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.

瞬变电磁勘探中的低阻层屏蔽问题

分析了华北型煤田地层的电阻率特点, 用时域有限差分法和G-S算法分别对理论模型和皖北煤电集团公司任楼煤矿的勘探实例作了数值与解析分析, 证明低阻层对瞬变电磁探测是屏蔽层, 当低阻层覆盖在探测目标之上时, 要探测同样的深度需更长的观测时间, 由此降低了晚期信号的信噪比, 因此现场施工应选择合理的设计参数并有必要研制用于煤田水文地质勘探的大功率仪器.

深部高压水害隐患探测的井下电磁法技术

在煤矿深部高压水害隐患探测中,井下电磁法发挥着独到的作用。介绍了井下直流电法、井下高密度电阻率法、电透视法、井下瞬变电磁法的工作原理和施工方法,以及顶底板探测、侧帮水害隐患探测、回采工作面水害隐患探测及独头巷道超前探测的效果。结果表明,矿井电磁法对含水低阻体敏感,与探测目的层或地质体近距离接触,对导含水体具有较高的分辨能力,是探测采煤工作面突水隐患的有效方法。

CSAMT静态偏移的转换相位法校正

静态偏移可使CSAMT实测视电阻率曲线在双对数坐标中产生平行的上、下移动,导致资料解释的精度降低。相位数据与视电阻率的平行移动无关,只与其斜率有关,且相位曲线中同样包含与电场或磁场相同的地质信息,但在实测中不易得到高质量的相位曲线。本文将实测数据中的单分量电场数据转换成相位曲线,可有效地消除静态偏移的影响,且不存在校正不足或过量的问题,也不受测点布置的限制。用转换相位进行定量反演的结果和用电场幅值曲线反演的结果相差无几,在转换中引入的误差可以忽略不计。在CSAMT资料处理、解释中,相位曲线不仅可以和EMAP法一样作为常规的校正静态偏移的处理方法,而且可以和视电阻率数据一样作为常规的资料解释方法。

煤炭地下气化综合电磁法监测技术的应用

煤炭地下气化可以从根本上消除煤炭开采的地下作业工程 ,充分利用煤炭资源 ,将煤层所含的能量以洁净气体的形式输出地面 ,而将灰烬和废渣留于地下 ,从而大大减轻传统采煤和气化工艺对环境造成的不良影响。为了使地下煤层的燃烧和气化得到有效的控制 ,使气化工艺有效地发挥作用 ,及时准确地了解地下气化状态 (包括燃烧工作面的位置、移动速度及燃空区的范围等 )至关重要。监测试验表明 ,综合电磁法是进行煤炭地下气化监测的有效方法。

瞬变电磁场探测中低阻屏蔽层影响的时-频分析

瞬变电磁法在低阻覆盖层地区施工时会受到低阻层的屏蔽影响。虽然观测数据如感应电动势有较大的数值,但实际上探测深度却大大减小了。当有上覆低阻层存在时,要探测同样的深度,需要较长的观测时间。采用平滑伪Wigner-Ville分布和Gabor展开,分别将典型的二层地电模型(D、G型)与三层地电模型(H、A、K、Q型)的感应电动势衰减曲线映射成为时间-频率平面上的二维信号,通过对时-频能量谱的分析及模型之间的对比研究表明,瞬变电磁场能量在低阻层中聚集和损耗,尤其是对于描述我国华北型煤田的A型地电模型(地表为低阻层),瞬变电磁场的能量在由地面向下扩散的过程中,能量通过基底以上各低阻层的聚集和损耗,到达最有观测意义的底层界面(奥灰与煤系的界面)时,已经消耗殆尽。因此,当在A型模型地层地区进行瞬变电磁勘探时,应充分考虑低阻屏蔽层的影响,在施工设计时应选择较长的观测时窗以保证探测深度,并采用大功率仪器来提高信噪比。

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.

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。

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。

探地雷达信号直达波的去除

基于探地雷达信号直达波的特点,应用二维物理小波作为基本小波对探地雷达信号进行小波变换,选择合适的小波尺度估计直达波干扰进而去除直达波.通过对两个实测探地雷达资料的处理,验证了该方法的有效性,与二维连续有向小波变换方法进行对比具有占用内存小、计算速度快的特点.

煤炭地下气化燃空区瞬变电磁法测量试验

煤炭地下气化燃空区的测量是一个新的研究领域，文中运用小装置瞬变电磁测量方法对其进行了测量尝试，并取得了较好的结果。

2D有限差分偏移技术在探地雷达信号成像中的应用

由于绕射波的存在,很难准确估计探地雷达剖面中目标的尺寸,因此,对目标进行成像研究具有重要意义和应用价值。采用2D有限差分偏移技术对典型的合成记录及实测探地雷达剖面进行了成像处理,结果表明,偏移可以大大提高探地雷达资料的横向分辨率。在实际资料处理中,通过对点目标绕射波的准确归位,可以简单估计地下介质的电磁波速度。讨论了工程处理中速度模型的建立,实际数据的非零偏等偏移处理中的核心问题。

