我国海底大地电磁探测技术研究的进展

几年以前 ,我国尚未独立开展过海洋电磁探测 ,没有获取海洋岩石层电性资料的技术手段。然而 ,地下岩层的电性参数较之其他物性参数能更好地反映岩石的性质以及岩石所处的物理状态 ,因此迫切需要发展海底大地电磁探测技术。海底大地电磁探测是把仪器布置在海底 ,采集海底大地电磁场数据 ,从而研究海底以下不同深度上介质导电性的分布规律 ,达到了解地下不同深度地质情况的目的。经过两年的努力 ,我们已基本实现了海底大地电磁探测技术的研究目标     

高瓦斯面顶板走向钻孔抽放数值模拟与试验

高瓦斯矿井"U"型通风工作面采空区上隅角容易积聚瓦斯。以渗流理论为基础,根据气体扩散定律和质量守恒定律,建立了顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯流场数学模型,并用6点隐式有限差分法进行了求解。以VB6.0为平台,利用工程软件SURFER模拟了抽放钻孔周围瓦斯压力场,并在现场进行了工业试验。理论研究与现场实践均表明:顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯是解决高瓦斯工作面上隅角瓦斯积聚的一种行之有效的措施;顶板裂隙程度和状态是影响瓦斯抽放量的主要因素,将钻孔布置在适当的裂隙带中,瓦斯抽放浓度可达30%～90%,抽放负压可达50～55 kPa;数值模拟方法研究采空区瓦斯运移等工程实际问题是可行的。     

MicrOBEM:小型海底电磁接收机

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1 600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。     

海浪感应电磁场的理论计算

根据麦克斯韦电磁理论,在地磁场中运动的海水将产生感应电磁场。利用一个简单的数学物理模型对感应电磁场在海水内部的分布进行了计算,结果表明海浪产生的电磁场明显依赖于海浪波动的周期及浪高。在100 m的海水深度内,海浪产生的磁感应强度的大小为纳特数量级,而电场强度的大小为几个微伏每米。在同一海水深度处,磁感应强度随海水波动的周期呈现近线性变化,而电场强度的大小有一个极值,该极值随海水深度的增加向长周期方向移动。海浪产生的电磁场是影响海洋电磁探测数据精度的主要噪声之一。     

海底环境参数采集电路的硬件实现及其驱动软件设计

海底大地电磁探测与陆上同类探测的技术差别之一是其测量过程受环境因素的影响较大.为真实地获取海底岩石介质的电性模型, 在对海底大地电磁实测信号进行数据处理的同时, 需参考海底仪器的方位朝向、倾斜姿态等信息, 以便认识海底电磁场真实的矢量变化方向, 进而实现对整个测网多站位的统一资料解释.为达到这一目的, 海底大地电磁仪内部设有环境参数采集通道, 该通道对诸如方位、倾斜、温度等信息实施分时循环采集.电路包括PC104嵌入式计算机、多路选择开关、逻辑控制门阵列等硬件单元.在硬件架构搭建完成后, 开发出相配套的电路驱动软件, 实现对海底环境参数的实时记录与存储.近期的海洋试验效果显示, 所研制的电路硬件及其驱动软件已达到设计要求.      

青藏高原西缘壳幔电性结构与断裂构造: 札达-泉水湖剖面大地电磁探测提供的依据

青藏高原西缘札达至泉水湖剖面大地电磁探测结果表明, 研究区被雅江缝合带、班公-怒江缝合带划分为3个构造区域, 由南至北分别为喜玛拉雅地体、冈底斯地体和羌塘地体.研究区内普遍存在中下地壳高导层, 高导层的顶面埋深起伏较大, 冈底斯内的高导层埋深大, 羌塘和喜玛拉雅地体内的高导层埋深较浅.在班公-怒江缝合带南侧高导层埋深最大, 班公-怒江缝合带南北两侧高导层埋深存在一个约20km的错动.冈底斯地体内的地壳高导层呈北倾形态, 南羌塘的地壳具有双高导层.沿剖面的上地壳存在多组规模不等、产状不同的电性梯度带或畸变带, 反映了沿剖面地区的缝合带与断裂带分布情况.根据电性结构特征, 推断了雅江缝合带、班公-怒江缝合带以及龙木措、噶尔藏布等主要断裂的构造特征与空间分布.      

