大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用

该文通过研究大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用,旨在提高煤矿采空区探测的效率和准确性。深入探讨大定源回线装置瞬变电磁法的原理和工作机制。在此基础上,设计并实施适用于煤矿采空区的探测方案,并通过试验进行验证。结果表明,大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中取得显著的效果。大定源回线装置瞬变电磁法具有高效、准确、可靠的特点,能够快速识别采空区位置,为后续生产建设提供保障,同时也为其他煤矿采空区勘察提供参考。

大定源回线TEM法在煤矿采空区的探测效果分析

大定源回线TEM法在煤矿采空区起至关重要的作用,当利用偶极子合成回线源方式,计算大定源回线TEM全区视电阻率处理实测采空区TEM数据时,可以有效消除晚期视电阻率存在的“边界效应”,得到的晚期视电阻率不存在视电阻率假高值,接近地表真实电阻率,这对探测地下煤矿采空区有重要意义。本文利用大定源回线TEM法对山西某煤矿探测成果进行分析,根据视电阻率的相对高低分析采空异常区的分布规律,圈定低阻异常区域,推断采空区范围,并对视电阻率断面图和顺层切片图进行共同解译。

基于平移算法的大定源回线瞬变电磁法在地热勘探中的应用

地热资源是一种绿色资源,对低碳经济的发展具有强大的推进作用。瞬变电磁法对低阻异常反映灵敏,在探寻水热型地热资源中得到广泛应用。传统的瞬变电磁处理方法是对观测的感应电动势来计算归一化函数并进一步通过迭代算法来计算视电阻率,但该处理方法计算效率较低。通过研究大定源回线装置计算全区视电阻率的迭代算法和平移算法,比较并分析了三层理论地电模型的正演结果及运算误差。结果表明:平移算法计算速度快,且精度满足要求,方便了大量实测数据的快速处理解释,并对实测地热资料进行处理,该方法用来计算全区视电阻率在实际工程中是可行性的。

大定源瞬变电磁法在垃圾填埋场渗漏调查中的应用

某垃圾填埋场始建于2000年,库区容量为1022万m^(3),在2020年一次日常巡查中,发现库区边缘碳酸盐岩裂缝中有渗滤液渗出,形成散染区,有逐渐扩大的趋势,为了快速获得渗滤液渗漏运移通道及地下空间的污染范围,防止造成重大的污染事件,开展了垃圾填埋场渗漏调查。通过实施大定源瞬变电磁法对垃圾填埋场进行探测,利用剖面视电阻率值和不同时间道次切面视电阻值构建地下空间的电性结构,并结合水文地质和基础地质资料进行精细解释,推测了垃圾填埋范围、渗滤液渗漏位置及运移通道。本次应用结果表明:大定源瞬变电磁法可以提供45个不同时间道次的切面视电阻数据值,结合剖面视电阻率值、地质、水文等信息,可以实现地下空间的立体化和透明化,所以应用大定源瞬变电磁法对垃圾填埋场进行渗漏调查时,能快速识别污染源空间位置和渗滤液的运移通道,反应污染物的立体分布和未来发展趋势,对垃圾填埋场渗漏导致的环境污染治理具有重要意义。

矩形大定源层状模型瞬变电磁响应计算(英文)

针对矩形大定源介绍了一种层状导电模型瞬变电磁响应的快速计算方法.其基本思想是,将大定源同线源用较少的有限大小方形回线叠加.在频率域,该叠加过程导出矩形大定源回线模型响应可以表示为一个标准的Hankel积分,叠加效应仅仅是相应Bessel函数的空间积分过程.瞬变电磁响应可以利用余弦变换由频率域响应获得.均匀半空间模型计算结果和解析解较为吻合,层状模型模拟结果符合物理规律,不同测点位置感应电动势的视电阻率具有很好的一致性.新方法误差只是来源于圆回线对小方形回线的等效误差.与均匀半空间解析结果比较,只用16个方形回线等效,相对误差就可以小于10^(-3).

大定源瞬变电磁法矩形发射回线激发的电磁场

首先从垂直磁偶极子产生的电磁场表达式出发,推导出了矩形发射回线产生的电磁场表达式;然后通过Guptasarma积分和Hankel积分将这些表达式转换为时间域电磁场,求出感应电动势;最后通过模型计算来难验证其正确性。通过数值模拟发现,在层状介质模型情况下,矩形发射回线中心区域电磁场的瞬变响应近乎均匀,地表低阻层对电磁场有很强的屏蔽作用。

计算矩形大定源回线瞬变电磁测深全区视电阻率

介绍了矩形大定源瞬变电磁测深全区视电阻率的计算方法。根据大定源感应电动势关于电阻率非线性变化特点,利用二分法计算感应电动势的全区视电阻率。在此过程中,计算首先从早期感应电动势开始,并将计算得到的视电阻率作为下个窗口视电阻率计算的依据。以此类推,得到全部时窗的视电阻率。理论模型和实际数据的计算结果表明文中提出方法的有效性和正确性。

