回线源三维地—井瞬变电磁法FDTD数值模拟

采用时域有限差分方法(FDTD),以回线源作为激发源.对均匀半空间和垂直断层面进行正演模拟.分析得出:在均匀半空间中,随观测时间延迟,感应电位先增大后减小,响应极大值向下移动;瞬变场在垂直断层面产生突变,在曲线上表现为峰值,低阻体产生响应直观明显,而高阻体响应无变化;对含有低阻体垂直断层面进行正演模拟,异常响应随断层面两侧异常体的电阻率比值增大而增强,识别能力强.研究结果为定性解释地—井瞬变电磁法异常和判断断层面提供参考依据.     

瞬变电磁法找水研究

本文用基于张量格林函数的体积分方程法对层状地层中三维溶洞模型进行了瞬变电磁响应的正演模拟,考察溶洞中从不含水到水量逐渐增加时瞬变电磁法对含水层的分辨能力.模拟结果表明,地层不含水时,瞬变电磁法对高阻的溶洞的分辨能力较弱;当溶洞中含水量不同时,瞬变电磁法会有不同程度的显示,水量越多,异常越明显.结果一方面证明瞬变电磁法对高阻体的分辨能力不及低阻体,另一方面说明瞬变电磁法对地下水的探测能力比较灵敏,可以胜任找水的工作.也说明TEM方法不但可以用于找水,还以用于地下水水位的动态监测.     

轴向各向异性地-井瞬变电磁三分量响应特征

基于三维时域有限差分算法,引入电导率张量构建控制方程,采用空间上后向差分、时间上中心差分进行离散,以电流密度的形式加入安培环路定理实现电流源的加载,通过轴向各向异性三维瞬变电磁正演研究地层电导率轴向各向异性对地-井瞬变电磁(BHTEM)三分量响应的影响规律。同时,与各向异性半空间模型一维解析解对比验证算法的准确性,然后建立各向异性三维模型并计算其回线源地-井瞬变电磁三分量响应特征。结果表明:在地表激发条件下,水平轴电导率各向异性对地-井瞬变电磁三分量响应的影响大于垂直轴电导率各向异性; x轴各向异性对B_y/t分量响应影响大于y轴各向异性,y轴各向异性对B_x/t分量响应影响大于x轴各向异性。研究成果为地-井瞬变电磁各向异性数据解释提供指导,也为地-井瞬变电磁各向异性反演奠定基础。     

瞬变电磁信号的分形特征及其应用

在关联维数的基础上,对局部导体的瞬变电磁法信号分形特征进行了研究.瞬变电磁响应电位异常(包含有一定干扰)有明显的分形特征;对尺度ε的选取进行了讨论,应根据瞬变电磁异常响应的分形体特点进行细致分析,才能得出尺度ε的合理取值范围.实际应用结果表明,利用分形理论解释瞬变电磁资料,可为减少成果解释的多解性提供帮助.     

矿井瞬变电磁法探测中低阻屏蔽层影响物理模拟研究

基于＂烟圈＂效应理论和物理模拟相似性准则,对井下瞬变电磁法沿探测方向上存在多个低阻体时,物理模拟浅层低阻屏蔽体瞬变电磁响应特征。模拟结果表明,在沿探测方向上浅部存在低阻体或低阻薄层时,深部低阻体的瞬变电磁响应会受到表层的低阻屏蔽而被压制或掩盖,在感应电位多测道剖面图上表现为单一低阻体的响应形态及规律,使得隐伏在浅部低阻干扰体背后的目标体难以识别和分辨。矿井瞬变电磁法在实际探测中应尽可能避开巷道附近存在低阻体或低阻岩层位置,避免无法识别远处低阻目标体响应特征。     

瞬变电磁法在探测煤矿采空区及其积水区的应用

瞬变电磁法是目前工程勘察中应用较广的物探方法之一。该方法观测纯二次场,故分辨率高,可分辨出地下规模较小的不均匀体,尤其对低阻地质体反应灵敏。在山西七岭煤矿边界老窑采空区探测中,基于采空区及其积水区与完整围岩在视电阻率值上的明显物性差异,利用瞬变电磁法在视电阻率值上的相对低阻异常来圈定采空区及其积水区,为准确划分煤矿采空区及其积水区的位置提供依据。     

