新疆天宇铜镍矿区瞬变电磁特征研究

为总结新疆东天山地区与基性-超基性岩体有关的岩浆型硫化物铜镍矿床地球物理特征(电性),在天宇铜镍矿区开展了TEM方法试验研究,通过TEM试验数据,初步总结了地面瞬变电磁法TEM响应、时间常数、电阻率等参数在矿体、断裂、岩体等地质体的特征规律。试验结果表明,硫化物铜镍矿体的TEM响应曲线晚期衰减缓慢,双对数坐标下,斜率约为1.3~1.5,平均视时间常数约为0.5 ms,背景地层TEM曲线晚期衰减较快,斜率约为2.7,平均视时间常数约为0.23 ms。反演电阻率图中含矿岩体呈明显低阻反应,电阻率低于200Ω·m,背景地层呈高阻,反演电阻率值大于500Ω·m,断裂分布在高低阻过渡带上。瞬变电磁法在硫化物铜镍矿床应用效果良好,能够为该种类型矿床的勘查提供一定的参考。     

水平层状介质电磁法数据时频联合反演

通过一维层状介质电磁法数据的时域和频域正演结果,对不同电阻率大小的电阻层进行了反演计算,说明了在这种情况下电磁法数据时频联合反演的合理性.正演计算了一维层状模型下水平电偶极频率域水平电场响应及利用G-S变换计算时间域垂直磁场导数响应;利用最光滑模型约束反演方法建立了时频联合反演迭代公式.通过理论模型反演试算表明,该反演效果较好.     

瞬变电磁法中两个问题的研究

针对瞬变电磁工作中出现的两个问题:用中心回线资料处理方法反演定源数据和地～井TEM探测中低阻屏蔽效应的影响,利用Maxwell软件进行了正演、反演计算分析。结果表明,用中心回线方法处理定源资料存在一定风险,尤其在地层为低阻,且测点远离中心点时误差更大。在地～井TEM测量中,当有低阻层存在时,通过加大发射磁矩测量磁场,有可能获取到低阻层以下目标体的有效信息,同时也表明了水平分量对低阻目标体的敏感性远大于垂直分量。     

剥皮算法在瞬变电磁低阻异常分离中的应用

一维反演方法是瞬变电磁法数据解释最为成熟和常用的方法,相关研究成果较多.但是在实际应用中,对于同时存在规模相当的两层低阻层时,一维反演结果只能显示为综合的一层低阻层.为将同时存在的两规模相当的低阻层在瞬变电磁法一维反演结果中区分开,通过剥皮算法,在理论模型中建立一定的假设条件,近似地求得剥除上层低阻层的响应后的瞬变响应,对于实际条件中不满足假设条件的情况,提出了更加粗略的假设条件,并且对反演结果可能造成的影响进行了讨论.理论模型计算结果表明,瞬变电磁剥皮算法可以有效地反映出下方低阻层,实现了良好的异常分离效果.     

太康隆起东段地热资源远景区调查评价与研究

应用大地电磁测深法(MT)对太康隆起东段深部地层结构及隐伏断裂进行探测研究,共布设了4条MT剖面,获得了97个测深点,并对所获得的MT数据的二维偏离度、构造走向等进行计算和分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)二维反演方法对TE和TM模式的数据进行联合反演,得到了可靠的地下介质二维地电模型。研究结果表明,商丘凸起电性结构纵向上具有典型的分层特征,从上到下可分为三层,即低阻层-中高阻层-高阻层。根据该电性结构模型,结合研究区域重力、航磁、地震及区域地质资料,绘制了商丘凸起基岩地质图,同时根据深部基底隆起形成的高阻异常与区域地温场高值区具有较好的对应关系,据此圈定了2处地热异常远景区。     

瞬变电磁法低阻薄层反演

瞬变电磁反演方法对瞬变电磁数据解释有极其重要的作用.在实际工程中,由于地下低阻薄层响应较弱,现有的反演方法很难将其分辨出来.文中基于正则化反演理论,提出了一种新的模型约束加权方法,对地层的光滑度施加了周期性大幅变化的权值,通过两次迭代可自适应的反演出低阻薄层区.小权值使模型对电性参数的大尺度变化有较高的敏感性,便于筛选出异常薄层;同时,与小权值交错分布的大权值能尽量保证反演曲线的连续性,降低反演的多解性.通过仿真验证,该方法对低阻薄层区的分辨能力比传统算法更高,对较厚区域低阻区的分辨能力与传统方法类似.该方法迭代稳定,不依赖地层先验信息,具有很高的工程实践性.     

