基于等值反磁通装置频率域电磁法研究

人工源近区频率域电磁法具有轻便、分辨率高及抗干扰能力强等优点,但提取地质体二次场响应难题困扰了该方法推广应用。基于等值反磁通原理提取二次场响应,首先,推导出了基于等值反磁通原理的频率域近场垂直磁场响应的表达式;然后,采用层状介质与均匀半空间介质的垂向磁场同相分量的比值定义视电阻率,并计算了典型层状介质垂直磁场的频率响应;最后,通过试验对比时间域与频率域方法对浅埋藏铝板的异常响应。研究结果表明:基于等值反磁通原理能够有效提取近场频率域二次场信号,近场垂向磁场的同相分量与大地电导率的二次方成正比;垂向磁场同相分量的比值定义视电阻率能够清晰反映A型、Q型、H型及K型地电断面的特征。

地球物理方法在城市地质结构精细化探测中最优方法组合研究——以成都市天府新区为例

【研究目的】成都市天府新区属于典型的西南红层地区,其地层结构呈泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩互层结构,不同岩性之间的物性差异相对较小,研究浅部地质结构探测方法,有利于实现城市三维精细地质模型的建立。【研究方法】本文在成都天府新区4个典型试验区,采用多种新的和传统的地球物理方法开展了地质结构精细探测试验。【研究结果】地质雷达、三分量频率共振具有较高的分辨率,其次是浅层地震勘探、高密度电阻率法、等值反磁通瞬变电磁法、微动勘探;地质雷达和等值反磁通瞬变电磁抗干扰能力最强,浅震、三分量共振、微动勘探受城市噪音干扰比较严重;采用地质雷达、三分量频率共振、高密度电阻率法、等值反磁通瞬变电磁法、浅层地震、微动勘探等方法进行组合探测,可以获得由浅至深不同深度范围内的地质结构分层。【结论】通过对比分析每种方法的探测深度、分辨率、抗干扰强度、施工效率和经济成本,形成了适应于成都市天府新区不同工况、不同探测深度的地质结构精细探测地球物理方法最优组合方案。

伽玛能谱法在胶东大尹格庄金矿床后疃矿区的找矿应用

大尹格庄金矿床位于招平断裂带中段,为一特大型蚀变岩型金矿床,招平断裂带为主要容矿构造。后疃矿区位于大尹格庄金矿床Ⅱ号矿带外围,是本次伽玛能谱面积测量和Ⅱ号矿带深边部找矿预测的工作区。后疃矿区成矿期张性断裂活动和热液成矿作用在矿体上盘胶东群变质岩围岩中留下了蚀变及钾、铀、钍等放射性元素异常等成矿热液活动痕迹,为伽玛能谱法找矿提供了依据。根据后疃矿区伽玛能谱异常规模、强度、组合特征等,共圈定找矿靶区8处。其中,A-1、B-1、B-3和C-3找矿靶区经钻探工程验证并先后见矿,取得了后疃矿区深边部找矿的重大突破。

山西省狐姑山BIF铁矿三维空间分布规律及深部预测

狐姑山铁矿是吕梁地区一个大型BIF铁矿床,该矿床成矿经历多期次构造-变形-岩浆活动,矿体形态极其复杂且空间分布不清,阻碍了深边部找矿效果。在系统的野外地质调查、矿石显微组构分析的基础上,进一步采用三维建模软件构建了狐姑山地层、矿体、断裂、岩浆岩等控矿要素的三维空间模型,结果显示:(1)铁矿主要受袁家村组地层与区域变质作用控制;(2)矿体形成后主要经历了EW向与近SN向的挤压构造应力作用,产生了褶皱变形,形成了连续平行分布的凹凸体,其垂向变形最大幅度达220 m;(3)成矿后的断裂错断矿体且断距较小,基性岩脉对矿体具有明显的破坏作用;(4)深部矿体倾角逐渐变缓,典型勘探线剖面高精度磁测与大地电磁测深结果显示深部异常体连续且有稳定延伸。综合矿床地质特征、三维空间分布、磁化率及电阻率异常特征认为,狐姑山矿床深边部均具有较大的找矿前景,并圈定了3个找矿靶区。

