LC型微机电法勘探系统进行瞬变电磁法的探测能力

理论研究表明:(1)瞬变电磁(TEM)测深能探测在一个扩散深度复盖层下面的隐伏不均匀体;(2)测量感应电压的常规近区TEM测深,其探测深度与场源量(I·A)和大地电阻率ρ(1/σ)的1/5次幂成正比,与噪声水平(ηv)的1/5次幂成反比。根据上述结论表达式,计算了LC型微机电法勘探系统(以下简称为LCPS)的16个采样时间的探测深度(ρ_效变化),归纳了LCPS的最小探测深度随ρ_效的变化情况;计算了正方形回线大小不同,发射电流不同、ρ_效不同以及ηv不同的最大探测深度,具体分析了影响最大探测深度的因素,从而对LCPS的探测能力进行了探讨,并通过实例计算说明。     

基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演

各向异性介质对大地电磁观测数据的影响往往不可忽略,因此需要提高大地电磁各向异性三维反演的可靠性和有效性.为了满足大地电磁各向异性三维反演的需求,本文研究了一种基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演算法.根据大地电磁平面波理论假设,正演方程采用背景场与二次场分离的计算方式,二次场利用交错网格有限差分法求解.由于各向异性反演的多解性,本文将各向异性介质简化为主轴各向异性,并在此基础上进一步采用有限内存拟牛顿LBFGS法实现三维各向异性反演.为了提高各向异性反演的分辨率,反演目标函数中引入交叉梯度项,利用先验的结构信息,对三个方向的电阻率参数进行结构约束,最终的反演进一步利用MPI（Message Passing Interface,消息传递接口）技术实现分频并行计算,测试结果显示并行接近线性加速比.

     

考虑关断时间的回线源激发TEM三维时域有限差分正演

从麦克斯韦旋度方程出发可以直接导出瞬变电磁场扩散方程,然而扩散方程不含电场对时间的一阶导数,不能构成显式的时域有限差分方程,借鉴du Fort-Frankel有限差分离散方法引入虚拟位移电流项构建显式时域有限差分方程.对Wang和Hohmann的经典时域算法进行了两点改进:第一,通过将矩形回线源电流密度加入麦克斯韦方程组的安培环路定理方程,实现回线源瞬变电磁激发源加入;第二,在计算中考虑关断时间.第一点改进使时域有限差分方程考虑了一次场的计算,并且源的计算不再依赖均匀半空间模型响应作为初始条件,使算法能够适应表层电阻率不均匀时的三维复杂模型.由于实际观测中不可能出现阶跃电流的关断形式,第二点改进可以方便设置发射电流下降沿.采用改进的三维时域有限差分正演算法对均匀半空间模型、四类三层模型、均匀半空间中含有低阻块体模型进行了计算并分别与解析解、线性数字滤波解、积分方程解和Wang的三维时域有限差分解进行了对比验证.以H模型为例,采用建立的三维时域有限差分正演算法计算了不同关断时间的斜阶跃脉冲回线源瞬变电磁中心点感应电动势衰减曲线.以实际地质资料为基础,构建包含两层采空区的三维复杂模型,以1 μs的极短关断时间进行了复杂模型定回线源瞬变电磁响应计算,并计算了该复杂模型的视电阻率曲线.     

甚低频电磁法龙头山银铅锌矿床勘查中的应用

随着找矿、勘探与开发生产实践的不断深入,表露矿与浅部矿渐趋减少,找矿难度逐渐增大,找到一种简捷、迅速的勘查、探矿方式,迫在眉睫.根据实践证明,甚低频电磁法是较为理想的选择.在运用甚低频电磁法时,通过对所测数据进行Fraser滤波等技术处理,并且结合矿区地质研究控矿规律及矿体赋存规律,从而有效地圈定掩盖区异常地质体及其产状和展布方向,预测矿体空间赋存部位,为深部找矿提供依据.     

瞬变电磁法的探测深度问题

用解析分析、时域有限差分、时-频分析的方法,以地面中心回线装置和阶跃脉冲激励源为例,分析讨论了瞬变电磁测深法的勘探深度问题,以便为野外勘探工作设计提供依据,达到预期的探测目的.解析计算证实了瞬变场在地下以有限速度传播,数值模拟表示出了准静态条件下瞬变场的反射.研究结果表明,由于时间域电磁场遵循因果律,瞬变电磁法的探测深度主要由观测时间决定. 瞬变电磁场的初始传播速度与大地电阻率无关,继后在大地色散作用下,阶跃脉冲前沿逐渐变得平缓,各频率分量的传播速度与电阻率有关,在低阻地层中探测同样的深度需要较长的观测时间. 最大探测深度是在给定时间内电磁波往返地下某一深度的单程距离,最小探测深度受仪器性能的限制,但是埋藏较浅的异常体也有可能在晚时段被观测到.从时-频密度谱中可得到瞬变电磁场信号时间与频率的关系.     

电导率各向异性的海洋电磁三维有限单元法正演

本文提出了一种基于非结构化网格的海洋电磁有限单元正演算法.为了回避场源奇异性, 文中选用二次场算法, 将背景电阻率设置为水平层状且各向异性, 场源在水平层状各向异性介质中所激发的一次场通过汉克尔积分得到.基于Coulomb规范得到二次矢量位和标量位所满足的Maxwell方程组, 通过Galerkin加权余量法形成大型稀疏有限元方程, 采用不完全LU分解(ILU)预条件因子的quasi-minimum residual(QMR)迭代解法对有限元方程进行求解得到二次矢量位和标量位; 进而, 利用滑动平均方法得到二次矢量位和标量位在空间的导数, 由此得到二次电磁场; 通过一维模型对算法的可靠性进行验证, 与此同时, 针对实际复杂海洋电磁模型, 比较有限元模拟结果与积分方程模拟结果, 进一步验证算法精度.若干计算结果均表明, 文中算法具有良好的通用性, 适用于井中电磁、航空电磁, 环境地球物理等非均匀且各向异性介质中的电磁感应基础研究.     