大定源瞬变电磁一维自适应正则化反演

自适应正则化反演对初始模型要求较低,直接对瞬变电磁响应数据进行反演。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自适应的得到,从而快速获得地下的地电结构。本文采用自适应正则化反演算法对大定源回线瞬变电磁一维层状模型进行反演,使用均匀半空间作为初始模型,首次采用模型对深度的二阶导数极小的模型约束,通过典型理论模型的反演计算,证明了TEM自适应正则化一维反演算法拟合效果好、精度高,由于不用反复搜索正则化因子,并且收敛速度快,体现了良好的稳定性和可靠性。

均匀半空间表面大定源瞬变电磁响应的快速算法

大定源是地面瞬变电磁观测的主要方式之一,该方式在大深度、高密度的面积测量时具有明显的优势.但当接收点偏离发射框中心时,由于场源的非对称性(即框边影响),数据处理和解释比较困难,特别是全程瞬变响应的精确计算相当耗时.本文介绍一种数值算法,它既能实现快速计算,又能满足精度要求.该算法通过对瞬变场垂直分量(bz)及其时间变化率(bz/t)的核函数Y(Z)和Y′(Z)表现特性的研究,以参数Z把整个瞬变过程分为早期阶段(Z→0),中期阶段和晚期阶段(Z→∞).计算全程响应时,早期和晚期阶段分别采用Y(Z)和Y′(Z)的渐近表达式;对中期阶段,内层积分(即误差函数erf)采用有理Chebyshev渐近展开式,外层积分采用Romberg数值积分法.理论模型计算表明,利用该算法可以快速计算空间任意点(除发射边框)的全程响应核函数Y(Z)和Y′(Z).当测点到边框的距离大于边长的25%时,计算速度比常规数值积分算法快7倍;其它测点处计算速度比常规数值积分算法快4倍.全程时段的相对误差<0.0002%.

模拟退火法计算大定源瞬变电磁法的视电阻率

利用模拟退火法拟合理论感应电动势和实测感应电动势,可获得大定源瞬变电磁法矩形发射回线内测点的视电阻率,本文采用均匀半空间和三层地电模型验证了算法的精度和稳定性。以均匀半空间地电模型验证时,采用不同初始模型运行该算法20次,得到的视电阻率大部分与真实电阻率误差在0.5%以内,部分误差在1.5%~6.0%之间,这些误差较大的时刻随机分布。每次迭代计算约40次即可获得高精度的视电阻率值。以三层地电模型验证时,通过与翁爱华利用二分法计算的视电阻率比较,进一步验证了本文算法的正确性。

大定源瞬变电磁三分量全域视电阻率定义与三分量联合反演

多数瞬变电磁仪器可以同时采集三个分量的响应,但目前瞬变电磁的解释方法却主要以中心回线垂直分量为主。为了充分利用瞬变电磁三分量的信息,介绍一种大定源瞬变电磁三分量约束反演方法。基本思想是利用瞬变电磁三个分量的场分别求取全区视电阻率,并以此为基础建立初始模型,利用阻尼最小二乘法进行三分量反演。首先,将回线源看成是多个电偶极子产生的场的叠加,利用偶极子叠加的原理求取回线的三分量电磁响应,并推导视电阻率的全区与全期定义(即全域视电阻率定义);然后,利用烟圈理论求取视深度,并以此建立反演的初始地电模型。最后,利用阻尼最小二乘法实现三分量约束反演。利用文中视电阻率定义方法对已知模型数据进行处理,视电阻率曲线与模型的电性参数变化一致;以视电阻率结果为依据建立初始模型,利用三分量约束反演方法对层状模型数据进行反演,结果与模型吻合较好。

矩形大定源瞬变测深数据模型约束反演

利用一维光滑模型约束反演对矩形大定源回线的数据进行反演,大定源回线瞬变电磁响应采用计算速度很快的小方形回线等效叠加方法获得。光滑模型反演分别采用基于平坦约束和光滑约束进行,通过对层状模型理论的垂直磁场感应电动势数据和实际数据进行反演,结果表明,采用光滑模型约束,能较稳定地获得地下电阻率的合理分布。

大定源瞬变电磁均匀层状介质正演计算

大定源回线瞬变电磁法以其高效的工作方式,一直备受野外工作者青睐。这里从基本理论出发,给出了大定源回线发射源在均匀层状介质的电磁响应计算公式,利用Quadrature With Extrapolation(QWE)算法计算了线框内、外的垂向磁场响应,并将其与传统的Fast Hankel Transform(FHT)算法进行了对比分析,两者对于虚部的计算都比较准确。当发射线框位于地表以上一定高度时,两者的计算结果吻合的较好。在发射线圈位于地表的时候,QWE算法的计算结果比较稳定,适用性优于FHT。

