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.

     

西藏羊八井地热田SOTEM探测及热储结构分析

西藏羊八井地热田是世界上著名的高温地热田, 历经四十多年的开发利用, 浅部地热资源日趋萎缩, 亟需开发深部高温地热资源来维持地热发电或新增装机容量.深刻了解断裂分布特征、地热流体的升流通道, 对于开发深部高温地热资源具有十分重要的意义.我们在羊八井地热田实施了6条电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)探测剖面, 通过反演获得了2 km深度范围内地层的电性结构.结合现有的构造地质、地球物理、地球化学、钻孔测温等资料, 取得了如下新认识: (1)确认F14断裂是地热流体从地热田北区向南区运移的主通道; (2)深部地热流体的上升通道出现在北区硫磺沟, 中尼公路附近下伏渗透性较差的基岩阻挡着地热流体在深处从北区向南区的侧向流动; (3)南区深处存在一个富水区, 汇聚着来自唐山的大气降水和冰雪融水, 与正在开采的浅层热储水力联系较弱; (4)在南区实施尾水回灌, 难以实现维持热储压力、延长地热田开采寿命的目的.

     

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。     

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.     

地-空瞬变电磁法电阻率成像研究与应用

地-空瞬变电磁法（Semi-airborne transient electromagnetic,SATEM）凭借适应能力强、探测深度大、实时性强等特点,适用于湖泊、沼泽、山区等地形复杂地区观测.SATEM接收数据量大、精度要求高,传统成像方法基于地面视电阻率计算未考虑飞行高度,开展SATEM的高精度快速成像研究对实际运用有重要作用.针对SATEM中电性源发射装置感应电流分布,接收装置设置于空中以及两者不在相同平面的特点,本文考虑横向、纵向感应电流差异,飞行高度对视电阻率影响等因素,提出电性源SATEM电阻率成像方法.首先,基于电性源瞬变电磁场感应电流分布特征及各分量空间分布、扩散特性分析,推导出基于均匀半空间磁场与感应电压解析解,然后定义了电性源地-空瞬变电磁法早期、晚期、全期视电阻率;最后根据对感应电流分布分析定义了横向分量和纵向分量的成像深度,并研究了成像深度受飞行高度、发射磁矩、偏移距、偏移角度的影响;对煤炭采空区的实测结果表明,利用本文提出的电阻率成像方法可以更加精确定位目标体位置.

     

SOTEM一维等效源反演方法

电性源短偏移距瞬变电磁法( SOTEM)是一种探测深度大、精度高的瞬变电磁工作形式,一维反演是目前SOTEM数据处理解释的主要手段。从电性源瞬变电磁场的扩散理论出发,研究了针对SOTEM的一维等效源反演方法。研究表明,传统的等效源反演方法对于实施近源观测的SOTEM并不完全适用,在早期会造成反演电阻率严重偏离真实值的情况。针对上述情况,提出了采用全期视电阻率进行校正的方法。理论模型的计算和河北某金矿的实际应用表明,经过校正后的反演算法在全期内都能很好地反映地层的真实电性分布。     

瞬变电磁采样函数优化法降噪技术

常用的双极性同步采样方法对瞬变电磁系统的观测噪声具有一定的抑制作用,但在实际工作中其噪声抑制能力仍显不足.本文在双极性同步采样方法基础上提出一种优化方法,以提升瞬变电磁系统的噪声抑制能力,即：通过对取样道加高斯窗函数的方式,赋予取样道内各采样点合适的累加权重,提升系统对取样道内高频噪声的抑制能力;使用高斯窗函数与梳状滤波器构造复合窗函数,通过对包含所有叠加周期的完整观测序列加复合窗函数的形式优化各周期的叠加权重,提升系统对实际工频噪声的抑制能力.对优化前后不同采样函数的谱特性及野外实测数据的处理效果进行比较,结果表明本文提出的方法较传统双极性同步采样方法具有更强的噪声抑制能力.

     

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.     

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。     

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.