探索地学仪器原始创新·致力地球物理技术突破

地球物理仪器是地学仪器的关键分支,也是地球科学研究的基石,在资源勘查、环境监测及灾害预防等多个领域扮演着核心角色.由于发展和起步较晚,我国的高端地球物理仪器长期依赖国外进口,这严重制约了国产仪器的发展.虽然我国地球物理仪器装备的研发水平近年来取得了进步显著,但相比发达国家仍存在一定差距.国产仪器应从根本上突破困境,摆脱对进口仪器的依赖,加强自主研发和创新能力.本文重点从重、磁、电、震、核磁及放射性测量六个方面阐述了我国地球物理仪器的发展历史及代表性成果.同时,简述了人工智能在地学仪器中的应用,概述了制约我国地球物理仪器装备发展的主要问题,并提出了未来的发展方向.

融入多维度思政的“电磁场与电磁波”课程教学改革与实践

为深入贯彻落实习近平总书记关于全面推进高校课程思政建设的精神,在“电磁场与电磁波”课程教学改革中,通过设计多维度思政环节、多链条构建高阶性知识体系,多环节融合的科研案例教学模式,将知识传授与思政育人深度融合,培养学生家国情怀、拓展国际视野,塑造科学素养和执着的探索精神。通过合理嵌入育人要素,把思想政治工作贯穿教育教学全过程,激励学生成才,实现专业知识传授和价值引领的同频共振。

缺陷水塔的安全评估与力学性能分析

以某倒锥壳水塔存在的缺陷问题和对应加固措施处理为背景,通过Midas Gen有限元分析软件,建立受损水塔的计算模型,分析水塔的变形、承载力、抗裂和挠度。上述分析结果表明:水塔有效厚度减小后,侧壁环向承载力呈现降低,抗裂度大幅降低;随着壁厚的增加,水塔侧壁的应力随之减小。通过分析倒锥壳水塔存在的缺陷问题,如水塔壁露筋、孔洞、倾斜、基础沉降等,针对不同缺陷,提出了不同的加固措施。

基于点电偶源的土石堤坝管涌渗漏通道探测方法与仪器设计

土石坝是一种常见的水利工程结构,土石材料的结构特性决定着渗漏的必然性,异常的渗漏可能导致坝体内部土的壤受到侵蚀,逐渐地形成了管涌渗漏通道.如果不采取有效措施提前探测和治理管涌渗漏通道,坝体可能面临沉降、滑坡或坍塌等风险.为了能够准确地探测土石坝管涌渗漏通道的位置,为堤坝治理提供更丰富的探测数据,本文基于管涌渗漏通道的电导率异常分布特性,研制出一种渗漏探测仪器.该仪器包含发射系统和接收系统.发射系统用于激励管涌渗漏通道产生异常磁场;接收系统由三分量磁测传感器、Real-Time Kinematic(RTK)定位系统和接收机组成,用于测量和记录微弱的异常磁场信号的幅度和厘米级经纬度信息.通过仿真、实验室测试以及野外实验,验证了探测方法和仪器的有效性.该技术和仪器有望在堤坝安全性监测和维护方面发挥重要作用,为减少土石坝潜在的灾害提供了一种先进的探测技术手段.

在等电位工作状态下校准多元感应分流器

提出了在等电位工作状态下校准多元感应分流器(multiple inductive current divider,MICD)的1种方法。在校准装置中加入由跟随器和电阻组成的I/V变换器,以使MICD各支路间的电流比例与其工作状态保持一致;用参考电流互感器(CT)提供独立的参考电流,以避免影响支路电流的比例关系。在20、55、400 Hz及1 kHz下对11支路MICD校准所得10:1电流比例的比值差合成标准不确定度优于0.2μA/A,相位差合成标准不确定度优于1.5μrad。

地下工程灾害水源的磁共振探测研究

地面磁共振探测(Surface Magnetic Resonance Sounding,SMRS)是近年来发展起来的一种地球物理新方法,这种在地面直接探测地下介质中氢核丰度的技术,不仅可以用于缺水地区的地下水资源勘查与评价,还可以在地下水引起的堤坝渗漏、滑坡、海水入侵等地质灾害水源的探测预警中发挥独特的作用.本文首次提出了地下磁共振探测方法(Underground Magnetic Resonance Sounding,UMRS),将SMRS方法引入到地下工程领域,实现隧道工程和煤矿开采等地下狭窄空间极端环境的探测.为应用UMRS方法,需要深入研究地下水超前探测理论、准全空间处理与反演方法、旋转多匝小线圈探测模式,强电磁干扰环境自适应噪声压制策略、以及复杂地质环境磁共振与瞬变电磁联合探测关键技术等难题.论文还简要介绍了超导磁探测技术和工程盾构及掘进实时探测等新技术在地下工程生产安全探测预警中的应用前景.

