基于响应曲线聚类的时间域电磁法地电结构类型划分研究

为了充分利用时间域电磁法正演响应曲线携带的特征信息实现地电结构类型快速预测,通过将曲线的分布特性和形态特性相结合构造了曲线距离,采用相关系数作为权重参数衡量曲线形态相似程度,实现了时间域电磁法正演响应曲线聚类。应用效果表明,依据该方法得到的聚类结果能实现正演响应样本的标签化,从而通过多分类任务神经网络完成地电结构的类型划分。

电性源时间域电磁法大功率发射系统的研制

时间域电磁法(也称为瞬变电磁法)是地球物理探测方法的一种,其探测深度、精度与发射电流大小有着直接关系。在分析了当前几种电磁法探测仪器的发射系统参数的基础上,研制了一种时间域电磁法大功率发射系统。介绍了发射系统的组成和工作原理,详细说明了各模块的硬件构成。发射系统输出电压可达到1 500V,电流最大为68A,输出功率可达到100kW。实验结果验证了发射系统性能良好,达到设计要求。

基于时间域电磁法的地下采空区探测

时间域电磁法基于电磁感应原理,向地下发送双极性方波电流,在双极性方波电流关断瞬间,利用线圈观测二次涡流场,通过分析处理二次场信号,就可以获得地下电阻率分布,从而获得地下介质信息。当地下局部煤层被采出形成采空区后,由于地下水的填充及地表水的渗漏,导致采空区与围岩电阻率形成明显差异,这就为利用时间域电磁法进行采空区探测提供了物理前提。本文在这个物理前提下,首先介绍了时间域电磁法发射系统关键技术,旨在说明双极性脉冲电流产生方法,然后通过设计采空区模型,利用理论计算进一步证明了利用时间域电磁法进行采空区探测的可行性。

航空时间域电磁法测量系统:回顾与前瞻

本文首先回顾了20世纪70年代参与研究开发中国第一套航空时间域电磁法系统感应脉冲瞬变航电仪(M-1型脉冲式航电仪)的情况。然后比较详细地介绍目前世界上著名的4种固定翼飞机时间域电磁法观测系统和6种直升飞机时间域电磁法观测系统:GEOTEM,MEGATEM,TEMPEST,SPECTREM;He-liGEOTEM,ExplorHEM,NEWTEM,VTEM,SKYTEM,ORAGS TEM。提出了关于研究和开发我国航空时间域电磁法测量系统的建议。

时间域电磁法对墙体钢筋分辨能力研究

为有效探测钢筋混凝土中的钢筋数量、间距,提出了采用时间域电磁法进行钢筋数量、间距检测的方式.通过物理模型实验对比了同点装置、偶极装置和大定源装置3种装置的探测效果,结果表明,时间域电磁法可有效探测出保护层厚度为5 cm、直径为0.8 cm的钢筋的间距和数量,其中同点装置具有最高的分辨能力和抗干扰能力,偶极装置的探测效果次之,但对下排钢筋探测效果不明显,而大定源装置由于发射线圈较大,受周围环境的影响最大,探测效果最差.

时间域电磁法在皖北刘一矿注浆效果检测中的应用

针对煤矿生产建设中工作面底板隐伏导(含)水构造的问题,基于时间域电磁法理论,对刘一矿Ⅱ665工作面一段进行了底板导水构造探测。根据井下工作条件,采用边长为2 m×2 m正方形多匝重叠回线装置进行探测,其中发射线框40匝、接收线框60匝,探测线框与底板夹角为45°。通过分析该区视电阻率的颁布规律,将视电阻率值小于1.5Ω.m作为判别依据,解释了3个含水裂隙发育区域。在横坐标100m处布设3个钻探孔,其出水量分别为10m?/h,23m?/h,20m?/h,证实3个异常区富水性较强。对3体个孔进行注浆改造加固后,3个孔均无出水现象,重新探测发现,其工作面视电阻率普遍大于2Ω·m,为相对高阻反映,表明注浆前后的探测结果可靠,注浆质量较高。

