电性源地-井瞬变电磁法全分量响应特性与探测能力分析

结合地面电性源瞬变电磁法（TEM）探测深度大和地-井TEM探测精度高的优点,本文提出对电性源地-井TEM进行研究.基于一维正演理论,本文对电性源在地下激发的六个电磁场分量的扩散、分布特性和探测能力进行分析研究.研究结果表明地下瞬变场各分量的分布特征与地面情况类似,但是对地层的探测能力与地面情况存在较大差别.各分量的探测能力与它们的扩散特性有关,其中受积累电荷作用,垂直电场Ez和水平磁场Ḣx分量对目标层的反映最为明显,Ex和Ḣy分量在地下扩散时受"返回电流"的影响会出现变号现象,使得异常体带来的影响被掩盖,不易被分辨.本文研究结果为发展电性源地-井TEM的施工技术、数据处理与解释,建立了相应的理论基础,获得了对该方法的初步认识.     

接地导线源电磁场全域有效趋肤深度

为了更好地推进广域电磁法的发展和应用,本文以接地长导线源为例,研究了可控源电磁场全场域的有效趋肤深度.利用频域电偶极源在均匀半空间产生电磁场的闭合表达式,计算了不同电磁场分量定义的有效趋肤深度,并讨论了在不同频率、不同偏移距、不同电导率情况下,有效趋肤深度的变化特性.根据有效趋肤深度随偏移距的变化特征以及与平面波趋肤深度之间的关系,利用多项式拟合的办法在五个不同频率范围内给出了适用于全场域的有效趋肤深度快速估算公式.研究结果表明：不同分量定义的有效趋肤深度是不同的,但是它们随偏移距、频率、电导率等参数的变化趋势是类似的,而且在一定范围内都趋近于平面波趋肤深度.理论模型的研究表明,有效趋肤深度可以作为测量参数选取和数据解释工作的参考依据.     

瞬变电磁虚拟波场的三维曲面延拓成像

根据瞬变电磁场扩散方程与波动方程间存在的数学对应形式,将已知瞬变电磁场数据转换为虚拟波场数据,在此基础上,提出了用克希霍夫积分法将所转换的波场从地面向地下反向延拓的方法.在延拓的数值计算中,为提高计算效率,采用三维边界元技术,把边界积分分解为诸三角单元积分的积分之和, 建立了曲面延拓方程式;通过地面测点的波场值,求出地下某一点的波场值,实现了地表为曲面的向下延拓成像计算.通过对理论模型计算和实际资料处理,证明了该方法可以增强瞬变电磁法识别地下电性分界面的能力,使瞬变电磁法对地下目标体的三维精细探测成为可能.     

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。     

利用极化率参数监测煤矿滞后突水的可行性

煤矿工作面底板下方隐伏断层、陷落柱等小尺度地质构造不仅难以识别,而且在采动影响下,还将进一步发育,形成潜在的隐伏导水通道,容易发生滞后突水.本文提出通过实时监测极化率参数的变化实现对由小规模地质构造引起的煤矿滞后突水预警.采用三维激发极化法装置形式,利用理论分析、数值模拟和物理模型实验相结合的方法,发现采空区底板下陷落柱构造突水过程中极化率参数变化规律.随着水位上升,异常区极化率逐渐增大,异常位置更加明显,可根据极化率参数的极大值点的位置,通过交汇作图方法确定构造异常体中心的平面位置,可根据极化率参数值大小变化监测其水位变化.结果表明通过对极化率参数的监测,对隐伏构造突水过程进行及时预警具有可行性.

     

用线性规划法求解瞬变电磁场反射系数

讨论了在水平层状介质中的反射系数的物理意义 ,推出时间域含有以反射系数序列为未知项的欠定方程组 ,提出用线性规划法求解瞬变电磁场反射系数序列 ,并给出求解思路和程序框图。对两个理论模型进行了处理 ,计算出了其反射系数。算例分析结果表明 ,算法可靠 ,程序可行。这一方法可用于瞬变电磁成像数值计算中。     

电性源瞬变电磁响应计算中的误差研究

电偶源瞬变电磁测深具有工作效率高,对地电断面分辨能力强的特点,越来越受到地球物理学家的关注。但在电偶源测深时直接将具有一定长度的接地导线看作偶极子源会带来一定的计算偏差,影响了探测精度。偶极子响应近似解与精确解存在一定的误差,这里分析这些近似可能带来的计算误差。时域与频域的转换过程在目前的数值计算手段下还无法做到完全的无误差,通过均匀半空间下的场值响应解析解和采用目前常用的线性数字滤波方法计算的均匀半空间的场值响应进行对比,分析使用数值计算方法计算层状介质场值响应可能存在的计算误差。同时,在常规电偶源测深时,往往采用远区场计算公式,以满足偶极子近似的条件。远区场公式的推导过程中存在着幂级数展开的近似,通过对各展开项的分析,指出该近似过程可能得到的计算误差,最后,针对各种计算误差的存在,提出了新的研究方向和思路。     

大回线源瞬变电磁技术在西藏山南地区探矿中的应用

对大回线源瞬变电磁非中心点场和中心点场响应进行对比讨论,认为核函数具有相似的函数形态和函数性质,因此对于非中心点各分量也可以表示成与中心点垂直分量类似的多项式形式,采用待定系数法,完成视电阻率定义,通过模型检验认为方法可行,结果可靠.使用这一技术时西藏山南地区的帕南、努日等两个矿区进行探测,解释结果与钻探验证一致,取得...     

瞬变电磁法拟地震成像研究进展

瞬变电磁法是工程地球物理勘察中应用较多的一种勘探方法之一,瞬变电磁法拟地震成像方法研究是当前电磁探测理论与应用研究的热门.文中详细叙述了瞬变电磁法拟地震成像的两种不同思路,一种是建立时间—频率转换经验公式,把TEM数据转换成平面波数据,借鉴大地电磁法拟地震解释思路进行成像,另一种是通过积分变换,把扩散场变成虚拟波场,把电磁衰减信号变成拟地震子波,然后按照地震解释法进行解释,并分析了各自存在的的问题.指出下一步研究的方向.     

瞬变电磁法三维模拟计算研究进展

瞬变电磁法应用于矿产资源、环境工程等领域.目前主流的瞬变电磁三维正演模拟方法包括积分方程法、有限差分法、有限体积法和有限元法.随着观测环境的复杂化以及探测精度要求的提高,有必要研究瞬变电磁法高精度三维模拟计算,以便推动数据处理解释方法的进步.本文系统介绍了瞬变电磁三维正演计算研究进展,分析了准静态差分方程的构建和发射源...