巷道对全空间瞬变电磁场影响的边界元数值模拟

巷道空间对全空间瞬变电磁场的影响特征是矿井瞬变电磁法中尚未妥善解决的理论问题.从电磁场满足的麦克斯韦方程组和边界条件出发,推导洛伦兹规范和库伦规范下位函数满足的控制方程和边界条件,作为含三维巷道全空间水平层状介质模型的边值问题.用边界元法模拟了含巷道的典型3层地电模型的瞬变电磁响应特征,分析了有无巷道时视电阻率的变化规律及模型参数的变化对巷道响应特征的影响规律,提出了改变巷道所在层参数时巷道影响变化最大,即巷道围岩介质导电性是决定巷道影响大小的最直接因素的观点.结果表明:巷道空间的存在使得视电阻率值发生显著变化,与无巷道时相比其值变大,巷道影响大小介于1.0~2.5之间;当发射源放置在巷道底板上时,底板岩层的电阻率越小,巷道影响变化越大,顶板岩层电阻率所引起的巷道影响变化最小.研究结果为进一步建立巷道影响校正算法提供了理论依据.     

近地表空间梯度瞬变电磁粒子群优化反演研究

空间梯度瞬变电磁测量方法利用以发射线圈为对称平面的两个同规格接收线圈信号相减,消除了一次场互感影响,使得早时段瞬变电磁响应得到精确测量,为近地表电性结构层探测提供技术支持。瞬变电磁法一维正演理论研究表明:相比于重叠回线装置,空间梯度瞬变电磁观测模式在早时段(1 ms内)记录具有优势,对近地表30 m深度范围内的介质地电参数变化反映更为灵敏。为实现近地表空间梯度瞬变电磁高精度反演,提出一种基于反向学习策略的自适应混沌粒子群算法(OBL-ACPSO)。利用该算法对理论模型的无噪和含噪瞬变电磁数据进行反演,结果表明,改进的算法显著提高反演精度,抗噪性能突出,为近地表空间梯度瞬变电磁数据的快速反演解释提供了新算法。     

瞬变电磁法在探测煤矿采空区中的应用

瞬变电磁法是目前工程勘察中应用较广的物探工作方法之一。该方法观测纯二次场,故分辨率高,可分辨出地下规模较小的不均匀体,尤其对低阻地质体反应灵敏。采空区地层有其独特的地电特征,可以利用瞬变电磁法进行探测。笔者将瞬变电磁法用于新汶某煤矿边界老窑采空区探测及河北某城镇采空区圈定,均取得良好的效果。     

积分方程法模拟层状介质中薄板的瞬态响应

瞬变电磁法高维正反演技术发展缓慢,主要是由于正演方法不够成熟,计算速度慢,精度低,达不到反演的要求。文阐明了薄板的定义,采用积分方程法模拟层状介质中薄板的瞬态响应,简化了网格剖分,控制矩阵大小,采取直接解法求取系数矩阵,与均匀半空间的解析解对比验证了该算法和程序的可靠性,通过误差分析体现了该算法的高精度。同时,研究了覆盖层与基岩对薄板响应结果的影响,发现高阻覆盖层和低阻覆盖层对薄板的响应影响都很小,高阻基岩会扩大薄板的响应,低阻基岩会屏蔽薄板的响应。该研究为瞬变电磁二维反演奠定了基础,也为以后生产中薄板解释提供了理论借鉴。     

瞬变电磁法浅层分辨率物理模型实验研究

利用物理模型实验,研究了瞬变电磁法对超浅层异常体的探测问题.制作了3套天线装置(重叠回线1、重叠回线2及中心回线),对每一种天线装置分别进行了7个物理模型实验,得到相应的瞬变电磁法多测道剖面图.结果表明:瞬变电磁法响应特征与异常体的尺寸、数量成正比,与异常体的埋深成反比.多匝小回线装置对间距小于边长的两个异常体无法分辨,其分辨率为天线装置边长的2倍.通过改变天线装置尺寸大小及装置类型,瞬变电磁法能对超浅层(小于50cm)异常体进行探测.     