时间域电磁法视电阻率的一种数值计算方法

主动源时间域电磁测深方法的主要优势在于其稳定的电磁响应信号和优越的勘探深度,特别是其对低阻薄层的敏感反映.但传统的视电阻率计算方法是采用极端情况进行定义的,因而对极端条件的合适度与电磁响应结果的数据处理和解释如何保持一致是一个很难确定的前提.本文建议采用一种直接利用观测结果进行2阶数值微分的方法来求解对应地点断面的视电阻率.这种方法计算所得视电阻率能很好的与地点断面的真实电阻率对应.这就为时间域电磁测深结果的直接解释或为反演初始模型参数选择提供了良好的基础.

航空时间域电磁法在澳大利亚新英格兰造山带铜多金属矿靶区优选与评价中的应用

澳大利亚新英格兰造山带构造演化历史复杂,已知铜多金属矿床(点)众多,成矿条件较为优越,是实现铜多金属矿找矿突破的有利区域。通过以航空时间域电磁法测量为核心的工作手段,以航电、磁异常为基础,以"类比—求同"为靶区优选评价指导思想,对新英格兰造山带某探矿权内开展铜多金属矿靶区优选和评价工作。在该地形条件复杂的工作区内,快速、科学有效圈定并优选出铜多金属矿找矿靶区共计9处,其中Ⅰ类找矿靶区3处,Ⅱ类找矿靶区5处,Ⅲ类找矿靶区1处,为在境内外类似工作条件的地区快速有效开展铜多金属矿找矿靶区优选和评价工作提供了参考案例。

时间域电磁法系统中USB技术的应用研究

时间域电磁方法是目前先进的近地探测的方法之一,已广泛的应用于矿藏勘探、航空和海洋及近地矿井等勘探领域。对比目前国内外同类仪器的探测性能,国内基于时间域的电磁系统主要存在电磁兼容性差、通信技术相对落后(速度慢)、功率小、运行稳定性及可靠性较差等问题。本文选取了用于该系统的USB数据传输技术的应用为研究重点,从USB技术的传输结构出发设计了一种应用于时间域电磁法系统中的高速USB通讯体系。通过仿真实验分析证明该体系基本满足了系统高速数据传输的需要。

时间域航空电磁法在多年冻土调查研究中的应用

多年冻土空间分布调查在冰冻圈研究中具有重要意义。目前国内冻土空间分布调查通常采用地面物探结合测井的探测方法,获得局部点上或线上数据,或者采用不同的遥感模型,模拟估算区域性多年冻土厚度。笔者利用获取的时间域航空电磁数据,根据电阻率计算结果推断多年冻土空间分布特征。推断结果与已知测井资料对比分析表明,根据时间域航空电磁数据反演结果推断的多年冻土层厚度与已知测井测温确定的结果平均误差为18.5%,表明采用时间域航空电磁法开展多年冻土厚度调查是有效的,具有较高的准确性。由于时间域航空电磁测量具有高效、受地形影响小等技术优势,可应用于青藏高原、东北大兴安岭等地区的大面积、快速、定量化的多年冻土调查,为全面调查研究多年冻土空间分布及其对生态环境变化的影响提供新的、有效的技术解决方案。

时间域航空电磁法在水文地质勘查中的应用研究

时间域航空电磁法具有机动灵活、更适用于地形复杂区域进行大面积勘探等优点,是一种高效的地球物理勘查方法,该方法广泛应用于各个领域,具有广阔的应用前景。工作区人文干扰大,地面物探开展工作困难。通过时间域航空电磁法在空中探测,结合地面物探勘查工作,提高了该区的水文地质研究程度,同时为区内基础地质研究提供地球物理资料。本文所使用的观测系统为AeroTEM-IV时间域航空电磁系统,将测量数据转换为电导率深度信息,结合地质资料对该区的电性结构进行分析。利用水文测井解释成果验证航空电磁数据的可靠性;为提高解释结果的准确性,结合航空磁力数据进行综合解释;对全区数据进行转换计算后,得到反映区内电性分布的三维数据体,推断出第四系地层厚度以及含水体分布。研究和解释结果表明时间域航空电磁法可以作为水文地质调查和基础地质调查中的一种有效手段,是地面物探工作的有效补充。

