基于二分法的中心回线式航空瞬变电磁电导率深度成像方法研究

由于在均匀半空间模型的垂直感应电动势与模型电导率之间存在“二值性”,这对进行视电导率求取带来了一定的困难。以中心回线式直升机航空瞬变电磁法为例研究电导率深度成像(CDI),利用分段二分法改进视电导率搜索从而找到一个更符合理论的视电导率值,然后根据扩散深度求得各层的视深度,最后对成像深度进行微校正后建立CDI成像结果。用层状模型进行验算结果表明,该方法对低阻薄层,特别是浅部成像有很好的效果,该方法简单易行且成像效果较为理想。

中心回线方式瞬变电磁测深虚拟全区视电阻率和一维反演方法

根据半无限均匀介质空间中场的表达式 ,分析了一维层状介质情况下的中心回线方式瞬变电磁测深法的全区视电阻率定义的基本性质 ,并讨论了求解方法。特别地 ,引入了基于感应电动势的“虚拟全区视电阻率”概念 ,从而解决了全区视电阻率解的唯一性和存在性等问题。“虚拟全区视电阻率”能连续和直观地反映地下一维电性层电性垂向变化特征 ,对瞬变电磁测深资料的定性解释具有重要的意义 ,同时也为一维反演 (构制初始模型和确立目标函数 )奠定了基础。模型试验表明 ,根据“虚拟全区视电阻率”曲线 ,采用一维“正演修正法”进行反演是一种可行的方法。

基于横向约束的中心回线瞬变电磁一维反演

在中心回线瞬变电磁反演过程中,为保证反演结果横向连续性,可施加横向约束,将多个测点组合成一个整体进行反演,在相邻测点之间建立相关联系,从而保证反演结果的连续性。本文横向约束使用横向加权、垂向粗糙度约束来增强相邻测点之间联系,提高反演精度。在反演过程中引入自适应正则化因子,正则化因子通过计算每次迭代的数据目标函数和模型目标函数的范数自适应得到,可改善反演过程中对初始模型的依赖。最后使用该算法对基于非结构时间域有限元三维正演数据及实测数据进行反演,与实际结果相符,表明该算法可增强反演结果的连续性且具有很好的抗噪能力。

瞬变电磁法中大电流小中心回线与大定源回线两种观测方式的对比

对瞬变电磁法"小线框大电流"观测方式进行了研究。对小线框中心点处激发场(一次场)强度随深度的变化进行了计算,并和大定源回线进行对比;计算了小线框的关断时间,并和大定源进行对比;以实际地层为例,设定模型,计算了理论勘探深度;最后对实验线的应用效果进行了分析。研究结果表明,小线框观测方式完全可以满足常规勘探要求,并在缩小浅层盲区范围和方便施工等理论及实际应用方面具有明显的优势。

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.

中心回线瞬变电磁法2.5维有限单元算法

瞬变电磁法的野外资料解释基本上停留在一维水平 ,本文从生产实践中常用的中心回线法入手 ,基于电磁场本身的叠加原理 ,从麦克斯韦方程组出发 ,导出了中心回线瞬变电磁 2 .5维二次场 (纯异常 )的有限单元计算公式 .该算法采用三角形有限元网格 ,在尽可能拟合地下电性断面的情况下减少有限元网格的节点数和单元数 ;用选主元的LU分解法求解线性方程组 ,做到了在移动场源时只需改变右端项 ;在反傅氏变换中 ,使用新的波数选取方案 ,让波数m随时间t滑动 .最后给出的算例表明 ,该算法直接计算异常场 ,计算速度快、精度高 .

中心回线瞬变电磁测深全区视纵向电导解释方法

从“薄板理论”出发 ,利用良导薄板上磁偶极子源激发的瞬变电磁场电场分量的表达式和互换原理推导出了中心回线瞬变电磁测深法的感应电动势与纵向电导和深度的关系表达式 .通过利用感应电动势及其一阶导数表达式作简单数学推导 ,给出了全区视纵向电导与视深度的反演算法 .所求取的视纵向电导曲线不受过渡区影响和其本身固有的特点 :曲线斜率大小与电导率成正比 ;斜率发生变化的位置对应于电性界面 ;对比一条剖面上相邻的曲线形态 ,可以连续追踪同一地层界线 ,形成地电断面 .利用这些特征 ,可获得较高质量的中心回线瞬变电磁测深电性剖面 .为了验证视纵向电导解释法的有效性 ,采用了典型的 3层 H型和 4层 HK型地电模型的正演数据方法进行检验 .试算结果表明 ,全区视纵向电导曲线能较好地划分电性层 ,并能指示电性变化关系 .最后 ,给出视纵向电导解释方法的应用实例 ,通过全区视纵向电导反演计算 ,绘制的视纵向电导剖面具有良好的分层性 ,与同一剖面的反演电阻率剖面有较好的一致性 。