复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展

磁共振地下水探测是一种直接非侵害性探测地下水的地球物理新方法,与传统地球物理探测地下水方法相比,具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一等优点。近年来地下水磁共振探测技术发展迅速,不仅用于缺水地区的地下水勘查,还在地下灾害水源(由于地下水引起的灾害如堤坝渗漏、隧道/矿井水害、滑坡、海水入侵等)的探测预警中进行了探索性研究。综述了复杂条件下地下水磁共振探测技术的研究现状,包括强电磁干扰环境的自适应噪声压制、地下小水体的2D/3D磁共振探测、复杂条件的数据处理与反演、针对喀斯特地貌等地质环境的地下水磁共振与瞬变电磁联合探测研究成果,简要介绍了磁共振技术用于滑坡、海水入侵和隧道涌水等灾害水源探查的探索性研究示例,展望了地下水磁共振探测技术的未来发展趋势。

地下磁共振响应特征与超前探测

地下(矿井和隧道内)超前探测灾害水源是磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)方法应用的新领域,在地球物理方法中是一个难题.本文在地面磁共振探测理论的基础上,建立地下全空间模型,推导直立线圈的磁共振响应信号表达式,对比国际标准模型验证了数值计算的准确性.引入旋转系数矩阵,计算任意地磁场方向和线圈方向的激发场垂直分量.研究了磁共振响应信号与线圈法向偏角和倾角的关系,指出当线圈法向方向垂直于地磁场方向时,磁共振响应信号最大.同时,研究表明磁共振超前探测距离与激发脉冲矩和接收灵敏度紧密相关,激发脉冲矩越大,接收灵敏度越高,则超前探测距离越大,但存在极限距离.在地下线圈尺寸受限的情况下,为使检测信号灵敏度为5nV时,超前探测距离达到30m,提出了边长2m线圈的匝数优化方案,共圈模式最少需要100匝,分离线圈模式最少需要10匝发射线圈和160匝接收线圈.仿真模型试验结果证明,随着噪声水平增大,磁共振超前探测距离和反演分辨率均减小.泽雅隧道探测实践表明,本文提出的地下空间磁共振理论在矿井和隧道环境中进行超前探测是可行的.

溶胶-凝胶工艺制备发光薄膜研究进展

本文综述了通过溶胶-凝胶工艺制备发光薄膜的基本过程、薄膜的表征方法、发光薄膜的当前发展及应用情况。依据组成特点，对溶胶凝胶法制备的发光薄膜进行了分类阐述，并预言了今后该法制备发光薄膜的发展趋势。

溶胶-凝胶法制备发光薄膜现状(英文)

发光薄膜在对比度、分辨率、热传导、均匀性、与基底的附着性、释气速率等方面都显示出较强的优越性，在平板显示领域具有很好的应用背景。本文结合我们的工作综述了通过溶胶－凝胶工艺制备发光薄膜的基本过程、薄膜的表征方法、发光薄膜的当前发展及应用情况。依据组成特点，溶胶－凝胶法制备的发光薄膜可分为无机发光薄膜和有机／无机杂化发光薄膜，它们的光致发光、阴极射线发光、场发射发光和电致发光等性质都已被广泛研究。我们除了采用硅酸酯为主要原料制备了一些硅酸盐基发光薄膜外，还以无机盐为主要原料通过Ｐｅｃｈｉｎｉ溶胶－凝胶法制备了稀土离子掺杂的钒酸盐发光薄膜，并结合毛细管微模板技术实现了发光薄膜的图案化。最后，我们对未来溶胶－凝胶法制备发光薄膜的发展及应用情况进行了展望。