多极化大地电磁法原理及应用

平面电磁波从空气中传播到复杂地形表面和三维体表面,电磁场极化不再是简单的水平极化,而是沿着地形和三维体表面产生复杂极化。对此特征提出多极化大地电磁法(MPMT),该方法基于天然源平面波电磁测深原理,一方面采用共中心点不同极距测量电场极化,得到不同极距的卡尼亚电阻率,获得不同空间域电场极化条件下的大地电阻率信息;另一方面,在中心点位置和基站同步观测相互正交的水平磁场极化,利用中心点和基站的磁场极化差异得到不同频率下准静态磁场激发的磁化率差异。这种电磁测量方法同CSAMT、MT及AMT相比,有效降低了地形影响、静态效应及电磁干扰,同时得到电阻率和磁化率二种物性参数,有利于提高找矿预测精度,降低勘探风险。

多极化大地电磁系统及其在金属矿勘探中的应用

大地电磁法在矿产资源勘查、自然灾害监测预警、工程勘探等领域发挥着不可或缺的作用。鉴于目前国内市场大地电磁仪大多为国外进口,研制具有自主知识产权的大地电磁仪需求迫切。多极化大地电磁法同时采用多组不同极距观测同一方向上的电场,从而获得不同空间范围的电场信息,提高测深准确度。多极化大地电磁系统采用一套电磁场传感器观测1~105 Hz频段的天然电磁场,实现2000 m以浅测深;其具有2磁道、3电道,既可以实现多极化大地电磁法观测,也可以实现传统的大地电磁法矢量或标量观测;系统配套的数据采集软件和数据处理软件界面友好,功能齐全,方便操作。通过多通道、多仪器一致性检测,并与国外仪器对比,表明仪器性能良好。在某金属矿勘查中的成功应用,表明该系统具有应用前景,可推广使用。

基于ZYNQ处理器的射频大地电磁采集仪器研发

研发基于ZYNQ处理器的ARM嵌入式天然场射频大地电磁法信号采集系统。该系统集成了采集控制模块、数据读取模块和数据滤波模块,采用FPGA高速逻辑门电路、FIR滤波器以及ARM嵌入式系统等技术手段,实现RMT信号的采集、传输、滤波和存储。仿真和对比试验结果表明:该系统性能稳定,滤波模块阻带衰减大于70 dB,系统采集的数据反演结果精准,能提供高精度地质信息,所设计的信号采集系统能够为国产化射频大地电磁法勘探设备研发提供一种技术方案。

基于1 Hz~100 kHz天然电磁场深埋长隧道勘察

随着深埋长大隧道洞身埋深的增加,目前常用的10~8192 Hz频带音频大地电磁法满足不了隧道勘察中浅层高分辨率探测和深部数千米深度探测的需求。为了提高浅层分辨率和深埋洞身探测能力,将频率范围扩展至1 Hz~100 kHz进行研究。首先建立复杂地形深埋长大隧道与不良地质体的电性模型结构,利用非结构化网格剖分有限元二维正演计算频率1 Hz~100 kHz宽频天然电磁场的电阻率和相位响应。研究结果显示:TM极化模式对地形、断层及浅部异常体的横向分辨力更强,但受静态效应影响导致纵向分辨率较差;TE极化模式横向分辨力较TM极化模式稍差但不受静态效应影响拥有较高纵向分辨能力,理论上论证1 Hz~100 kHz的频带范围可满足0~2000 m范围内复杂地形深埋长隧道探测需求。随后,基于MPMT-18系统,一次性完整采集了重庆市武隆区高速公路谭家隧道1 Hz~100 kHz的天然场电磁信号,计算了电阻率和相位响应并反演了谭家隧道的电性结构得到电阻率剖面图,以不同岩性电性特征为物性依据进行综合解释:精细划分了地表第四系覆盖层的厚度,推断了土石界面;分辨了洞身二叠系下统的灰岩、泥岩以及志留系页岩不同岩性围岩,为隧道施工提供了依据;根据电阻率特征在灰岩、泥灰岩地层中划分出3个异常区,经SZK02和SD 33钻孔揭示异常区存在3~4 m大小的岩溶,验证了资料解释的可靠性。

基于等值反磁通原理的浅层瞬变电磁法

基于等值反磁通原理的瞬变电磁法是一种新的探测地下纯二次场的方法.该方法采用上下平行共轴的两个相同线圈通以反向电流作为发射源,且在该双线圈源合成的一次场零磁通平面上,测量对地中心耦合的纯二次场.理论计算和物理实验论证了该方法能够有效消除接收线圈本身的感应电动势,从而获得地下纯二次场的响应.理论推导和数值计算证明了该方法采用的双线圈源比传统瞬变电磁法采用的单线圈源对地中心耦合场能量更集中,因而有利于减少旁侧影响、提高探测的横向分辨率.实测试验表明该方法是浅层探测的一种有效方法.