大定源回线瞬变电磁场数值滤波算法

在前人的工作基础上,给出一种新的快速计算框线源激发的瞬变电磁场的数值滤波算法,其中内层积分的Hankel积分式采用47点J1型线性滤波系数,外层积分采用"n点式"Gauss-Legendre数值积分法。通过线性迭加技术,将多个单线源组合成任意多边形的瞬变电磁的发射框源。算例分析表明,数值计算结果和解析解的最大相对误差小于0.007%,单测点、单时间道的计算耗时为0.1s。该方法可应用于瞬变电磁法生产实际中确定出最小延迟时间,以避免"框线效应"对瞬变电磁场的畸变影响。

大定源瞬变电磁法在探测煤矿采空区富水性中的研究

大定源瞬变电磁法目前已成为许多矿区水文地质勘查的首选方法。而煤矿老窑采空区出水已成为矿井突水的显著特点之一,因此,本文使用大定源瞬变电磁法对采空区的富水性进行了研究。作者基于电磁场的基本理论研究了大定源瞬变电磁场响应分布规律,并通过一个工程实例证明了瞬变电磁法在探测煤矿采空区富水性方面是有效的。

大定源瞬变电磁法三维正演程序开发

大定源瞬变电磁法是应用比较广泛的电磁激发方法之一,本文介绍了其三维正演程序的开发。首先从麦克斯韦方程组出发,通过讨论边界条件、初始条件和场源计算等问题,建立起地下半空间介质中电磁场与电阻率分布之间的关系方程。再论述求解地下半空间介质中电磁场的三维交错网格有限差分法。然后利用有限差分法完成大定源瞬变电磁法三维正演模拟程序的开发,并详细介绍了程序的流程。最后以均匀半空间模型为例来进行数值模拟,得出结论与实际相符合。利用该程序还可以设置各种三维地电模型来进行数值模拟,从而为野外勘察提供指导,为室内资料处理提供依据。

浅层不均匀体对大定源瞬变电磁响应的影响

根据瞬变电磁法基本原理,当大定源发射回线下方存在局部不均匀体时,由于不均匀体在接收线圈中产生的二次场方向不同,导致衰减曲线与均匀大地响应曲线偏离。为了分析浅层不均匀体对衰减曲线的影响,采用大定源回线装置发射电流为梯形波,回线面积为150m×150m,电流波形为梯形波,幅值为10A,关断时间为176μs;对于时间常数分别为1、3、5ms的浅层不均匀体,利用多匝密绕的闭合线圈(即异常线圈模型)的电磁信号衰减规律,来模拟其响应衰减曲线。研究表明,当异常线圈位于发射回线下方或者是框边下方时,随着发射、异常、接收之间的相对位置的变化,三者之间的互感发生变化,引起异常线圈的响应可能为负值,致使接收到的综合响应衰减曲线出现过0情况。因此,大定源回线结构下存在不均匀体时,产生的负响应值在后续处理时需要引起注意。

大定源瞬变电磁法在探测煤矿采空区中的应用

阐述了大定源瞬变电磁法的基本原理、中心回线的视电阻率计算公式和低阻层下的数据校正方法。设计工区测线布置,观测完二次场后,对数据进行预处理。剔除畸变数据,反演、绘制视电阻率断面图和平面图,结合地质资料对煤矿采空区作出解释。针对采空异常区进行打钻验证,异常区富水性与推测相符。探测结果表明,大定源瞬变电磁法对解决煤矿采空区地质问题是一种快捷、高效的勘查手段。

大定源回线全区视电阻率平移算法与核函数算法的对比

为了更快、更准确地进行瞬变电磁一维正、反演,研究了中心回线装置计算全区视电阻率的平移算法和核函数算法。研究表明,均匀半空间大定源回线的瞬变响应曲线具有平移伸缩特性和核函数特点,可以运用平移算法和核函数算法计算。推导出全区视电阻率的计算公式,通过三层K型、4层KH型地电模型理论计算,对比分析了平移算法和核函数算法的运算速度和误差,结果表明:平移算法的运算速度为0.140 6 s,均方根误差为1.824×10–2,核函数算法的运算速度为3.241 8 s,均方根误差为0.728×10–2,两种方法均能计算大定源回线的全区视电阻率,各有优缺点。

大定源回线全区视电阻率平移算法的应用

为了更快速的计算大定源回线全区视电阻率,深入分析了均匀半空间中大定源回线装置瞬变电磁场的解析表达式,分析结果表明:瞬变响应曲线随电导率、测试点坐标和观测时间具有平移伸缩特性.运用平移算法计算大定源回线的全区视电阻率,本文通过数学公式推导出大定源回线全区视电阻率的计算公式,并通过模型和理论计算,证明该方法有效可行.