地下全空间瞬变电磁响应的研究

为了研究地下全空间感应涡流的传播规律以及瞬变响应与围岩电阻率和时间的函数关系,采用数值模拟的方法计算了地下全空间响应。将相同时间9种围岩的响应曲线进行拟和,得到了响应与围岩电阻率的关系;在晚期条件下,将围岩响应随时间变化的曲线进行拟和,得到了响应与时间的关系;通过比较全空间与半空间响应的幅值大小,得到二者的比值关系。结果表明：全空间下涡流环极大值半径小于半空间下涡流环极大值在地面的投影半径;全空间瞬变电磁响应按围岩电阻率的1．5次幂进行衰减;按时间的2．5次幂进行衰减;全空间响应幅值为半空间响应幅值的1．93倍。     

巷道边界条件下矿井瞬变电磁响应研究

研究了巷道对瞬变电磁场的影响,模拟了全空间中介质的瞬变电磁响应特征．提出了适用于矿井三维全空间瞬变电磁法时域有限差分计算的新的巷道边界条件,通过将该边界条件离散为差分格式,并结合时域有限差分法进行计算,研究了1μs到0．8ms之间巷道的存在对瞬变电磁场的影响特征,以及巷道对巷道顶、底板内部的低阻异常体响应的影响、结果表明,由于巷道的高阻作用,使置于巷道中间的发射源,在0．5ms时在巷道两迎头处感应出2个相同的新源,而当发射源置于巷道一端迎头时,在另一迎头处逐渐感应出1个新源,在0、1ms后巷道的边界能清楚的显示出来、另一方面,巷道的延迟作用使低阻体响应的位置在20μs时落后其实际位置6～8m．     

线圈参数及地形因素对航空瞬变电磁的影响

为了解决复杂地质条件下的浅层勘探问题,基于有限元法对航空瞬变电磁进行三维正演模拟,采用中心回线观测方式来研究磁场H_z的响应特征。首先验证了均匀半空间和层状地层响应精度,模拟表明,数值解与解析解在0.1 s前误差基本维持在5%以内,可以有效地进行正演模拟。然后讨论了发射线圈参数(高度、半径、电流、匝数)对磁场H_z分量的影响,结果表明,场值与发射线圈半径、电流、匝数成正比,不同发射线圈高度只是影响了早期响应,到晚期磁场H_z分量均趋向同一值;由于瞬变电磁对低阻异常反应更为灵敏,研究了埋有低阻异常体的起伏地形条件对H_z场值的影响,得出了有价值的结论。     

瞬变电磁测深快速拟地震解释方法及应用效果

详细讨论了电磁波与地震波在介质中的传播规律,根据瞬变电磁测深（TEMS）中心回线装置观测成果与大地电磁测深（MTS）成果的一致性,提出了瞬变电磁资料拟地震解释的思路,大量理论模型的正,反演计算结果表明方法理论是正确的,野外实测资料处理结果进一步说明了该方法的实用性。     

三维体地—井瞬变电磁三分量测量响应规律研究

地—井瞬变电磁法的主要用途是探测盲矿体的性质、规模、方位以及赋存状态,为此,采用本征电流等效模拟三维长方体和球体的三分量电磁响应规律,为定性和定量解释三维盲矿体提供理论依据。计算结果表明:三维地质体电导率值越大,其电磁响应越强;随着三维地质体的规模的增大,其电磁响应逐渐减弱;异常体水平时,Z分量响应曲线幅值以及Y、X分量过零点的位置反映了异常体的中心位置;异常体倾斜时,Z分量响应曲线过零点的位置反映了异常体的中心位置,若Y、X分量曲线过零点的位置位于异常体中心位置上方则三维地质体上倾,反之下倾;对于球体和长方体而言,Z、X分量曲线形态一致,若Y分量曲线形态为"S"型,则异常体为长方体,若Y分量为单峰异常,则异常体为球体。     

