时空阵列混场源电磁法理论及模拟研究

针对电磁勘探中的混场源输入条件,提出了一种时空阵列混场源电磁勘探方法.假设输入端同时包含天然电磁场源和可控人工场源,输出端进行多站同步观测;基于多输入-多输出系统的分析方法,推导了混场源条件下的时空阵列方程组.提出了系统响应的求解策略,一次性获得所有同步测道对各个场源独立激励时的响应,并分别求取了大地电磁法及可控源电磁法的各种解释参数.在此理论基础上,设计了针对性的施工方案;可控人工场源的选择形式多样,其类型、数量、激励方式及布设位置等不受限制,所有场源的激励可同时进行,无需分步;测区内各测站的布设方式灵活,可根据需要布设单分量测道或多分量测道;同时在测区外布设张量远参考站.利用数值模拟方法,论证了方法的有效性,并与常规方法进行了对比.结果表明,本方法不仅可提高人工场响应的处理精度,还具有一次野外数据采集,可同时获得天然场及人工场电磁响应结果的突出特点,进而提高采集效率,压制噪声影响;本方法集合了天然场源电磁法和人工场源电磁法的优点,为实现不同类型频率域电磁测深方法数据的统一处理提供了思路.

     

基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制

为了避免形态滤波方法在大地电磁强干扰分离中的“过处理”、进一步保留大地电磁低频段的有用信息,提出基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制方法.首先,从信号处理的角度剖析矿集区典型强干扰与天然大地电磁微弱信号之间的定量辨识关系,利用形态分形维数和形态膨胀谱熵对大地电磁信号与强干扰进行信噪辨识.然后,结合形态滤波技术和阈值法,仅对辨识出明显不是天然大地电磁信号的异常波形进行噪声压制.最后,重构大地电磁有用信号,并对算法进行性能评价.仿真结果表明,形态分形维数和形态膨胀谱熵能较好地定量辨识大地电磁信号与强干扰,大地电磁信号中一些缓变化的低频信息得到了更为精细的保留;与形态滤波整体处理相比,本文所提方法获得的卡尼亚电阻率曲线更为光滑、连续,视电阻率值相对稳定,其结果更为真实地反映了测点本身所固有的大地电磁深部构造信息.

     

基于光纤传感的石膏矿地面塌陷监测预警系统

近年来,江苏省邳州市北部石膏矿区发生了20多起采空塌陷灾害。由于传统的采空区地表土体变形监测方法均难以满足采空区地面塌陷监测超前预报的要求,为解决石膏矿区采空塌陷监测预警机制缺乏的问题,邳北石膏矿区开展了基于光纤传感技术的监测预警工作。根据前期调查分析和数值模拟等成果推导石膏矿地面塌陷机理,并采用光纤传感器对采空区上覆松散层底部含水层地下水位动态监测、深部岩土体位移监测及微震监测。在监测过程中,当水位变动幅度、岩土体位移突然超出正常波动值时或接收到较强震动信号时触发报警,在地面塌陷发生前期进行有效的预警,为防灾减灾工作提供充足的准备时间。通过监测预警工作的实施,验证了这些监测预警手段的有效性,可以为矿区地面塌陷地质灾害的监测、预报以及防治提供数据基础与科学依据,也可为石膏矿和其它类似条件的地面塌陷地质灾害防治和监测预警工作提供参考。     

矿集区大地电磁强干扰类型分析

根据安徽庐枞大地电磁资料,研究了各种干扰噪声对大地电磁测深资料影响的特点,并对几种常见的噪声干扰信号进行了频谱分析,展示了相关干扰信号的时间序列特征和典型视电阻率—相位曲线,将影响大地电磁测深资料的噪声干扰分为工频干扰噪声,地质噪声和其他外界、观测系统不稳定造成的干扰噪声,它们分别来自不同的场源.分析结果表明,地质噪声一般影响全频域,近场干扰主要影响高频的有限频率,而大功率用电系统的不稳定则主要影响低频.最后提出了消除或降低各种噪声干扰的一些建议.     