基于CDI和拟二维反演的时间域航空电磁数据级联解释方法

时间域航空电磁法(ATEM)是一种具有大面积探测,探测速度快、相对成本较低、受地形地貌影响较小等优点的地球物理方法。由于航空电磁数据量巨大,三维反演成本太大,目前主要使用一维反演或者拟二维反演方法来进行解释。对于航空电磁探测而言,大面积探测区域和复杂地形条件使得研究人员很难获取到勘探区域的地质信息,因此反演时选取初始模型变得很困难。而电导率-深度成像(CDI)无需建立初始模型,即可快速获得地下介质的大致电性分布情况。因此CDI结果可以用来作为反演的初始模型,应对缺少地质信息的区域。本次研究中,提出CDI与拟二维反演的级联解释方法。首先使用CDI方法来近似估计地下介质的电导率和深度;其次在此基础上建立反演的初始模型;最后采用横向约束反演(LCI)方法对ATEM数据进行反演。通过对理论数据和实测数据的实验得出,CDI与拟二维反演的级联解释方法能够在获得较好的反演结果的同时减少计算时间。

同心补偿式直升机时间域航空电磁法吊舱校准装置研究

直升机时间域航空电磁法(Helicopter-borne time-domain electromagnetic method,HTEM)的多次空中仪器校准可消除飞行过程中仪器系统受外界环境的时变影响.吊舱校准装置可解决地面环线方式无法实现的空中飞行过程中仪器校准问题.本文从研究同心补偿吊舱装置模型出发,提出了吊舱装置空间模型和线圈电路模型,分析了发射磁场的空间分布、补偿环作用及其与接收线圈的关系、校准装置的空间信息和信号的检测方法,得到结论如下:(1)以损失发射面积0.89%的补偿环可提高信号44.5 dB的动态范围;(2)校准装置水平安置在补偿环与发射线圈之间,其匝数越多、半径越大、离补偿环越近,信号响应越强;(3)校准线圈电感越大、电阻越小,其e指数衰减越慢;信号检测起点由含匹配电阻接收线圈的阻尼特性决定.通过校准线圈的曲线特性和装置位移实验,得出反映装置特性的时间常数实测误差小于1.3%,验证了线圈电路模型和装置空间模型.本文提出的模型和方法同样适用于偏心补偿式HTEM系统校准的研究和高阻地层上已知环线的静态检测.

井孔三分量时间域电磁探测自适应恒压钳位发射技术

针对井孔远探测需求,提出一种应用于井孔三分量时间域电磁探测的自适应恒压钳位发射技术。针对井孔全空间探测应用场景,设计一种三分量动态发射线圈,通过动态控制实现三分量电磁发射。通过小型化大功率发射电路、无源自适应恒压钳位方法与三分量动态发射线圈,在井孔空间实现多维立体时间域电磁远探测,并进行相应井孔探测仪器的集成与测试。研究结果表明:在狭小空间和有限功率条件下,自适应恒压钳位发射技术突破传统钳位方法钳位电压固定、关断时间不可调的局限性,通过发射参数实时采集反馈及相应控制策略实现自适应钳位整形作用,对发射电流下降沿过程进行自动优化与控制,实现关断速率自适应调整。基于该技术的电磁发射系统可以实现三分量动态高质量电流脉冲稳定大功率发射及发射电流关断速率自适应可调。

基于核主成分分析的时间域航空电磁去噪方法

时间域航空电磁数据往往在测量过程中受到天然和人文噪声的干扰.如果不能很好滤除这些电磁噪声,那么将会降低资料质量、影响反演的精度,甚至获得错误的解释结果.本文提出了一种基于核主成分分析的去噪方法,通过核主成分分析提取叠加后衰减曲线的主成分,然后使用能量占比方法分离反映地下介质的有效信号和噪声,最后使用反映地下介质的特定成分进行重构.本文所推荐的去噪方法不仅能剔除天然噪声,例如天电产生的尖脉冲或者振荡,而且能有效地抑制人文噪声.分别使用基于核主成分分析的去噪方法,以及AeroTEM软件的处理方法对同样的吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统实测数据进行处理,并比较其结果.处理结果表明:所推荐的去噪方法要优于AeroTEM软件.