中心回线海底三维瞬变电磁响应规律分析

首先分析了中心回线装置在海底环境中的瞬变响应特征与规律,探讨了海水深度、装置尺寸及海底电性对于瞬变响应和分辨能力的影响;然后采用矢量有限元法对全空间三维海洋地电模型进行正演,通过与数值滤波解对比验证了算法的正确性;最后依据深海与浅海探测目标的不同分别设计模型,采用三维矢量有限元法对深海热液硫化物矿体模型与浅海小型目标体模型进行了正演计算,正演结果异常明显、边界清晰,通过总结并分析计算结果,得出了有价值的认识。研究成果进一步验证了中心回线瞬变电磁装置在海底环境的探测能力,为勘探的最优化设计和资料处理解释提供了有价值的理论依据。

磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率定义及计算

讨论了磁源TEM中心回线装置全程视电阻率的计算问题。利用电偶极子的瞬变场叠加来计算磁源TEM中心回线装置的瞬变场,均匀半空间的计算结果表明,该方法是可行的。用电偶极子的瞬变场定义了磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率,通过对二、三、四层电性断面的视电阻率的计算,并与TEM晚期视电阻率进行了对比,说明了该定义的优越性。实测磁源TEM资料的计算表明,用电偶极子的瞬变场定义的磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率较好地反映了电性断面特征,其对浅层磁源TEM探测及资料解译具有使用价值。

基于航空瞬变电磁法的水下高导体探测方法

随着声、磁隐身技术的快速发展,主流的声探测和被动磁探测效能大幅降低。经典的航空瞬变电磁法凭借主动探测、对高导体敏感及探测速度快等优势,在水下高导体目标探测领域极具潜力。文中从航空瞬变电磁法原理出发,基于圆形中心回线装置形式求得时间域垂直磁场响应公式,通过构建海水—高导电层—海水—海底岩石层状模型,研究了不同目标层深度及不同收发高度下一维模型中垂直磁场响应特征;并基于三维时域有限体积法对水下高导长方体进行正演计算,获得接收线圈中心处d Bz/dt的衰减曲线。一、三维仿真结果均表明:当海水中存在高导电率目标体时,其垂直磁场响应特征与无目标存在时有明显差异。反演成像中,利用高斯白噪声合成不同信噪比的仿真数据,结合OCCAM反演算法对水下目标体进行一维计算,对比不同信噪比下水中目标检测效果。结果显示:当信噪比大于等于10 dB时,水中存在的高导电层可以被有效检测;当达到40 dB时,高导电层的深度及厚度信息也有较好地判断。最后,在40 dB的信噪比下,将高导电层电阻率值按比例减小,发现该方法仍对目标层的深度信息有明显的反应。综合以上正演及反演计算过程,有效验证了该方法在水下高导体探测领域的可行性。

中心回线瞬变电磁探测的一种快速解释方法

分析了中心回线装置激发的电磁场在晚期与平面电磁波的传播特征,通过时-频转换将TEM数据转换成平面波场数据,构建了关于反射函数的M×N阶欠定方程组。用线性规划法解出反射函数序列qm,大量模型的反演结果与理论值误差很小。以qm为参数绘制出电磁响应时间剖面图,从而实现了TEM快速成像解释。成像剖面清楚地反映了断面的地电特征。实测资料的处理结果说明了方法的实用性。

中心回线瞬变电磁测深时间域处理解释技术

依据电磁场的弛豫过程,对野外实际观测的感应电动势时间曲线进行背景消除和微分变换,而后对变化后的结果进行深度标定,获得一种新的地电断面图,再对该种断面图进行解释,解决实际地质问题。在对某水库坝基岩石溶洞进行勘测中,利用该技术取得了十分良好的结果。钻孔验证解释结果时,成功找到了地下34m处直径2m的溶洞,与解释结果完全相符合。证明该研究成果可用于石油勘探中的浅层结构调查。

中心回线瞬变电磁法全期视电阻率的二分法求解

通过对均匀半空间中归一化感应电动势核函数的研究,发现在(0,+∞)存在一个最大值点max,其横坐标为1.613 63,且在(0,1.613 63)为单调递增,在(1.613 63,+∞)为单调递减,本文基于归一化感应电动势核函数在(0,+∞)上分段单调的特性,提出计算全期视电阻率的二分算法,计算速度快,计算一个测道的z值最多只需55次计算,二分法的精确度可人为设定,全期视电阻率的计算精度高,可进行精度评价,算法稳定,在无解时通过结合有解的数值进行三次厄米特(Hermite)多项式插值,可得到一条平滑的视电阻率曲线.