接地电性源空地瞬变电磁探测传感器的研制

根据一维层状模型,正演计算了探测深度为1000m时接收电磁信号的特点,进而确定了接收传感器的基本性能参数。建立了传感器的等效模型,分析了不同匹配状态下传感器的频率特性及对其灵敏度的影响。在对传感器噪声源建立等效模型的基础上,给出了影响传感器噪声水平的各噪声源随频率变化的规律,同时给出了高源阻抗下降低传感器噪声的方法。野外试验采用已知异常线圈响应对传感器的输出特性进行测试,测试结果与理论计算结果相吻合,同时其噪声特性能够满足实地探测的需要。

半航空电磁探测方法技术创新思考

最新的成矿理论研究和深部定位预测结果均表明我国大陆2000 m深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源,为在辽阔的国土面积上实现大深度、高精度、广覆盖地球物理探测,开展半航空电磁探测方法与技术研究显得十分必要.本文总结了国内外半航空电磁法的发展现状,重点围绕方法与装备技术等问题进行讨论,并对近年来的最新成果,如:时频协同探测、半航空短偏移距探测、无人机编队观测等新模式,深度学习去噪、多发射源视电阻率定义、拟地震成像等进行了系统分析.最后,对半航空电磁法的发展方向进行了展望,指出任意码形大功率发射和三维高分辨成像等方法技术是下一步的关键突破方向,有望在深部地质找矿、灾害预警和城市地下深部勘查等方面发挥重要作用.

强电磁干扰下磁共振地下水探测噪声压制方法研究进展

磁共振地下水探测方法因具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一等优点而备受地球物理工作者关注。近几年,该方法在正演模型和反演解释方面取得了显著的进展,在水文地质勘查方面的应用也进一步拓展。然而,磁共振信号极其微弱、对周围环境中的电磁干扰反映敏感,成为其应用的主要瓶颈。吉林大学地下水磁共振技术课题组针对噪声的产生机理及特性,对影响信号质量最严重的两类噪声——工频谐波噪声和尖峰脉冲噪声进行研究。本文综述了强电磁干扰下磁共振地下水探测噪声压制方法的研究现状及近期研究进展,包括磁共振信号的工频谐波噪声压制方法和尖峰脉冲噪声压制方法,简要介绍了实时参考消噪技术、独立分量分析技术、基于能量运算的尖峰噪声抑制技术以及基于同步压缩小波变换和自寻优非线性阈值补偿技术抑制电磁干扰的研究示例,展望了地下水磁共振探测噪声压制技术的未来发展趋势。

量子地球物理深部探测技术及装备发展战略研究

量子传感与测量技术是实现地球深部重磁场精细化探测的颠覆性技术之一,成为国际地球物理探测装备的重点发展方向。本文聚焦我国地球重磁场的量子高精度测量前沿技术布局,梳理了量子地球物理探测装备的发展现状,分析了深部资源探测中超导量子电磁探测系统、磁矢量梯度探测系统和超导重力探测系统、冷原子绝对重力探测系统等需求,研判量子精密测量技术的国际发展态势,剖析我国该领域发展面临的科技难题、技术瓶颈和机遇挑战。针对我国量子地球物理探测装备在核心技术攻关、完全国产化和探测应用等方面能力不足问题,提出了新一代量子高精度地球物理深部探测装备的发展目标、技术体系、重点任务、战略规划,突破超导量子芯片和高灵敏度传感器等“卡脖子”技术瓶颈,建立我国自主可控的量子地球物理探测技术及装备发展的协同组织模式,推动深部探测装备高质量跨越式发展,为解决深部矿产资源探测、揭示地球深部构造等重大问题提供技术支撑。

核磁共振接收线圈谐振优化分析与标定

地面核磁共振接收机接收的核磁共振信号的初始振幅直接决定其反演的含水量大小。目前的核磁共振找水仪采用由线圈和配谐电容等组成的LC谐振回路接收核磁共振信号,该谐振接收回路对接收线圈感应的核磁共振信号存在选频放大效应,忽略该效应会造成初始振幅回推时产生较大误差。本文在对谐振接收回路建立精确电气模型的基础上,分析并计算了谐振接收回路各元件参数对选频放大效应的影响,并对100 m边长线圈谐振接收回路选频放大效应进行了标定,经过校正后初始振幅最大值由1 560 n V降至305 n V,与法国仪器基本一致。验证了野外施工谐振接收模型及模型计算的正确性,为地下水害的直接探测提供了仪器稳定性保障。