TEM探测深部煤层上覆多电性层的OCCAM反演

瞬变电磁法（TEM）以其对低阻体反映灵敏而被广泛用于煤矿水文地质勘探中,当煤层埋藏较深,上覆地层纵向上有多种电性层存在时,瞬变电磁法晚期经验公式计算结果已不能反映实际情况。通过深入研究OCCAM反演算法,认为选择使误差目标函数达到最小的正则化参数,在反演迭代步长过大时进行压缩迭代步长的控制方法,以及最光滑的模型约束,可以提高反演分辨率。在瞬变电磁数据处理中使用加入了上述参数、控制和约束的反演技术,经对理论模型数据进行反演,反演结果与模型的电性分布规律吻合,表明算法正确;在华北煤田深部采场的瞬变电磁法探测应用中,OCCAM反演分辨出了煤层上覆多种电性地层,效果较好。     

基于简单模型的大地电磁测深法薄层识别与约束反演

薄层识别一直是大地电磁测深法(MT)数据反演解释的重点和难点.约束反演能有效提高大地电磁测深对薄层的识别能力,这里采用在井资料约束上覆地层与围岩的电性条件下,进行MT约束反演.通过约束浅部地层,提高对深部地层的反演识别能力,达到对目标层的准确识别与精确探测.通过模型设计与计算,讨论了地电参数约束类型、约束数量、以及测量...     

充水溶洞特征的高密度电阻率法反演分析研究

在高密度电法勘探中,不同性质的溶洞其反演电阻率特征有差异,溶洞为空洞时反演电阻率表现为高阻,充满水时表现则为低阻,而充水溶洞的电阻率反演特征很难判断.文章通过构建不同充水程度的溶洞模型进行正演模拟,利用最小二乘法对模型的地电断面进行反演,对比不同反演成像模型的地电响应特征.结果表明,充水溶洞的电阻率随溶洞充水量的增加而减小,低阻的范围随着水量的增加而不断扩大,其可分辨性强.野外探查资料进一步验证了模拟结果,所获得的认识对地下溶洞的电法探测分析具有一定的指导意义.     

CSAMT法和TEM法在铜陵龙虎山地区隐伏矿勘探中的应用

CSAMT法是深部隐伏矿勘探工作的重要手段之一。将CSAMT法用于铜陵龙虎山地区隐伏矿勘察,在深入认识研究区的成矿规律和控矿因素的基础上,对该区的CSAMT数据进行了预处理和反演,对比TEM法反演结果,电性特征的统一性验证了CSAMT法反演结果的可靠性。联合CSAMT和TEM反演结果成功地分辨出侵入岩体和岩浆热液的运移通道,为该区寻找隐伏矿提供了有效的勘探手段。     

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。     

地面与半航空瞬变电磁法三维联合反演

瞬变电磁一维反演方法存在耗时长、参数难以调控、过于依赖初始模型等缺陷。为此,提出一种基于Attention机制的卷积−双向长短时记忆神经网络(AC-BiLSTM)瞬变电磁实时反演方法,充分利用时间差,在非观测时间进行模型训练,在观测时间对当下采集数据进行实时反演。整个过程中,以实测数据加入一定比例正演数据作为数据集,以监督学习方式将采样时间−视电阻率作为输入特征,以测井约束的Occam反演结果作为学习目标,基于卷积神经网络和长短期记忆神经网络搭建编码器−解码器模型,并针对数据特性,在解码器部分加入Attention机制对隐藏层输出数据进行重点提取,最后经全连接层获得深度−电阻率数据。研究结果表明：AC-BiLSTM算法能充分挖掘数据时空特性,快速获得符合地层电性特征的电阻率成像结果,在瞬变电磁正演数据集上的预测值与正演模型拟合优度达0.898、均方根误差18.44、平均相对误差0.065,与单一长短期记忆神经网络及Occam方法相比,拟合优度分别提高了0.086、0.176,均方根误差分别减小了2.97、9.32,平均相对误差分别减小了0.012、0.068。通过对V8电法工作站实测瞬变电磁数据的AC-BiLSTM反演,快速实现了研究区地层的精准分层、圈定了煤矿采空区分布范围,获得成果与真实情况一致。研究成果突破了传统反演方法局限性,提高了瞬变电磁数据解释精度及效率。