珠江河口悬浮泥沙遥感数据集

选择 1 995— 2 0 0 0年间NOAA系列卫星AVHRR遥感器获取的珠江口及其邻近海域可见光和近红外遥感数据 ,利用基于海面 遥感器光谱反射率斜率传递现象的悬浮泥沙遥感算法 ,建立珠江口及其邻近海域 1 5 2个时相的悬浮泥沙数据集 ,进行悬浮泥沙浓度分布和变动规律的特征累积频率悬浮泥沙浓度、均值与均方差统计。结果表明 ,珠江口河口浅滩是悬浮泥沙浓度的高值区。随着径流、潮流的相互关系的变动 ,珠江口的悬浮泥沙浓度具有明显的季节变化 ,内伶仃洋悬浮泥沙浓度季节变动幅度最大 ,而磨刀门外浑浊水体的延伸方向变动幅度最大。     

Electrical Structure and Fault Features of Crust and Upper Mantle beneath the Western Margin of the Qinghai-Tibet Plateau： Evidence from the Magnetotelluric Survey along Zhada-Quanshui Lake Profile

The magnetotelluric (MT) survey along the Zhada (札达)-Quanshui (泉水) Lake profile on the western margin of the Qinghai (青海)-Tibet plateau shows that the study area is divided into three tectonic provinces by the Yalung Tsangpo and Bangong (班公)-Nujiang (怒江) sutures. From south to north these are the Himalayan terrane, Gangdise terrane, and Qiangtang (羌塘) terrane. For the study area, there are widespread high-conductivity layers in the mid and lower crust, the top layers of which fluctuate intensively. The high-conductivity layer within the Gangdise terrane is deeper than those within the Qiangtang terrane and the Himalaya terrane, and the deepest high-conductivity layer is to the south of the Bangong-Nujiang suture. The top surface of the high-conductivity layer in the south of the Bangong-Nujiang suture is about 20 km lower than that in the north of it. The high-conductivity layer within the Gangdise terrane dips toward north and there are two high-conductivity layers within the crust of the southern Qiangtang terrane. In the upper crust along the profile, there are groups of lateral electrical gradient zones or distortion zones of different scales and occurrence indicating the distribution of faults and sutures along the profile. According to the electrical structure, the structural characteristics and space distribution of the Yalung Tsangpo suture,Bangong-Nujiang suture, and the major faults of Longmucuo (龙木错) and Geerzangbu are inferred.     

海底大地电磁数据采集器

进行海底大地电磁数据采集，需借助于专用的水下探测设备 . 虽然大地电磁测深法无论是仪器或是测量手段在陆地上的应用已较为成熟，但把该方法移 植到海洋中，还需解决一些与海洋探测有关的工程技术问题. 主要包括：水下电场信号的提 取，海底环境的监测，仪器在非实时监控运行中的纠错对策以及测量部件的密封承压等等 . 在研制海底大地电磁数据采集器的过程中，采用先进的材料工艺，高精度的电子线路，可 靠的软件编程以及牢固的器件安装结构，有效地解决了上述技术问题. 用所研制的仪器首次 在我国海域进行了探测试验.     

海底大地电磁探测的海洋试验研究

开展海底大地电磁探测需要有一套完善的海上施工方案。为解决海洋环境作业过程中遇到的工程技术问题 ,如探测仪器布放点位的选择、电路初始化设置以及设备的投放与回收方式等等 ,提出了有针对性的解决方法 :利用多波束声纳扫描和抓斗取样技术了解海底地形与底质 ;根据信号的频宽合理选取采集参数 ;研发与海上作业相关的专用硬件产品 ;用声控技术实现设备的回收等等。经过海洋探测试验 ,验证了上述方法的有效性。