariate analysis was applied to the total OF and TRI data and the information on selected environmental factors (rainfall characteristics; soil type; soil clay content, Clay; proportion of the soil surface covered by vegetation, Cov; proportion of the soil surface covered by crusting, Crust; mean slope gradient, S; soil bulk density, ρ_b; soil water tension at different depths, SWT). The average OF rate over the 3‐year study period varied 2.3‐fold across the catchment (from 15% footslope to 35% backslope), whereas the average TRI varied by a 10.6‐fold factor (between 0.6 min at bottomland and 6.4 min at footslope). TRI temporal variations correlated the most with event duration (r = 0.8) and cumulative amount of rainfall since the onset of the rainy season (r = ?0.47), whereas TRI spatial variations were controlled the most by Crust (?0.97 < r < ?0.77). Ultimately, TRI spatial variations were modelled and mapped in an attempt to model OF dynamics over the entire microcatchment. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.