苏尼尔水文站气象要素对比分析

根据苏尼尔水文站新气象站与原气象站2007年10月—2008年9月的气温、降水量、水面蒸发量等同期观测资料,分析了各气象要素随位置及地形的变化特征。结果表明,气温随高度升高而降低,降水量随高度升高而增大;新气象站位于苏尼尔河出山口,受地形因素影响,风速相对较大,大风出现频次高,蒸发量较大,大多数月份没有出现蒸发量随高度升高而减小的变化趋势。     

天然气水合物实验探测和测试技术

在多孔介质中进行天然气水合物实验,必须选择实用又有效的探测技术。重点介绍超声、电阻和时域反射(TDR)3种探测技术在水合物实验中的应用情况。近年来现代分析测试技术的引进,使得水合物的研究更加精细和直观。简要介绍激光拉曼光谱(LRS)、核磁共振(NMR)、X射线衍射(XRD)、X射线计算机层析扫描(XRCT)和高压差示扫描量热(DSC)等分析测试技术在水合物上的应用。     

甘肃北山晚古生代花岗岩体内基性岩墙群弧形展布的成因及其构造意义

在甘肃北山一个东西向展布、椭圆状的晚古生代花岗岩体内主要发育着3期岩墙群,其中中期基性岩墙群最密集,呈现出弧形展布的特征,在该侵入体北部呈北北东向趋势,向南逐渐偏转为北北西向。关于中期岩墙群弧形展布的原因有两种可能的解释,即：纵弯褶皱和应力场扰动。野外观察不支持第一种解释,因为在岩墙或围岩内都没有观察到与褶皱有关的变形构造。本文利用Poly3D软件模拟了近东西向隐伏断层活动对上覆应力场的扰动。计算结果表明,当北北西—南南东向的区域性拉张叠加上沿着隐伏断层发生不协调的右行走滑时,水平大主压应力迹线在隐伏断层上方出现类似的弧形展布。这意味着稍早的花岗岩侵入体冷凝冷却并没有完全焊接地壳内一些大尺度断层,地壳断块的相对独立活动可以造成沿着这些断层发生与区域变形场不协调的右行走向滑动,进而形成岩墙群弧形展布所需要的地应力场。     

航空瞬变电磁法一维正反演研究

优化了航空瞬变电磁法一维正演算法,采用新的汉克尔变换系数,理论上提高了正演的精度.提出了航空瞬变电磁法一维反演算法——模型交替调整反演算法,阐述了该算法的原理和计算方法,编写出反演程序,以已知模型正演响应作为实测数据,对若干典型模型进行了反演计算,取得了较理想的反演效果,与Zohdy法相比,该方法有更高的精度.     

三维直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟

为解决传统有限元截断边界所引起的问题,本文提出了一种新的三维直流电阻率有限元-无限元耦合数值模拟方法.首先推导了无限元三维单元映射函数,然后提出了一种全新的最优的无限元形函数并与多种其他形函数进行了对比,随后将其与非结构化四面体有限元相结合,取代了传统的混合边界条件,使得电位在无限域内连续并在无限远处衰减为零,最终形成的左端矩阵稀疏对称并与场源位置无关.数值计算表明,该方法可以在近似测区大小的计算范围内得到与混合边界条件相当的计算精度,优于相同计算范围下齐次边界条件的解,有利于减少计算节点数;由于左端矩阵不随场源位置改变,有利于加速反演计算.     

基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟

在准静态近似条件下,采用矩形网格单元和双二次函数插值就频率域二维线源边值问题进行了有限元数值模拟。在二维地电条件下,给出了边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成,最后通过求解复系数方程组得到了地表视电阻率响应。引入伪delta函数模拟线源,消弱了源带来的奇异性。通过与均匀大地以及层状介质模型的解析解对比,平均相对误差分别为0.71%和1.12%。建立了两个异常体模型,数值模拟表明异常响应比较明显,为进一步实现三维可控源电磁法有限元数值模拟提供了基础。