     

定源回线TEM数据的约束反演方法及应用效果

为消除TEM定源回线装置增大接收区域后明显的边框效应,且提高TEM的分层能力,达到提高对不同电性地层精细分辨的目的,采用带约束的正则化反演方法。在反演算法中,拉格朗日因子采用CMD正则化因子的自适应调节方案,自主调整。为保证反演过程的高效、稳定且结果收敛性,使反演模型每一层的厚度按照等对数间隔进行离散,减少矩阵方程的病态性;同时对反演电阻率值采用可行的上下限约束,使迭代的结果不至于出现极值或错值,降低反演的多解性。通过对多层理论模型的计算,证明了约束反演算法的正确性和可靠性,将其用于实测瞬变电磁法勘探数据的反演计算中,反演电阻率纵向分布规律与已知地层电性资料吻合,解释的异常区得到了钻探验证,结果可靠。     

瞬变电磁法的现状与发展趋势

瞬变电磁法在矿产资源等勘查领域已广泛应用,成为寻找铜多金属硫化物矿床的重要方法。这里综述了国内外瞬变电磁仪器的性能和主要技术指标,简要分析了部分仪器存在的缺陷,总体上国外TEM仪器的性能优于国内产品。国外解释软件的可视化和集成度相对较高,在实际资料反演和成像的解释方面,国内外基本处于同一水平。近期一维反演和二维电阻率成像仍是TEM资料解释的主要手段,复杂地电条件的三维反演技术在短期内达到实用化较难。     

浅基岩埋深条件下多年冻土的瞬变电磁法探测研究

瞬变电磁法（TEM）在青藏高原、东北等地区的多年冻土调查中取得了较好的应用效果,但局限于松散沉积层较厚情形,在基岩埋深较浅条件下探测多年冻土基本处于空白。兰州马衔山多年冻土具有分布范围小、温度高、基岩埋深浅的特点,是应用TEM探测浅基岩埋藏条件下多年冻土分布的理想地区。以马衔山多年冻土为主要研究对象,以季节冻土为对照研究了瞬变电磁响应特征,结合区域构造特征、地层露头、钻孔岩心、地温监测数据等信息,论证并探讨了TEM应用于浅基岩埋深时对多年冻土的探测效果。结果表明：马衔山多年冻土分布受构造断裂形成的低阻带控制,下部为负温岩层,实际分布面积为0.11 km²;TEM应用于浅基岩埋深的多年冻土勘探时更多的对地下岩层做出响应,可结合地质、地貌、水文、植被等信息,利用多年冻土的特点和电阻率的变化情况来判断多年冻土的分布范围;当基岩埋深特别浅时可以与探地雷达、钻孔等其他手段联合反演,从而准确地识别多年冻土与下伏基岩。     

Geoelectric resistivity sounding of riverside alluvial aquifer in an agricultural area at Buyeo,Geum River watershed,Korea: an application to groundwater contamination study

Twenty profiles of vertical electric soundings (VES) were obtained in a riverside alluvium at the Buyeo area, South Korea, to examine the variations of subsurface geology and associated groundwater chemistry. The combination of the VES data with the borehole data provided useful information on subsurface hydrogeologic conditions. The vestige of an ancient river channel (e.g. oxbow lake) was identified on the resistivity profiles by the lateral continuation of a near-surface perched aquifer parallel to the river. Such a perched aquifer is typically developed in the area with a clay-rich silty surface alluvium which prohibits the infiltration of oxygen. Therefore, groundwater below the oxbow lake shows a very low nitrate concentration and Eh values under the strong anoxic condition. The distribution of water resistivity is correlated with that of measured total dissolved solids concentration in groundwater, while the earth resistivity of the aquifer shows a significant spatial variation. It is interpreted that the earth resistivity of the aquifer is mainly controlled by the soil type rather than by the water chemistry in the study area.     

