瞬变电磁场的直接时域数值分析

为了深入了解瞬变电磁场的勘探原理 ,直接在时间域对负阶跃脉冲激发的二维瞬态场进行了数值分析 .采用的方法是从反映电磁场基本规律的麦克斯韦方程组出发 ,导出时域电场的齐次扩散方程 ,对所研究的空间区域作差分离散 ,源作为初始条件加入 ,利用准静态近似处理空中边界 ,然后进行时间的逐步递推 ,由此展现瞬变电磁场在地下扩散随时间发展的全过程 .通过模拟计算不同时刻瞬态电场在地下的分布形态及地面上感生电动势相应的变化 ,揭示了低阻异常体对感应涡流的聚集作用 ,低阻覆盖层对瞬变场扩散的减速作用 ,及瞬变场的延时效应 .因此 ,瞬变电磁法对低阻体是敏感的 ,有上覆低阻层时探测同样的深度需要较长的时间 ,而延时效应瞬变场的晚期时段可反映埋藏较浅的异常体 .

瞬变电磁法的探测深度问题

用解析分析、时域有限差分、时-频分析的方法,以地面中心回线装置和阶跃脉冲激励源为例,分析讨论了瞬变电磁测深法的勘探深度问题,以便为野外勘探工作设计提供依据,达到预期的探测目的.解析计算证实了瞬变场在地下以有限速度传播,数值模拟表示出了准静态条件下瞬变场的反射.研究结果表明,由于时间域电磁场遵循因果律,瞬变电磁法的探测深度主要由观测时间决定.瞬变电磁场的初始传播速度与大地电阻率无关,继后在大地色散作用下,阶跃脉冲前沿逐渐变得平缓,各频率分量的传播速度与电阻率有关,在低阻地层中探测同样的深度需要较长的观测时间.最大探测深度是在给定时间内电磁波往返地下某一深度的单程距离,最小探测深度受仪器性能的限制,但是埋藏较浅的异常体也有可能在晚时段被观测到.从时-频密度谱中可得到瞬变电磁场信号时间与频率的关系.

大回线源瞬变电磁响应理论研究回顾及展望

解析公式的求解是电磁探测方法基础理论研究的重要内容.以往用于大回线瞬变电磁法的理论公式,有圆形重叠回线表达式、中心回线表达式.为了更接近勘探工程中使用的矩形回线源,和为提高效率在回线中心1/3区域观测的实际情况,采用了大定源回线的解析公式.由此定义的视电阻率,克服了偏离中心点观测引起的边缘效应,提高了解释精度,也将大定源回线和大回线装置的理论公式统一了起来.基于偶极子微元的大定源回线解析解在瞬变电磁法理论研究中起到了重要作用,但还不能很好地反映近、中区场的响应特征.可以将静电场点电荷直接比拟到时域场中,在回线上对时变点电荷微元进行积分,以获得适合全场区、全期的更精确的理论公式.

三自由度摇摆台姿态逆解及ADAMS仿真

分析一种基于并联机构的三自由度摇摆平台的结构与特点,该三自由度并联机构可实现三个独立的空间姿态角运动及其复合运动,尤其适用于只要求空间三自由度旋转、但不要求空间三自由度平移的场合。详细讨论了该并联机构的姿态逆解方法,推出了可简便应用于实际的计算公式,并结合实例数值计算得到相应结果。同时应用ADAMS系统对该机构进行了实例参数下的计算和仿真,结果表明所推导的姿态逆解与ADAMS仿真计算是吻合一致的。

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区分开来 ,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 .

瞬变电磁场信号在地下的扩散及地面上的时域响应特性

瞬变电磁测深是近年来发展较快的电磁勘探方法 ,是实现精确勘探的一个突破点。本文应用时域有限差分算法分析了瞬变场在二维地电模型情况下低阻体对“烟圈”的吸收现象、瞬变场的滞后现象 ,对进一步的时频分析和高维反演提供了正演基础。

华北型煤田水文地质电法勘探的深度问题

直流电阻率、瞬变电磁场和可控源音频大地电磁测深是煤田水文地质勘探常用的方法。针对华北型煤田地层电性特点,通过电磁探测原理分析与勘察实例,说明了在此类地区需要更大的极距、更长的观测时间和更低的频率才能达到预期的探测深度。为在华北型煤田水文地质勘探中取得更好的探测效果,采用综合电磁探测方法是必要的。

CSAMT单分量数据解释方法

可控源音频大地电磁法(CSAMT)一直沿用大地电磁法(MT)的办法,通过计算电场分量与磁场分量的比值,求取卡尼亚视电阻率.而CSAMT场源已知,电场分量和磁场分量都与地下电阻率存在一定的关系,可以单独采用CSAMT电场分量或者磁场分量提取地下介质的视电阻率.本文通过分析电场分量与磁场分量的数据特性,提出利用CSAMT电场单分量数据进行视电阻率的计算,用改进的广义逆矩阵反演方法,使初始模型中的地电层数等于频道个数,克服了以往反演计算中层数较少的问题;实现全场区电场分量视电阻率曲线的拟合反演.同时对单分量视相位计算方法进行分析,结合山西大同地区积水采空区探测及数据解释结果,论证本文提出的单分量解释方法的有效性.