水面等值反磁通瞬变电磁法矢量有限元三维正演研究

等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)在浅水域探测中应用前景广阔,为研究其探测能力,采用矢量有限元法进行浅水域水面等值反磁通瞬变电磁法三维正演模拟。首先,从频率域麦克斯韦方程组出发,利用Galerkin法推导了基于电场的矢量有限元方程,再通过余弦变换变换将频率域响应转换至时间域;然后采用三维矢量有限元法计算了浅水域典型地电模型响应,与数值滤波解进行对比,验证了算法的正确性,并分析了不同水深、不同基底围岩电阻率下等值反磁通瞬变电磁响应规律;最后,采用矢量有限元法计算了浅水域水面等值反磁通瞬变电磁三维响应,正演结果表明等值反磁通瞬变电磁法对低阻异常体响应强烈,异常清晰明显,对浅水域低阻异常体具有较高的探测能力。本研究可为浅水域等值反磁通瞬变电磁法数据处理解释提供一定理论参考。

正交水平磁偶源的电磁场分布规律

正交水平磁偶源是模拟天然场源的较好人工源,可以方便地实现可控源高频大地电磁张量测量.正交水平磁偶源的电磁场分布规律是野外工作布置的理论基础,为此计算了均匀大地模型正交水平磁偶源的电磁场.计算结果表明:电磁场水平分量在各个象限都有一相对低值带,对应的标量视电阻率形成了畸变带,但张量视电阻率畸变带消失;张量视电阻率曲线形态显示出近区的低阻、过渡区的高阻隆起和远区趋于真值的规律.通过野外试验验证理论计算结果,在无法准确确定地下介质电阻率参数的情况下,以天然电磁场计算的电阻率为参照对比研究了正交水平磁偶源电磁场的分布规律.试验结果表明:正交水平磁偶源与电偶源的电磁场同样的存在近区、过渡区和远区;在远区,正交水平磁偶源与测点的相对位置对张量测量结果几乎没有影响,即在远区可以在任何方位测量;正交水平磁偶源的布置要考虑收发距的影响,保证测量在远区进行.

瞬变电磁法三分量测量方法研究

在不考虑本征电流之间互感的情况下,研究用本征电流代替涡流计算地表瞬变电磁场的模拟计算方法,计算均匀半空间中定源装置下薄板导体在不同倾角时的X,Y和Z3个分量的响应特征,并与1条已知地质剖面的实测结果进行对比分析。研究结果表明:除板状体直立外,薄板导体X分量的过零点基本上是板状体的中心在地面的投影位置;当板状体水平或直立时,Y分量曲线是对称的,Z分量曲线是反对称的;当板状体倾斜时,Z分量和Y分量曲线都不对称,在倾斜方向曲线平缓,响应范围大,在反方向曲线陡立,响应范围小,因此,用X分量可以确定异常的中心,用Z和Y分量可以定性判断板状体的倾向;实测结果与计算结果一致,说明综合分析X,Y和Z方向3个分量的方法比单分量分析的方法更有助于对异常体的解释。

低阻覆盖层对高频大地电磁测深的影响

低阻覆盖层对电磁波具有屏蔽效应,会降低高频大地电磁测深的探测能力。通过一维正演模拟,对无低阻覆盖层时探测能力和有低阻覆盖层时探测能力的变化进行对比研究,表明有低阻覆盖时,探测能力普遍下降;在相同探测能力条件下,高频大地电磁测深可探测异常体上覆围岩厚度与异常体厚度的比值,和围岩与异常体电阻率比值呈线性关系。通过綦江县某铁矿测区的找矿实例,验证了低阻覆盖层对高频大地电磁测深探测能力的影响规律。

EH-4系统中工频干扰的处理与改进

EH-4系统处理50 Hz工频干扰的方法一是在采集数据时进行硬件陷波,二是在利用标定文件标定功率谱时进行数字陷波.这两种陷波在没有工频干扰时会过度丢失有用信息,在强干扰下陷波不彻底,且没有对三次以上高次谐波进行压制.针对这两点不足,本文采用在50 Hz及其谐波影响频段范围内设置0权值的改进parzen窗加权平均法来取代IMAGEM窄带等权平均法对功率谱进行平滑估算,从而有效消除工频干扰.实例应用表明该方法简单有效,可以提高数据质量.