多道瞬变电磁法(MTEM)技术分析

多道瞬变电磁法(MTEM)具有深度大且探测精度高的特点,是目前电磁法领域研究热点之一。为推进多道瞬变电磁法深部探测系统的研发,对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析。首先,对多道瞬变电磁法的关键技术进行总结,其特点包括:采用大功率接地源形式;编码发射;多道观测;类地震资料处理。然后,指出多道瞬变电磁法的地球物理实质:多道瞬变电磁法属于近源测深,即通过改变偏移距达到测深目的;接收信号包括系统响应和大地脉冲响应(即含有一次场与二次场的混合场)信号,采用反卷积方法获取大地脉冲响应。最后,针对中国复杂环境下的深部探测,对现有的多道瞬变电磁法提出改进思路:①把二维观测系统改进成三维观测系统,即三维数据采集系统,使其应用性更强且更方便,探测深度大,精度高;②把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释;③从油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。     

电性源瞬变电磁快速反演解释方法

电性源瞬变电磁法是俄罗斯等国家油气勘探的主要手段,国内相关解释和应用技术研究较少.在现有条件下,瞬变电磁法观测的是场源变化在接收线圈里产生的感应电动势,但是利用感应电动势计算全区电阻率往往出现双解或无解现象.实际计算中将实测的感应电动势转换成磁场,利用磁场计算全区视电阻率和电阻率反演.目前瞬变电磁反演主要采用“烟圈”反演方法,“烟圈”反演方法把感应涡流场在地表引起的磁场看作为地下各个涡流层的总效应,并认为近似等效于向下传播的一个个简单的电流环,地表瞬变电磁响应可以由某时刻地下的镜像电流环作为源来进行计算.文中给出电性源瞬变电磁测深一维“烟圈”反演解释方法的基本原理、计算方法和应用实例.     

斜井层状介质孔中时间域电磁张量响应特征

在石油勘探、金属矿找矿以及地下空间探测领域,孔旁远探和随钻前探是迫切性技术需求。结合三分量感应测井和瞬变电磁场理论,提出了一种孔中时间域电磁张量测井方法。基于谐变场三维感应测井9个磁场分量求解方法,采用传输线法实现并矢格林函数的快速计算,通过将谐变场的磁张量转换到时间域,获得孔中时间域电磁场张量计算公式; 然后,建立一个斜井三层介质模型,分析该模型下感应电位张量各分量的时间衰减规律,得到目标层电磁张量响应特征; 最后,在地-井瞬变电磁实测资料分析基础上,比较孔中张量测井方法的效果。结果表明:感应电位张量xz、yz、zx以及zy分量衰减曲线符合垂直磁偶源激励场特征,其他分量满足水平磁偶源激励场特征; 与z相关的分量对地层电性界面的反映最为明显,可以作为张量解释的首选分量,其他分量可以作为辅助分量; 低阻目标层在多测道曲线和感应电位张量时间剖面中得到清晰识别,为孔中张量电磁资料处理与解释提供了手段。     

海底钴结壳TEM的响应规律

大洋富钴结壳是潜在的海底金属资源,为了更快、更准确地对海底钴结壳进行勘探,本文研究了其TEM的响应规律.通过分析深海钴结壳的电性和物性特征,说明了瞬变电磁法满足海底探测的物化条件,进而建立探测深海钴结壳的地电模型,证明了本方法应用于海底钻结壳勘探的可行性;采用瞬变电磁全空间理论,计算了深海钴结壳瞬变电磁响应,这为瞬变电磁探测深海钴结壳的反演提供了依据.计算结果表明:海底瞬变电磁测深能很好地探测到海底钴结壳的存在,且异常峰值对应钴结壳的中心在海面的投影位置;深海与无海水情况下的瞬变电磁相比,响应曲线形态变化不大,响应幅值明显增加;地形对探测有一定的影响.