CSAMT测深中的阴影和场源复印效应问题

阴影和场源复印效应是长期以来困扰可控源音频大地电磁测深(简称CSAMT)野外施工和数据处理解释的问题。本文用谐变水平电偶极源地下电磁场公式对此做出了物理解释,而阴影和场源复印效应对所观测视电阻率曲线造成的影响,则由三维矢量有限元数值模拟给出定量分析。对山西沁水盆地油气勘探中覆盖点的重新解释表明,如果我们改变CSAMT在习惯上所遵循的音频大地电磁测深(简称AMT)的资料处理解释理念,从三维和有源探测的角度出发,可以从阴影和场源复印效应中提取更多的地下地质信息。

地下洞体的三维电阻率探测方法

高分辨电阻率法采用单极-偶极装置,对老窑等地下洞道非常敏感,可以提供快速、准确、直观的成像反演解释方法.为进一步提高探测的准确性、避免旁侧影响,将单极-偶极装置以网格方式布设在地面上进行面积测量,在纵横两个方向都形成对地下分析分辨单元的多次覆盖观测,实现三维电阻率勘探.在三维高分辨电阻率探测中,直接成像解释方法仍然有效,获得的地下洞体的位置和影像更为精确.

低频谐变电偶极源激发的地下电磁场的闭式解

研究偶极子源产生的电磁场在地下或水下无线电通信和地球物理勘探领域有着重要的应用价值。偶极子和介质的作用往往导致Sommerfeld型积分的解。为了深入揭示电磁波在地下的分布与传播规律 ,本文针对有耗媒质中为获得大探测深度和长距离通信使用的低频发射天线 ,在准静态近似条件下导出了水平电偶极子产生的下电磁场Sommerfeld型积分解的闭式表达式。这些公式适用于任意场区和除奇异点以外的任何场点 ,与数值积分相比 ,可显著提高计算速度。利用闭合表达式 。

复杂3D瞬变电磁场FDTD模拟中需要解决的问题

为了实现缓变瞬态电磁场的时域有限差分(FDTD)模拟,引入了虚拟位移电流,使FDTD随时间步的递推能够进行。在以往较简单模型的计算中,利用时域瞬变场传播需要时间的性质,可将激励源化为初始条件代入,但是对于复杂3D模型,原有的方法不再适用,应当重新考虑源和边界条件的处理方法。由于实际源带有“斜坡”,故可采取将激励源模拟注入的方式;地下边界根据电磁波在导电媒质中快速衰减的特性设定,将改进的完全匹配层用于空中边界。分析表明,对于由空中和地下区域非均匀网格离散引起的时间稳定性问题,交替方向隐式FDTD是可行的解决办法。

有耗分层媒质上瞬变电磁测深的联合时-频解释

时 -频分析是信号分析中非常有力的工具 ,近年来在处理非稳态信号方面获得了很大的成功。本文将联合时 -频分析 (JTFA)用于处理地球物理勘探中具有扩散性质的瞬变电磁场信号。首先用数字滤波和逆拉氏算法模拟了分层大地表面上中心回线装置的瞬变响应 ,然后用Gabor展开研究它们的时 -频谱 ,结果将地层序列成功地区分开来 。

磁性层状介质的CSAMT电场分量响应特征

在传统的勘探电磁学理论中,往往把岩层磁导率近似看成空气中的磁导率,从而得到简化后的电磁场响应式,主要用于指导非磁性介质情况下的电磁探测.本文开展了磁性介质的电磁响应理论、数值模拟和特征分析等研究,以便实现对磁性矿体的电磁精细探测.首先推导出磁性层情况下的电磁响应表达式;然后,计算了几种典型磁性介质地质断面的响应曲线,并对其响应特征进行了分析;研究结果表明:当磁性层位于地表时,当表层相对磁导率μr>1.2,磁性层对电磁测深曲线具体明显的影响;当岩层为中间层时,只要μr>1.2,对H型、A型曲线中段会有影响.对H型曲线,主要表现在使极小值处的曲线抬高、变宽,以致使曲线形态发生变化;当磁性层处于最后一层时,不论岩层的磁导率是多少,对各类二、三层曲线来讲,不会影响曲线的形态,只是使渐近线前第一个极值点的位置右移,极值点至渐近线之间的线段变得较为陡峭.