Research of the Conductive Structure of Crust and the Upper Mantle beneath the South-Central Tibetan Plateau

With the super-wide band magnetotelluric sounding data of the Jilong (吉隆)-Cuoqin (措勤) profile (named line 800) which was completed in 2001 and the Dingri (定日)-Cuomai (措迈) profile (named line 900) which was completed in 2004,we obtained the strike direction of each MT station by strike analysis,then traced profiles that were perpendicular to the main strike direction,and finally obtained the resistivity model of each profile by nonlinear conjugate gradients (NLCG) inversion. With these two models,we described the resistivity structure features of the crust and the upper mantle of the center-southern Tibetan plateau and its relationship with Yalung Tsangpo suture: the upper crust of the research area is a resistive layer with resistivity value range of 200-3 000 ?·m. The depth of its bottom surface is about 15-20 km generally,but the bottom surface of resistive layer is deeper in the middle of these two profiles. At line 900,it is about 30 km deep,and even at line 800,it is about 38 km deep. There is a gradient belt of resistivity at the depth of 15-45 km,and a conductive layer is beneath it with resistivity even less than 5 ?·m. This conductive layer is composed of individual conductive bodies,and at the south of the Yalung Tsangpo suture,the conductive bodies are smaller with thickness about 10 km and lean to the north slightly. However,at the north of the Yalung Tsangpo suture,the conductive bodies are larger with thickness about 30 km and also lean to the north slightly. Relatively,the conductive bodies of line 900 are thinner than those of line 800,and the depth of the bottom surface of line 900 is also shallower. At last,after analyzing the effect factors to the resistivity of rocks,it was concluded that the very conductive layer was caused by partial melt or connective water in rocks. It suggests that the middle and lower crust of the center-southern Tibetan plateau is very thick,hot,flabby,and waxy.     

海底MT信号采集电路的设计

设计海底大地电磁信号采集电路，需考虑海底信号特征、海上作业以及海底环境等各种因素。分析表明，除遵循电路设计的一般原则外，海底大地电磁测量要重点解决微弱信号检测、智能化数据采集、海底环境监测和同步记录等4个方面的问题。在设计方案中，电路灵敏度达到微伏级；使用嵌入式计算机实现采集控制；对方位、倾斜、振动、温度等参数进行巡回记录；仪器的时钟精度精准到微秒。所研制的电路经过了室内模拟测试和海洋试验。首次采集到中国海域的大地电磁数据。     

滇西南地区南汀河断裂带三维深部电性结构及其孕震环境

南汀河断裂带为滇西南地区活动断裂体系中规模最大的一条北东向断裂,其构造活动及地震危险性一直备受关注.本文基于覆盖云南境内南汀河断裂带的大地电磁测深宽频带阵列数据,利用大地电磁三维反演解释技术,首次获得了南汀河断裂带的精细三维深部电性结构.在上地壳深度,南汀河断裂带西南段与中段的电性结构表现出沿构造走向的高导条带特征,北东段表现为高阻结构.该高阻结构可能为临沧—勐海花岗岩体的电性反映,指示南汀河断裂可能未切穿该花岗岩带.在中下地壳深度,南汀河断裂带西南段存在大范围高导层,北东段则表现为整体性的高阻地壳,因此南汀河断裂北东段可能具有发生强震的介质结构背景.南汀河断裂带西南段的耿马地震区深部呈现北东向与北北西向的"X"型高导构造样式,该高导结构以南存在一个显著高阻异常体,1988年耿马MS7.2地震以及2015年沧源MS5.5级地震均发生于该高阻体与"X"型高导条带的电性边界.青藏高原东南缘绕东构造结流入滇西地区的中下地壳流可能受到南汀河断裂北东段中下地壳高阻体的阻挡而呈分流式分布于保山地块以及澜沧江断裂以东.     

隧道强干扰环境瞬变电磁响应规律与校正方法:以TBM为例

以隧道掘进机（Tunnel Boring Machine,TBM）为例模拟了隧道强干扰环境下,瞬变电磁超前探测的响应曲线,系统分析了异常体（以直立充水断层为例）与掌子面距离、围岩电阻率差异、TBM长度、异常体规模等条件下的曲线特征和影响规律,发现TBM干扰源表现为低电阻率目标特征,其影响主要集中在早期,对于电性差异较大或目标规模较大的低电阻率异常（充水断层）模型能够明显地通过衰减曲线区分.根据电磁场叠加原理,将隧道腔体中包含TBM模型的响应减去纯隧道腔体响应可以获得TBM的响应信号,以此作为干扰背景,从实际包含TBM和充水断层的隧道模型总响应中减除,获得去除TBM干扰的响应信号.通过8组算例进行对比,发现经过校正的衰减曲线与模型计算曲线吻合较好,视电阻率曲线差异相对较小,能够表现探测区域的电性分布情况,确认该方法在不同情况下的适用性.即使在TBM响应计算时给定背景电阻率与实际电阻率差异达到100%的情况下,依然能够通过校正获得合理的响应信号和视电阻率曲线.该方法不仅仅适用于隧道环境,对于其他诸如地面、航空、半航空、海洋瞬变电磁勘探同样适用.