Love型槽波物理模拟及对断层的响应研究

槽波地震勘探因为具有分辨率高、能量衰减小的特点,在煤矿井下隐伏致灾体的地球物理勘探中已得到了广泛的应用。但现阶段的槽波探测精度尚无法满足矿山智能化的要求。目前,物理模拟多以二维模型条件下的Rayleigh型槽波模拟为主,Love型槽波研究较少。为了掌握Love型槽波的传播规律,进行了三维槽波物理模拟中的Love型槽波研究。首先,通过波动方程和频散曲线分析,研究了Love型槽波的波动及质点振动特征;然后以相似性原则为基础,通过构建类比于野外采集的激发、接收、同步装置,搭建了槽波物理模拟平台;随后通过硅橡胶和树脂等材料的配比选择,制作了符合实际地层岩层属性的地震物理模型;最后通过设计的3种典型观测系统,进行槽波超声物理模拟,成功观测到了物理模型中的Love型槽波。通过对煤层和围岩中2条测线的波场记录和频散曲线的对比分析,特别是理论曲线的符合程度进一步验证了模拟的有效性。同时,通过对横穿断层和正常煤层的2条测线Love型槽波波场的对比发现,断层前后波场频率成分发生了以Airy相为分界的明显转换,而且过断层后槽波能量几乎全部被衰减。研究结果将为后续定量、精细化槽波地震勘探提供采集、处理及解释等方法技术的理论支撑。

地质雷达在采空区送电线路勘测中的应用

通过某工程实例 。

二维物理小波标架去除探地雷达信号随机噪声

探地雷达是对媒质内部的目标进行探测,接收信号中存在多种干扰与噪声,而目标反射回波信号往往较弱,甚至可能掩没于干扰与噪声中,这给探地雷达数据的处理与解译造成了很大的障碍。因此,去除随机噪声干扰是利用探地雷达进行浅层目标识别的关键技术。介绍了二维物理小波函数的构造及特性,比较了小波函数随尺度变化的特性,利用典型信号的分解与重构验证了程序的正确性,给出了二维物理小波标架阈值去噪的实现过程,并用两个典型信号进行了去噪处理,证明了该方法的有效性。

井中瞬变电磁法在煤矿独头巷道超前探测中的应用研究

利用瞬变电磁法在煤矿井下独头巷道开展了超前探测含水构造的试验研究.结果表明,井中瞬变电磁法具有定向性(方位性)好、探测距离大等突出优点,是矿井超前探测含水构造的有效方法.

大型双三轴气浮定位多道三维地震物理模拟系统及其应用

三维地震物理模拟技术作为一种重要的地震波传播特征的研究手段,与数值模拟相比具有结果更逼真、不受计算方法和边界条件限制等优点,是认识复杂构造地震波传播规律及其响应特征的有效方法之一,并在地震波传播基本规律研究、野外地震勘探方法验证、观测系统设计优化等方面具有重要的应用价值。为此研发一套大型双三轴气浮定位多通道三维地震物理模拟实验系统。该系统包括导轨和传动系统、运动控制系统、定位测量系统、物理模拟数据采集系统及安全系统等5部分,可实现大尺度物理模型高精度定位,多通道、高效率、高信噪比、高分辨率模型超声波信号采集等功能。利用该系统对模拟含断层、陷落柱、煤层变薄带多种构造的含煤地层三维地震物理模型进行数据采集试验,获得的整体成像效果与地震物理模型吻合,验证了该系统的可靠性和准确性。该系统的研制成功为煤炭地震勘探方法理论研究及实际生产应用提供了新的实验技术手段。

二次时差法在地下水资源勘察中的应用

因不受纯地形起伏及围岩电阻率不均匀性影响,激发极化法在地下水资源勘察中得到广泛应用.大量试验研究表明,在激发电流大于临界电流后,含水层的半衰时随激发电流的增大呈线性增大,而非含水层的半衰时则基本不变或减小.据此规律,提出了二次时差法.该方法根据二次时差值的大小和正负来判断含水层与非含水层.作者介绍了二次时差法探测地下水的原理及方法技术,并通过多个应用实例来说明其应用效果.

对瞬变电磁测深几个问题的思考(二)——小回线瞬变场法探测分析与实践

阐述了小回线瞬变场法探测的几个问题:在地电断面一定的情况下,瞬变电磁(TEM)场的理论扩散深度仅取决于时间;模拟不同大小回线发射电流相同时,其激励的地下电场峰值到达某一深度的时间相同,只是强度不同;经过推导与计算,显示小回线中心的感生电动势比预想的大,按大回线公式计算小回线观测结果的转换视电阻率会大大缩小;列举了几个小回线TEM法实际探测结果。从理论与实际结合上展示小中心回线TEM法的探测能力。

层状全空间电测深曲线类型与新方法研究

研究全空间直流电测深曲线的变化规律,为全空间直流电法的创新应用提供理论依据,采用理论计算层状全空间直流电测深曲线并统一归纳分类的方法,总结了全空间直流电测深曲线的类型和基本性质。结果表明,全空间条件下n层地层对应的曲线类型为2n-1种(n>0),且远比半空间的复杂;层状半空间曲线类型仅仅是全空间条件下记录点以上的地层电阻率为无穷大的特殊情况;在超高阻层存在时,半空间曲线尾支呈45°角上升的渐近线在全空间条件下其尾支渐近线变为0°角,由此发现全空间条件下直流电法探测低阻层比探测高阻层具有明显优越性。利用全空间直流电法这一性质,发展出许多煤矿井下全新的探测方法,为煤矿层状地层条件下的全空间直流电测深法探测低阻含水导水等隐伏灾害性地质构造指明了应用方向,丰富了全空间电测深理论。