高校扩招的积极意义与办学方针

高校扩招为摆脱应试教育、实行素质教育、培养创新人才提供了契机,有助于教育机会均等、构建和谐社会,可以提升行业地位和提高国民素质。扩招带来了教学、行政管理职位的增加和校园周边经济的活跃,教育投资可以促进长久的消费能力、缓解就业压力,为经济复苏储备人才。大众化教育是精英教育的基础,是一个国家走向现代化的必由之路,普通高校承担大众化教育既符合中国国情也是职责所在。无论大众教育还是精英教育,大学的根本目的都是培养合格的社会公民。高校的全部工作都和培养人有关,应该搞好校园文化建设,开设公民教育课程,引导公民技能的实践活动。对知识技能的传授,应有效调配师资力量,在现有条件下像培养精英一样关注每一位学生。

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。

瞬变电磁法中心回线装置资料解释方法的改进

中心回线装置是瞬变电磁勘探中最常用的装置之一.中心回线装置的视电阻率一般从回线中心点场的公式出发导出.在现场实际施工中,为提高工作效率,把发射回线中部三分之一的区域作为观测范围.通过对场分布特征的分析研究表明,与中心点相比,观测区边缘处的感应电动势数值偏离达15%～25%,这与广泛存在于华北型煤系中赋存深度为400～1000 m的陷落柱、导水小断层等引起的异常相比,已经不可忽略.大定源回线公式可以准确地表示任意场点的感应电动势,由此导出视电阻率无边缘效应影响;观测按照中心回线方式并保持在近区进行,可使感应电动势和视电阻率之间的转换简单而直接.理论和实际应用结果表明,这些措施进一步提高了瞬变电磁探测中心回线方法的探测精度.在有上覆低阻屏蔽层的情况下,对埋深500～700 m的陷落柱给出了了明显的异常反映,并被井下掘进所验证.

瞬变电磁场时域格林函数解

近源时间域电磁场具有信号强、探测深度大、精度高等优点,但传统勘探电磁场理论中偶极子近似在近源会引起较大误差,导致这一优势的发挥受到了制约.开展直接时间域电磁场解析式研究,是解决这一问题的途径之一.本文提出在点电荷微元假设下,引入时域格林函数,求取瞬变电磁场时间域解析解.采用积分运算法,把电磁场阻尼波动方程的求解问题转化为求其格林函数积分形式解的问题;建立辅助路径解决奇点问题,利用复分析中的约当引理、留数定理和广义函数等理论和方法,推导计算出时间域格林函数的时空四重广义积分.得到达朗贝尔方程的直接时域格林函数精确解析式,与传统方法"比拟"出的公式具有相同的形式,验证了本文推导的时域格林函数解析公式的正确性;推导出扩散方程的直接时间域解析解.通过与时变点电荷源时间域的电磁响应近似表达式进行对比,得出本文所推导的公式计算精度较高的结论;建立了全空间回线源瞬变电磁场问题的直接时间域求解公式.为解决全场区瞬变电磁场精细探测直接时域解析问题提供了基础理论.

二维地质体的瞬变电磁场响应特征

直接从时间域出发 ,应用时域有限差分方法 (FDTD)分析地下和地面的瞬变响应。由于二维情况便于图形表示 ,采取了线源二维地电模型。通过对二层均匀地电结构和含二维低阻体时地面垂直感生电动势曲线的计算 ,说明瞬变场响应有滞后现象 ,即异常地质体一旦引起瞬变响应 ,就会往后延时 ,并使响应延续较长时间。在实际的工程勘察中 ,曾用 3～ 5ms以后的延迟时间探测过较浅的异常体 ,如 2 0m至 150m深度范围内的地下老窑采空区 ,并取得了较好的探测效果 ,上述数字模拟结果为以往的实践提供了理论依据。

偶极子假设引起的大回线源瞬变电磁响应偏差分析

偶极子假设下的场点近似解与场点的瞬变电磁精确解存在一定的误差,文中对偶极子假设引起的误差进行了探索性研究.首先分析了由恒定电流偶极子公式"比拟"出的谐变偶极子位函数解.分别计算了静态场中磁偶极子和电偶极子的近似解与各自对应的未做偶极子假设的电流环和载流导线的精确解之间的误差值,然后分析了谐变偶极子微元与点电荷微元的误差.结果表明,在发射回线内,均不满足偶极子的条件,由此造成的解析表达式的误差不可忽略.为此探讨了以时变点电荷微元作为解析求解基本单元的可行性,以时变点电荷假设代替偶极子假设,将时变点电荷解直接"比拟"到时域场中,给出了时间域瞬变电磁场的推迟矢量位函数,为进一步研究时变点电荷微元假设下的精确解、直接时域求解瞬变场问题探索了新方法.