巷道电性源瞬变电磁响应三维数值模拟

近年来地面电性源得到成功应用,巷道电性源瞬变电磁探测将成为热点。本文采用三维时域有限差分法,对巷道底板以及巷道与巷道之间异常体的电性源瞬变电磁响应进行了模拟。模拟结果表明:对于巷道底板异常体,受异常体表面电荷影响,电场水平分量和垂直分量在异常体表面剧烈变化,水平电场对低阻体的分辨能力较强,对高阻体的分辨能力较弱,低阻体与高阻体的垂直电场响应的符号相反;低阻体和高阻体的∂B_(y)/∂t响应在早、晚期的符号相反,低阻体响应在早期的符号为负,晚期为正,而高阻体响应在早期的符号为正,晚期为负。对于巷道与巷道之间的异常体,水平电场对低阻体的分辨能力较强,对高阻体的分辨能力较弱;高阻体模型的∂B_(z)/∂t响应曲线高于背景曲线,低阻体模型的响应曲线低于背景曲线,说明磁场∂B_(z)/∂t响应对高阻体和低阻体均有分辨能力。

采场底板突水模型的电性源瞬变电磁场正演

采场底板突水具有隐蔽性和突发性,严重威胁矿井安全生产。为有效预报突水灾害,需及时掌握含水裂隙的发育趋势。通过设置底板下不同空间参数的低阻异常体来构建突水模型,以模拟含水裂隙的分布、发育和导升趋势。正演计算了各异常体引起的电性源瞬变场中磁场垂直分量Hz的响应,根据Hz平面等值线的分布特征,分析了等值线畸变区域及畸变程度与异常体空间分布的关系,能较好地模拟含水裂隙的发育趋势。

任意形状水平电性源瞬变电磁全区视电阻率计算

传统电性源瞬变电磁法的资料解释多采用反函数迭代法计算长直导线源的全区视电阻率,该方法计算效率低,适用性有限。考虑到野外实际工作中水平接地导线源形状可能发生变化,给出了一种适应于复杂电性源发射的全区视电阻率定义方法。首先,利用电偶极子叠加原理得到了任意形状水平电性源瞬变电磁场的表达式;接着,研究了均匀半空间下磁场强度及其时间导数的平移特性,通过理论公式推导给出了基于两种方式定义的全区视电阻率计算方法,该方法无需迭代,计算精度高、速度快;最后,通过设计几种不同的地电模型,验证了用该方法求取全区视电阻率的可行性及有效性。结果表明:全区视电阻率能够很好地反映目标体的地电断面信息,对于低阻异常体的分辨能力要明显优于高阻异常体;相比于磁场强度,用磁场强度时间导数定义的全区视电阻率有更大的异常幅值,且更接近地层的真实电阻率;另外,全区视电阻率只与地层的电性结构特征有关,与装置的收发距无关。在对陕西省渭南市华州区华阳乡的实测数据处理中,将观测的二次感应电压转换成磁场强度时间导数,再运用平移算法求取全区视电阻率,取得了较好的应用效果。

电性源瞬变电磁全区视电阻率定义

电性源瞬变电磁法是目前研究的热点,研究该方法的全区视电阻率定义同样很重要。文中给出了一种快速有效的全区视电阻率定义方法,利用该方法可以快速计算电性源瞬变电磁多分量的全区视电阻率。利用均匀半空间磁场强度响应曲线的平移伸缩特性实现视电阻率定义,该算法无需迭代就可以直接计算,速度快,精度高。最后,对比了水平磁场分量和垂直磁场分量定义的全区视电阻率对地层的分辨能力。结果表明,两种分量定义的全区视电阻率有相同的分辨能力,给电性源瞬变电磁法的多分量综合解释技术奠定了理论基础。

电性源瞬变电磁法E_X分量和H_Z分量对比分析

为了更好地利用电性源瞬变电磁法独特的优势,对其水平电场分量和垂直磁场分量在信号强度、探测精度以及探测范围上的差别进行了对比分析。根据电性源瞬变电磁的水平电场和垂直磁场的计算公式,设计不同的地电模型,通过数值模拟得出水平电场分量响应极大值集中于发射源附近,离发射源越远(偏移距越大)信号强度就越低,其探测精度随着偏移距的增大而增大;垂直磁场分量响应值在早期段离发射源越远值越小,在晚期段离发射源越远响应值越大,其探测精度随着偏移距的增大而减小。通过分析水平电场分量和垂直磁场分量探测精度随偏移距的变化进而确定其探测范围:当偏移距大于目的层深度的4.134倍时,选取E X分量更有利于对薄层的分辨,当偏移距小于目的层深度的4.134倍时,H Z分量对薄层的分辨能力更好,当偏移距约等于目的层深度的4.134倍时,二者的分辨能力分量相当。在实际应用中通过测量水平电场分量和垂直磁场分量,进而综合分析,取得了良好的地质效果。

