钻孔瞬变电磁拟地震反演方法在露天煤矿采空区精细探测中的应用

露天开采煤矿地下存在大量小煤窑采空区,严重威胁煤矿生产安全和人员生命安全。受露天煤矿地表工作环境影响,常规物探手段探测采空区精度较差,而钻孔瞬变电磁探测是一种精度较高的探测方法,属于一种动源动接收的工作方法。为提高资料处理精度,应用滑动时窗波场反变换算法对数据进行高精度波场转换,采用共轭梯度法研究了针对瞬变电磁虚拟波场数据的拟声波介质全波形反演算法,实现了钻孔瞬变电磁数据的拟地震反演,计算了三维数值模型数据的反演结果,并对钻孔径向的小规模低阻异常体取得了良好的成像效果。结合山西朔州地区某露天煤矿的工程实践,对该方法精细探测积水采空巷道形态、性质和规模的实用性和有效性进行了检验。结果表明:钻孔瞬变电磁探测方法是矿井物探与钻探的有机结合与相互补充,拟地震反演方法能够有效应用于露天煤矿采空区的精细解释。     

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。     

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.     

大地电磁二维DCG、NLCG和L-BFGS反演算法对比

大地电磁(MT)法的二维反演算法种类较多,在实际应用中如何选取合适的二维反演方法仍是一个关键问题.通过对比典型理论地电模型与不同反演方法的应用效果,可为实际MT探测反演方法的选择提供参考.本文对数据空间共轭梯度法(DCG)、非线性共轭梯度法(NLCG)以及有限内存拟牛顿法(L--BFGS)三种常用的MT二维反演算法进行...     

高斯过程回归在航空瞬变电磁去噪中的应用

航空瞬变电磁法具有速度快、勘探面积大、成本相对较低、能克服复杂地形条件的限制等优点,已经在很多领域得到了广泛的应用。但是由于航空瞬变电磁二次场电磁响应属于宽频带信号,容易受到多种噪声的影响,从而降低数据的质量,影响后期反演解释的精度。因此,对航空瞬变电磁数据去噪方法的研究仍然是当前研究的热点之一。采用机器学习的思想,将高斯过程回归方法应用于航空瞬变电磁数据去噪。首先,利用模拟数据进行去噪研究,通过对模拟数据添加不同程度的高斯白噪声和天电噪声,其中高斯白噪声代表航空电磁数据中的随机噪声,而天电噪声是航空电磁中主要的噪声之一,经过模拟数据去噪效果发现,高斯过程回归对于其中的天电噪声、随机噪声都有很好的滤除效果。而后再对实测数据进行研究,无论是从单测点衰减曲线来看,还是从剖面数据上分析,都可以看出去噪后曲线相对更平滑,且幅值得到了相应地压制。     

电性源短偏移距瞬变电磁法数据处理软件系统SOTEMsoft

目前,已有瞬变电磁法(TEM)数据处理软件大都仅针对回线源装置,无法处理电性源装置数据。随着电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)的广泛推广应用,亟需开发一套适合电性源短偏移距瞬变电磁法装置特点的数据处理软件。通过解决任意收发装置形式一维正演、多分量多源数据联合反演、考虑激发极化效应数据反演、拟二维横向约束反演等关键技术,研发了电性源短偏移距瞬变电磁法数据处理专用软件系统SOTEMsoft。该系统具备数据整理、图像显示、数据预处理、模型构建、正演模拟、数据反演、工程出图等功能。数值模拟和野外实测数据处理效果表明,SOTEMsoft功能完备,数据处理精度和效率较高,满足野外实际生产需求。     

中心回线瞬变电磁法和直流电测深资料一维Occam联合反演

瞬变电磁方法对高阻层反应不灵敏,一维反演会带来一些虚假构造信息,为提高瞬变电磁反演的精度,将中心回线瞬变电磁的视电阻率数据和直流电测深视电阻率数据联合起来进行反演,应用Occam方法找到拟合观测数据的最平滑模型。结果表明联合反演能有效消除单一方法存在的一些缺陷,并具备一定的抗干扰能力,较好地还原了五层模型算例中的高阻目标层和低阻目标层,联合反演显著地改善了反演效果。     

拟三维超浅层瞬变电磁在岩溶塌陷地区中的应用

浅层勘探一直是电磁法领域的难点之一。基于等值反磁通原理的瞬变电磁法通过将接收线圈置于反磁通平面,消除其暂态过程,接收纯净地下二次场,实现浅层勘探。从等值反磁通瞬变电磁法原理出发,立足于在实际铁路工程岩溶塌陷地区中的应用,通过拟三维数据重建瞬变电磁反演资料,直观准确地展示塌陷腔体立体结构特征,成功实现中国西南岩溶地区拟三维超浅层瞬变电磁勘探。     

TV数值计算的图像去噪

继承传统TV去噪算法的图像边缘保护性,弥补平滑区域抑噪不充分的不足,结合图像的空间梯度和像素梯度,提出了新的基于TV数值计算的去噪算法。该算法分析了图像的空间梯度;为了抑制噪声对图像平滑区域梯度的影响,对该区域的空间梯度进行抑制,克服了传统TV算法对平坦区抑噪不充分,甚至出现的虚假边缘和阶梯效应;结合像素梯度分析了图像TV去噪的迭代函数。实验结果表明,该算法实现了保边去噪且残余噪声较小,提高了图像的峰值信噪比(PSNR)和视觉效果。     

小波变换在瞬变电磁数据去噪中的应用

瞬变电磁法是当前煤矿水文电法勘探中最常用的物探方法之一。在瞬变电磁数据采集时,不可避免地受到各种噪声的干扰,传统的去噪方法已不能适应目前的勘探精度要求。应用多尺度小波变换方法对瞬变电磁信号去噪处理,可有效地区分有用信号与噪声信号,经试算得到了比较满意的去噪效果,实际应用中也表明小波变换是对瞬变电磁信号去噪的一种切实可行的方法。     

