瞬变电磁传感器阻尼特性的标定研究

传统瞬变电磁法（TEM）认为临界阻尼匹配时传感器响应快、无振荡,为最佳匹配方式.本文通过建立基于标定环的TEM系统标定模型,理论证明当略欠阻尼匹配时传感器响应最快、时域畸变最小,为最佳匹配方式.本文采用基于实测数据的背景场剔除方法将一次场和大地响应剔除,通过对不同阻尼状态下标定环早期响应畸变的定量评价,实验证明传感器在略欠阻尼匹配状态下二次场响应畸变最小.本文理论和标定实验均证明,在纯二次场观测方式下,采用略欠阻尼匹配方式能够显著降低早期响应畸变、提高系统浅层探测能力,是浅层探测时传感器最佳匹配方式.     

瞬变电磁场资料的联合时-频分析解释

本文充分利用瞬变电磁（TEM）信号包含的信息,采用联合时-频分析方法解释了TEM资料。文章选取了Wigner-Ville分布和Gabor展开的联合时-频分布（或表示）,将一维时间域信号拓展到时-频二维平面上,不仅将不同地电断面的响应成功地分开来,而且所显示的信号特征与地层电性结构之间有着明确的物理意义,从时间和频率两个方面同时描述了瞬变涡流场在地层中的激发和衰减的过程。利用时间窗数据和频率窗数据所进行的联合时-频反演,缩小了拟合差,提高了定量解释精度。     

北京地区Pi2脉动和地磁AE指数的关系

分析了北京地区1998年1月1日至3月26日和4月24日至6月13日共136天记录的Pi2脉动事件特性,并与同时期亚暴AE指数进行了对比.结果发现,在北京地区越靠近日侧,观测到的Pi2脉动事件越少,幅度也越小.并不是每次亚暴都能激发空腔振荡模,亚暴强度的增加也并不代表空腔振荡模产生概率的增加.随着亚暴AE指数的增大,Pi2脉动的平均幅度基本上也在增大.但也有例外,可能是由于北京观测地点距离亚暴电流楔位置较远造成的.北京地区的Pi2脉动可以发生于亚暴的整个过程中,从AE指数开始增长期间（亚暴增长相）,一直到亚暴AE指数恢复正常（亚暴膨胀相后期）.某些亚暴没有对应着Pi2脉动事件,其AE指数从小于200nT一直到800nT以上.从观测数据来看,北京地区虽然纬度分区在低纬区域,但其Pi2脉动的特性与中纬Pi2特性更为靠近.所以不宜用北京地区Pi2来预报亚暴,以避免误报和漏报.     

发射电流波形对瞬变电磁响应的影响

本文研究了不同发射电流波形对瞬变电磁(TEM)响应的影响,利用自由空间中回线作为目标体,推导出方波、梯形波、半正弦波、三角波激励的响应.研究表明:对于低电导率目标体,同种波形激励的响应在有发射电流期间(on-time)与无发射电流期间(off-time)的幅度相近,四种波形中方波激励响应最强.由于off-time采集可以获得更高的信噪比,因而探测低电导率目标体时一般采用方波激励,采集off-time信号.对于高电导率目标体,off-time响应幅度随电导率增加而迅速下降,而半正弦与三角波激励的on-time响应幅度基本不随电导率变化,因而航空TEM可以采用半正弦与三角波进行on-time采集,并通过适当地提高激励电流的基频,以提高信噪比与空间分辨率.     

低阻区利用地回路标定航空TEM系统的理论研究

本文针对吊舱式航空TEM系统,建立了基于地回路的系统参数标定模型,并分别计算了自由空间模型响应(TLR)、均匀大地模型响应(TER)、地回路与大地耦合模型响应(TELR和TLER).由于TER响应表现为幅度沿测线不变,据此提出通过增加拟合参数的方法实现系统标定,消除了TER响应对标定的影响.TELR和TLER早期响应具...     

Instantaneous deformation from continuous GPS: contributions from quasi-periodic loads

Continuous GPS (CGPS) coordinate time-series are known to experience repeating deformation signals with seasonal and other periods. It is unlikely that these signals represent perfect sinusoids with temporally constant amplitude. We develop an analysis method that accommodates temporal variations in the amplitudes of sinusoidal signals. We apply the method to simulated coordinate time-series to numerically explore the potential consequences of neglecting decadal variation in amplitude of annual motions on the residual-error spectra of CGPS measurements, as well as potential bias in estimates for secular site velocity. We find that secular velocity bias can be appreciable for shorter time-series, and that residual-error time-series of longer duration may contain significant power in a broad band centred on semi-annual frequency if temporal variation in the amplitude of annual motions is not accounted for in the model used to reduce the observations to residuals. It may be difficult to differentiate the bandpass filtered signature of mismodelled loading signals from power-law noise, using residual-error spectra for shorter time-series. We provide an example application to a ∼9-yr coordinate time-series for a CGPS station located in southern California at Carbon Creek Control Structure (CCCS), which is known to experience large amplitude seasonal motions associated with the Santa Ana aquifer system.     

阻尼系数对瞬变电磁观测信号的影响特征

通过对瞬变电磁接收线圈等效电路的深入分析,研究了接收系统分布参数与阻尼系数之间的关系,研究了不同阻尼系数瞬变电磁接收系统的性能特征：幅频特性、截止频率、冲激响应及阶跃响应,探讨了接收系统对地下地质体瞬变响应信号的影响特征,最后给出了实时计算临界阻尼电阻的方法.     

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.     

Quantifying the effect of in-stream rock clasts on the retardation of heat along a stream

With the introduction of Distributed Temperature Sensing (DTS) into the field of hydrology, temperature has become a powerful tracer in both space and time. However, the interpretation of the observed temperature signal is often not straightforward due to its non-conservative behavior. The objective of this research is to explore and quantify the retardation of heat along a small first order stream, with the long-term objective of identifying different runoff mechanisms by using heat as a tracer.