运用对称四极测深研究层状极化介质频谱特征

不考虑电磁感应,用Cole-Cole模型表征极化介质复电阻率,正演计算对称四极装置测深2种典型层状极化介质频谱激电谱曲线和其2个极距的频谱.计算结果表明,时间常数值较大的极化层(如炭层等)所反映的相位曲线,当频率为0.01～1 000 Hz时,随着频率提高,相位负异常递减;时间常数τ值较小(如块状硫化物等)的极化层反映的相位谱与τ值较大的极化层所反映的规律不同;在同样的频率范围内,随着激发频率的提高,相位负异常递增,而后又递减;时间常数τ值较大的极化层的相位频谱特征频率要远远小于τ值较小的极化层的相位频谱特征频率.这些谱特征为区分矿与非矿提供了理论依据.

采用音频大地电磁法间接探测深埋富集铁矿床

由于深埋富集铁矿矿体的埋深超过500 m,直接运用音频大地电磁法(AMT法)圈定深埋富集铁矿矿体异常的纵向分辨率难以实现,为此,根据矿床成因、成矿环境以及矿体赋存空间特征等地质因素,建立地质模型,在地质模型的基础上构建地电模型;在地电模型的基础上,应用AMT法达到间接找矿的目的。綦江式铁矿和宁乡式铁矿的勘查实践结果表明,应用AMT法能够确定找矿标志、含矿层次和赋矿构造等,从而间接实现探测深埋富集铁矿床。

μ子能损超前探测技术研究

依据宇宙射线μ子穿过高密度体物质时能量损失比穿过低密度体物质时的大的物理特性,推导电离损失、韧致辐射、电子偶衍生以及核相互作用的能损数学表达式,运用Geant4软件分别模拟μ子探测充填空气和水的溶洞穿透过程,记录其能量,构建μ子入射与出射能损成像,并与其散射成像图进行对比。研究结果表明:μ子能损成像有效解决了μ子散射对相近原子序数的元素组成物质分辨率低的问题,有望利用μ子低能损成像实现对充气和水等低密度空洞的超前探测,为超前探测提供一种新的探测方法。

试论HACSAMT法

ＨＡＣＳＡＭＴ法在不增加任何设备、工作人员、工作时间的前提下，观测基波信号的同时，采集其高次谐波的振幅和相位的数据，大大地提高了劳动效率，而且，由于运用了谐波的有用信号，加密了ＣＳＡＭＴ法勘探的频率，从而。

瞬变电磁感应式天线分布电容零相位测试方法与应用

瞬变电磁感应式接收天线处于临界阻尼状态时,主输出信号才是纯目标体的感应信号。这种临界阻尼状态与接收天线的电感、分布电容以及电阻等电参数有关,其中电阻、电感值可以通过频谱仪直接测量得出,但是分布电容无法直接获取。为了能够研制高性能接收天线,本文提出了一种精确计算接收天线分布电容的方法。首先,构建瞬变电磁感应式接收天线等效电路模型;然后,推导输出信号零相位的谐振频率计算公式;最后,通过测量天线的谐振频率,并计算分布电容。为了验证了此方法的可行性,采用标准电容与计算电容比对,并测试了不同类型瞬变电磁感应式天线,测试结果表明:用零相位法计算分布电容精度高,方便快捷,可用于设计和制作高性能瞬变电磁感应式传感器。

EH4音频大地电磁测深方法在鄂东南地区寻找隐伏矿体的应用

鄂东南丰山矿田是长江中下游成矿带重要的铜金矿田,可采资源储备严重不足,亟待寻找接续资源。新一轮找矿主要是寻找隐伏矿体,这不仅需要准确圈定找矿靶区,更离不开物探技术方法的合理应用。在研究以往工作成果的基础上,选择丰山南山作为找矿靶区,首次应用音频大地电磁测深(EH4),并辅以双频激电测深和地质剖面测量方法进行定位预测。EH4采用连续剖面测深方法,网度为100m×20m,采用天然源,采集频率范围为10Hz～100kHz。对采集的数据进行二维反演和二维电磁成像,经综合分析确定找矿靶位。钻探验证7线物探异常,发现隐伏铜金工业富矿体,实现深边部找矿突破。研究表明,在危机矿山应用EH4寻找隐伏矿体具有广阔的前景。