Inverse Spline Interpolation for All-time Resistivity of Central-Loop TEM

A convenient numerical calculation method （inverse spline interpolation） for all-time apparent resistivity in transient electromagnetic method （TEM） is proposed in this paper. Characteristic of early and late normalized inductive electromotive force was investigated. According to the turning point, the transient process is divided into the early phase, the turning point, and the late phase. Afterwards, apparent resistivity is obtained through inverse spline interpolation in the early and the late phases, respectively. Finally, the resistivities of the early-time and the late-time were connected together by the turning point. The result shows that the inverse spline method is feasible and the method also lays a foundation for initial model construction in the TEM automatic inversion.     

瞬变电磁模型映射反演

由瞬变响应曲线随地下电导率、发射回线边长与观测时间的平移伸缩特性,近似反演地下介质的电性参数,并称之为视模型,再根据视模型与真模型的加权平均模型之间存在的一一映射关系,应用关系映射(RMI)原理,提出一种新的瞬变电磁模型映射反演方法,并对该算法的收敛条件及收敛速度进行了分析和讨论。映射反演算法无需计算反演灵敏度矩阵,具有算法稳定、收敛速度快的优点,值得推广。     

瞬变电磁法矿井超前探测

介绍了瞬变电磁法在井下运用的基本原理和该方法在巷道超前探测上的原理、技术、方法及应用。巷道超前探测、超前预报对于煤矿的安全掘进有着非常重要的作用。瞬变电磁法作为一种快速、高效、方便的探测方法,可以很好的满足矿井巷道超前预测、预报的要求。在实际工程勘探中,该方法可以准确反映出巷道前方地质体的空间特征,为矿井防治水害提供了依据。     

基于非结构有限元的带地形海洋可控源电磁法二维Occam反演

基于非结构三角形网格的自适应有限元正演模拟,对带地形海洋可控源电磁法(MCSEM)二维Occam反演算法进行了研究。该算法正演采用基于非结构网格的自适应有限元法,能用较少的单元剖分精确地模拟复杂起伏地形和构造模型。反演运用基于高斯牛顿法改进的快速Occam算法,能快速地搜索拉格朗日乘子、减少模型的搜索量。对二维海洋油气藏模型进行了反演计算,结果表明,该算法能稳定收敛到真实模型附近,具有较高的计算精度和计算效率。通过对带地形模型的反演,讨论了起伏地形下海洋可控源电磁场二维反演效果,为准确解释MCSEM数据提供了参考。     

矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用研究

介绍了瞬变电磁法在井下运用的基本原理和该方法在巷道超前探测上的原理、技术、方法及应用。论述了矿井瞬变电磁技术在探测巷道掘进头前方水的有效性,总结了矿井瞬变电磁技术应用中需注意的若干关键问题。通过实例证明瞬变电磁法可以很好地满足矿井巷道超前预测、预报的要求。在实际工程勘探中,该方法可以准确反映出巷道前方地质体的空间特征,为矿井防治水害提供了依据。     

考虑介质导电性影响的核磁共振一维正反演研究

为避免地层导电性对核磁共振解释的影响,实现了考虑层状导电介质影响下的核磁共振一维正反演。利用层状导电介质的频域磁场响应对核磁共振激发磁场进行计算,求解过程中对核函数进行了改造,降低了其震荡性,使积分更容易实现,在此基础上实现了考虑电性影响的核磁共振一维正演。在反演解释方面,借助瞬变电磁法给出地电断面,利用超平面拟合算法实现了含水层含水率参数反演。将反演结果与商用软件反演结果进行对比,计算结果基本一致,且本研究算法具有更好的分层效果。     

基于量子行为粒子群算法的航空瞬变电磁拟二维反演技术

传统的确定性反演算法严重依赖初始模型,易陷入局部极小值中,导致最终反演结果偏离真实模型。粒子群(PSO)算法作为一种随机性反演算法,具有较强的跳出局部极小值的能力,但是仍存在早熟收敛和收敛速度慢等问题,限制了该算法在二、三维电磁反演中的发展。针对上述问题,首先提出采用量子行为粒子群(QPSO)算法代替传统粒子群算法,将量子在势阱中运动规律引入到粒子群算法中,使得粒子可以出现在势阱内任何存在概率分布的位置上,有效地克服了由于群体的聚集性所导致的早熟收敛问题。此外,采用拟二维反演算法代替传统二维反演算法,使得反演模型参数维度下降,寻优过程中局部极小值个数将大幅度减少,显著提高粒子群算法的收敛速度,但是在粒子群中开展拟二维反演时,传统的正则化参数的寻优过程将浪费大量计算资源。结合量子行为粒子群算法中各测点的全局最优粒子在粒子群进化过程中的重要地位,采用α-Trimmed方法开展相邻点间全局最优粒子模型参数光滑约束,实现粒子群算法快速横向约束反演。最后将量子行为粒子群算法拟二维反演技术应用到含噪全航空瞬变电磁仿真数据处理中,反演结果与原始模型具有较好的一致性。     

瞬变电磁法小线圈装置过渡过程影响研究

接收线圈分布参数对早期瞬变电磁信号影响严重,导致信号的有效采样时间起始点后延,丢失浅层探测信息。本文比较了过渡过程影响下的视电阻率误差,并描绘视电阻率误差随接收装置半径变化曲线。结果表明,在相同有效接收面积的前提下,选择不同半径的接收装置对视电阻率计算会带来不同程度的影响,解决工程实际中接收线圈最佳半径设计问题。