大定源瞬变电磁三分量全域视电阻率定义与三分量联合反演

多数瞬变电磁仪器可以同时采集三个分量的响应,但目前瞬变电磁的解释方法却主要以中心回线垂直分量为主。为了充分利用瞬变电磁三分量的信息,介绍一种大定源瞬变电磁三分量约束反演方法。基本思想是利用瞬变电磁三个分量的场分别求取全区视电阻率,并以此为基础建立初始模型,利用阻尼最小二乘法进行三分量反演。首先,将回线源看成是多个电偶极子产生的场的叠加,利用偶极子叠加的原理求取回线的三分量电磁响应,并推导视电阻率的全区与全期定义(即全域视电阻率定义);然后,利用烟圈理论求取视深度,并以此建立反演的初始地电模型。最后,利用阻尼最小二乘法实现三分量约束反演。利用文中视电阻率定义方法对已知模型数据进行处理,视电阻率曲线与模型的电性参数变化一致;以视电阻率结果为依据建立初始模型,利用三分量约束反演方法对层状模型数据进行反演,结果与模型吻合较好。     

定回线源瞬变电磁三维异常特征反演

分析了实现定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的可行性,简要地介绍了改进的广义逆反演方法基本原理,给出了定回线源瞬变电磁三维异常特征反演的流程。对正演模拟数据进行反演的实例表明,定回线源瞬变电磁三维异常特征反演已得到初步实现。     

A novel and generalized approach in the inversion of geoelectrical resistivity data using Artificial Neural Networks (ANN)

The non-linear apparent resistivity problem in the subsurface study of the earth takes into account the model parameters in terms of resistivity and thickness of individual subsurface layers using the trained synthetic data by means of Artificial Neural Networks (ANN). Here we used a single layer feed-forward neural network with fast back propagation learning algorithm. So on proper training of back propagation networks it tends to give the resistivity and thickness of the subsurface layer model of the field resistivity data with reference to the synthetic data trained in the appropriate network. During training, the weights and biases of the network are iteratively adjusted to make network performance function level more efficient. On adequate training, errors are minimized and the best result is obtained using the artificial neural networks. The network is trained with more number of VES data and this trained network is demonstrated by the field data. The accuracy of inversion depends upon the number of data trained. In this novel and specially designed algorithm, the interpretation of the vertical electrical sounding has been done successfully with the more accurate layer model.     

Integrated geoelectrical survey for groundwater and shallow subsurface evaluation: case study at Siliyin spring, El-Fayoum, Egypt

Siliyin spring is one of the many natural fresh water springs in the Western Desert of Egypt. It is located at the central part of El-Fayoum Delta, which is a potential place for urban developments and touristic activities. Integrated geoelectrical survey was conducted to facilitate mapping the groundwater resources and the shallow subsurface structures in the area. Twenty-eight transient electromagnetic (TEM) soundings, three vertical electrical soundings (VES) and three electrical resistivity tomography (ERT) profiles were carried out around the Siliyin spring location. The dense cultivation, the rugged topography and the existence of infra structure in the area hindered acquiring more data. The TEM data were inverted jointly with the VES and ERT, and constrained by available geological information. Based on the inversion results, a set of geoelectrical cross-sections have been constructed. The shallow sand to sandy clay layer that forms the shallow aquifer has been completely mapped underneath and around the spring area. Flowing of water from the Siliyin spring is interconnected with the lateral lithological changes from clay to sand soil. Exploration of the extension of Siliyin spring zone is recommended. The interpretation emphasizes the importance of integrating the geoelectrical survey with the available geological information to obtain useful, cheap and fast lithological and structural subsurface information.