时间域航空电磁法研究进展综述

本文介绍国内外时间域航空电磁法的发展历史和现状,包括仪器系统、数据处理、正反演算法和应用实例。认为我国的这项技术应朝以下几个目标发展:(1)完善的仪器系统,减小噪声干扰,提取更多的有用信息。(2)高效的数据处理方法,有利于发现小规模的异常体。(3)适合航空电磁数据的正反演稳定算法。(4)精细的解释方法。结合多源信息综合解释,加强与实际勘探相结合,参考其它已有的航空物探方法解释手段,提高解释精度。

航空电磁时间域数据工频干扰研究与去除

时间域航空电磁系统在飞行作业过程中,信号受人文噪声中的高压输电线影响,导致测得的响应中含有工频干扰信息而不能真实地反映地下介质分布情况,因此本文开展了工频干扰噪声去除研究,提出一种可直接在时间域中对数据进行处理的梳状滤波器,该滤波器的提出不仅节省了时—频和频—时转换的时间,也避免了繁琐的转换步骤,降低了转换过程中可能出现误差的风险。利用梳状滤波器的关键点是通过理想阻带来抑制工频频率信号及其k次谐波,达到对工频干扰压制的目的。本文不仅研究了IIR型和FIR型梳状滤波器,同时对比了单一陷波滤波器对工频干扰的去除效果,期望通过该研究可以为时间域航空电磁数据处理提供一种高效的工频干扰去除手段。

一种时域电磁法剩余油探测装置的参数研究

提出了一种非接触式剩余油探测装置的参数设计方法。通过两种观测装置在均匀介质中时域电磁响应特性的对比,确定了最佳观测装置结构。分析了发射信号脉冲宽度和关断时间对响应信号的影响。研究了发射线圈电性与实际发射波形关断时间的关系,提出了发射线圈参数的选择原则。讨论了斜阶跃波激励下接收线圈的过渡过程,并给出了匹配电阻和接收线圈分布电容的估算方法。根据分析结果最终设计了装置参数并进行了室内实验。结果表明,不论从响应信号幅度还是延迟时间,均可对不同电导率的介质进行有效识别,为今后时间域电磁法剩余油探测的井下实验奠定了基础。

时间域电磁探测发射电流过冲产生原理及抑制

针对时间域电磁探测系统中发射电流过冲造成接收盲区的问题,建立了电流过冲产生和抑制的交流等效模型,运用电路理论对模型进行了分析,提出加速电阻增大过冲电流振荡阻尼的方法,对时间域电磁探测发射机进行了改进。实验表明改进后系统稳定可靠,并使波形早期道信号前移110μs,达到缩小近地探测盲区的目的,为时间域电磁探测全电流波形收录提供了硬件前提,也可为基于无人机的电磁法探测装备的研发提供参考。

半航空时间域电磁数据一维自适应正则化反演

半航空时间域电磁法集成了地面和航空电磁法各自的优势,不仅容易实现大发射磁矩,增大勘探深度,同时还可以提高勘探效率。但是由于半航空时间域电磁法在测量过程中,收、发距会发生变化,因此与地面和航空电磁法相比,其数据处理与反演解释更加困难。以长导线电性源半航空电磁法为例,将自适应正则化反演算法应用于半航空时间域电磁数据反演中。首先给出最平缓模型约束条件下的半航空时间域电磁数据自适应正则化反演算法,并引入并行技术实现了该反演算法的并行计算;然后对两种三层地电模型和一种六层地电模型的理论电磁响应加高斯白噪声后的数据进行反演计算;最后对其反演结果和并行计算的效率进行了详细地分析与讨论。实验结果分析表明:自适应正则化反演算法是一种有效的半航空时间域电磁数据反演解释方法,该方法具有很好的收敛性和稳定性;自适应正则化反演算法并行计算能大大减少反演计算时间,提高反演效率。