均匀半空间中心回线瞬变电磁法正演研究

通过对均匀半空间中心回线装置瞬变电磁法表达式分析,可以为瞬变电磁法的反演提供理论正演数据、可以为瞬变电磁法的反演提供一定的方法,同时还可以为野外生产设计与室内数据筛选与剔除提供一定的参考。通过一个反演实例说明在晚期微小的二次电位误差将对视电阻率的计算产生很大的影响。编制了matlab程序计算各种工作装置和视电阻率理论正演二次电位衰减到噪声影响程度高的准确时间。对工程设计、评价视电阻计算的准确度及剔除受噪声影响严重的数据有一定的参考性。

中心回线瞬变电磁法晚期视电阻率公式的适用性分析

晚期视电阻率计算公式在实际中最为常用,本文对不同情况下中心回线TEM晚期视电阻率公式的适用性进行了分析。比较了不同发射电流、发送回线边长、发送回线匝数、接收线圈面积、接收回线匝数等参数的对均匀半空间晚期视电阻率计算结果的影响,发现发射电流、发送线圈匝数、接收回线面积、接收回线匝数对计算结果没有影响,在其他参数一定的情况下,发送回线的边长越大,视电阻率收敛于大地电阻率的时间越长;发送回线的边长越小,视电阻率收敛于大地电阻率的时间越短;且大地电阻率增大10倍,视电阻率比原视电阻率达到相同误差的时间缩短约10倍。大地电阻率分别为0.1、1、10、100、1,000、10,000Ω·m,时间从0.002ms开始取值,间隔0.002ms,计算得到视电阻率随时间的变化关系,发现大地电阻率越大,视电阻率收敛于大地电阻率的速度越快;大地电阻率越小,视电阻率收敛于大地电阻率的速度越慢。当发送电流为20A,边长为200m的单匝发射回线,边长1m的100匝接收回线,大地电阻率为10,000Ω·m时,0.004ms后误差小于5%;1,000Ω·m时,0.04ms后误差小于5%;100Ω·m时,0.39ms后误差小于5%;10Ω·m时,3.892ms后误差小于5%;1Ω·m时,38.95ms后误差小于5%;0.1Ω·m时,392.968ms后误差小于5%。基于误差小于5%的前提对晚期视电阻率公式的适用性进行了分析。

中心回线瞬变电磁测深一维Occam反演

将Occam反演技术应用到中心回线瞬变电磁测深数据的反演中,为中心回线瞬变电磁测深数据的自动、快速解释奠定基础,解决Occam反演技术中的正则化参数选择、迭代步长的控制、模型约束的影响等关键问题。利用Occam反演技术可以较为准确地获得地电断面的电阻率分布,一般5次迭代目标函数就可以收敛到5×10-2。相对视电阻率的定性或者半定量解释技术,Occam反演的结果更准确。

中心回线瞬变电磁法在煤矿采空塌陷区的探测应用

白山市杨树林煤矿附近的采空塌陷区,已对南侧铁路的正常运行构成危害,需对其进行治理,为此选用瞬变电磁法探测该采空塌陷区的范围。根据该区的施工条件,在充分实验的基础上,确定采用中心回线装置进行探测,其施工参数为发射回线边长50m;接收回线边长5m、20匝、接收线框面积500m2;供电电流50A,采样率为4μs。共布设测线3条,其中2条平行铁路,线距25、点距10m;一条垂直铁路,点距25m。依据其1线、2线及3线TEM等视电阻率剖面图的低阻异常,判定该采空塌陷区在2线的在590～710m及3线的0～125m范围内。

中心回线瞬变电磁法观测二次电位误差对计算全期视电阻率的影响研究

通过对均匀半空间中心回线装置瞬变电磁法核函数的研究,推导了中心回线瞬变电磁法观测二次电位误差对计算全期视电阻率的影响的表达式。发现在晚期微小的二次电位的误差,将比早期对视电阻率的计算的影响更大。并介绍了目前对提高早晚期数据采集与处理质量的方法技术。

直流电测深法与中心回线瞬变电磁法联合反演

分析了直流电测深法(VES)与中心回线瞬变电磁法(TEM)对地层的响应特征,结果显示:TEM对低阻层反应灵敏,而VES对高阻层具有较高的分辨能力。基于TEM与VES对地层响应特征互补的特点,尝试将TEM与VES数据进行联合反演,模型试算结果表明,联合反演的效果明显比单一方法反演的效果好。

瞬变电磁(TEM)中心回线装置发射框边长与最佳探测深度关系的探讨

利用电磁学原理,推导出了载流正方形回路地下均匀半空间介质中心轴线上感应磁场强度B的理论表达式。通过系列的理论计算、对比和讨论,提出了瞬变电磁法中心回线装置探测深度主要受发射线框边长制约,其最佳探测深度与发射框边长二分之一相当的观点。这里引用了一些生产、试验事例,从实践上对这一观点加以佐证。旨在引起同行们的注意,以便在实际生产中更好地利用瞬变电磁法。