矿井瞬变电磁探测中空芯线圈传感器的研制

针对矿井瞬变电磁法中探测空间的有限性及探测目标分布的全空间性,研制一种适合该方法的感应式空芯线圈传感器.根据矿井瞬变电磁探测需要,确定了感应式空芯线圈传感器的基本技术指标.通过对空芯线圈的物理结构和前置放大电路的等效噪声电路进行分析,获取了引入噪声的主要来源.构建感应式空芯线圈传感器的等效模型,实现传感器的幅频特性及低噪声的分析,给出影响传感器噪声水平的各噪声源随频率变化的规律,设计矿井瞬变电磁中降低传感器噪声的方法,采用该优化方法,传感器的总噪声在谐振频率处信噪比提高了15.6dB.测试结果表明:感应式空芯线圈传感器噪声性能和输出特性优于加拿大Geonics公司的3D-1HF-coil传感器,满足矿井瞬变电磁探测需要.

MT信号现场处理的实现技术研究

为满足大地电磁测深（MT）信号现场处理的要求，本文在分析与优化MT信号处理算法的基础上，提出以TMS320C30高速浮点数字信号处理器构成主从式信号处理系统，其运算速度比用Fortran及其他语言编写的程序在IBMPC机上运行要快几十倍，运算精度比用定点数字信号处理器TMS32020高．文中讨论了软件设计方法并给出测试结果．本文为解决MT信号野外采集的现场处理的计算瓶颈提供了一种有效的途径．

种子盐引发对转基因抗虫棉耐盐性的影响

以2个转基因抗虫陆地棉品种为材料,以其遗传背景品种为对照,研究种子引发对转基因抗虫棉在NaCl胁迫条件下的种子萌发和田间出苗的影响。结果表明,0.5%的NaCl处理显著地降低陆地棉种子发芽势和发芽率,其中转基因抗虫棉品种(中棉所41和浙905)的种子萌发和田间出苗率差于遗传背景亲本(中棉所23)。种子盐引发处理可以有效地缓解NaCl的胁迫作用,显著地提高种子的发芽势、发芽率和田间出苗率,显著地提高棉花种子的耐盐性。种子盐引发处理对转基因抗虫棉品种的效果优于非转基因抗虫棉的背景品种。引发剂种类对于其耐盐性的影响有一定的差异,以K2SO4的效果更好,且引发剂的浓度与引发时间之间存在着一定的互作效应,高浓度引发剂的处理时间宜短,而低浓度引发剂的处理时间应适当延长。

D-异抗坏血酸钠在橄榄汁中的护色效果

【目的】探讨D-异抗坏血酸钠在橄榄果汁中的护色效果,为橄榄果饮料、橄榄果酒等的生产提供科学依据。【方法】以新鲜橄榄为原料,经破碎、取汁后用D-异抗坏血酸钠进行处理,通过单因素试验和正交试验优化D-异抗坏血酸钠的使用浓度、处理温度、处理时间和pH等抑制橄榄果汁褐变的工艺参数。【结果】一定浓度的D-异抗坏血酸钠可有效抑制橄榄果汁发生褐变,而处理温度、时间及pH对D-异抗坏血酸钠的作用效果也有较大影响,其最佳工艺条件为:D-异抗坏血酸钠浓度180mg/L,温度35℃,时间50min,pH3。经护色处理后可获得色泽黄褐、清澈透明的橄榄果汁。【结论】在一定的浓度、温度、时间和pH条件下,D-异抗坏血酸钠对橄榄果汁有明显的防褐变作用,为橄榄果饮料、橄榄果酒等产品的进一步开发奠定了基础。

基于感性负载的瞬变电磁发射波形控制技术

提出了基于感性负载的瞬变电磁发射波形控制技术,系统以数字逻辑控制器为核心控制单元从时间上精密控制发射时序。采用恒压钳位技术对阻尼吸收电路进行了研究。提出一种新颖的关断时间测量技术,测量准确简单,同时设计了一种特殊的RCD缓冲电路。野外实验结果表明:系统所发射电流波形经过高精度控制关断时间短、下降沿线性度高、关断后无反向过冲及振荡、关断时间测量准确,电流峰值可调。