一维大地电磁与电性源瞬变电磁联合反演研究

单独大地电磁或电性源瞬变电磁对具体地质任务反演,往往存在两种方法的电阻率反演结果不具备很强的对应性问题,造成后期地质解释的困难。这里实现了大地电磁与电性源瞬变电磁数据联合反演,提高了对浅部地层的识别能力和加强了深部信息。以大地电磁和电性源瞬变电磁两种方法探测灵敏度分析为基础,基于OCCAM反演方法,实现联合反演算法;通过模型设计与试算,验证了此方法对比于单独大地电磁或电性源瞬变电磁,能提高对浅部地层的识别能力和加强深部信息。该方法为实测资料的MT和TEM联合解释提供可能,以更好地服务于实际电法勘探项目,提升地电模型解释可靠性。

电性源瞬变电磁短偏移距页岩气探测前景探析

页岩气是一种蕴藏于页岩层中可开采的天然气资源。页岩气的形成和富集有其独特的特点。它往往分布在厚度大、分布广的页岩烃源岩中。初步估计中国页岩气可采资源量31兆立方米。在当前的国际形势下,清洁能源将逐步取代高污染、高耗能、成为未来的主要能源之一。中国页岩气勘探开发技术水平仍处于起步阶段。成熟应用在煤炭、石油等能源勘探的地球物理方法,从理论上讲在页岩气勘探中也是可行的,我们需要做较多的探索和研究。瞬变电磁法在煤矿开采中广泛应用,其高效、高一致性的数据质量,高电阻率异常分辨率等优点,得到市场的赞誉和认可。电性源瞬变电磁短偏移距的高信噪比和大深度等优点在富页岩气地层的埋藏深度、延伸情况、高低起伏等信息探测中将会有比较好的应用前景。

电性源瞬变电磁测深在煤田水文地质调查中的应用试验研究

针对人为干扰大,地质任务要求高的特点,采用理论计算和野外试验相结合的方法,对电性源瞬变电磁测深方法在煤田水文地质调查中的应用进行了可行性研究.

山峰对电性源地面瞬变电磁响应的影响及校正方法

在山区进行应用电性源瞬变电磁法勘探易受复杂地形影响,瞬变电磁响应会产生畸变,给数据解释造成困难。为此,基于三维非结构时间域有限元算法,开展了地形效应影响规律和校正方法的研究。首先,利用非结构四面体网格对山峰地形进行精细刻画,计算多种带地形模型响应,分析地形效应的影响规律;然后,基于电磁场线性叠加原理提出地形效应校正方法,根据实际高程数据建立山峰地电模型,通过三维正演计算出山峰模型响应,将山峰模型响应减去平坦大地模型响应得到地形响应,再从总响应中剔除地形响应,获得地形校正后的瞬变电磁响应。研究表明:山峰地形对瞬变电磁响应的影响主要集中在早期,随着时间推移,影响逐渐减弱;地形效应主要集中于山体附近,影响强度取决于测点距山顶的距离;影响范围与响应幅值与山体规模成正比;相对高阻山体的地形影响强度更大。通过设计多种带地形简单规则异常体模型进行仿真,发现经过校正的瞬变电磁响应与直接正演的响应吻合较好,在一定程度上能够有效消除地形效应。对地形效应影响和校正方法的研究,可为复杂地形地区瞬变电磁数据处理解释提供参考。

电性源地-井瞬变电磁全域视电阻率定义

地-井瞬变电磁(TEM)方法是在地表发射,探头沿钻孔(井)测量瞬变响应的一种井中物探方法.由于接收探头沿钻孔深人地下,因此能够获得更加可靠的地下目标体信息,尤其当存在低阻覆盖层、浅部矿化等地质干扰,或者勘查深部规模不大之良导矿体时,地-井TEM方法的优势更加明显.相对于磁性源系统,电性源系统发射功率大,辐射面积广,更适合地形复杂地区之深部找矿.本文的目的是研究电性源地-井TEM的近似解释方法,首先给出了层状介质电偶极子在地下的TEM响应,进而通过电偶极子叠加的方式获得了电性源条件下的TEM响应.利用感应磁场与均匀半空间电阻率的单调关系通过反函数定理进行了全域视电阻率定义.理论模型的视电阻率计算结果显示,不同深度测点的视电阻率曲线首支不同,而尾支基本一致.这说明了全域视电阻率是测点周围有限范围内介质的综合反映,所以不同深度测点的视电阻率曲线首支所反映的范围是不同的.绘制了不同时间道视电阻率剖面曲线,以期显示地下电性分布规律.计算结果表明全域视电阻率定义能够基本可靠地反映地下信息,从而为该技术在矿区深部找矿的应用提供有力支持.

电性源瞬变电磁B场全程视电阻率计算

在传统电性源瞬变电磁资料解释中,常常采用Bz/T求取视电阻率值,由此带来Bz/T计算全程视电阻率多解性.而Bz随电阻率变化是单值函数,由Bz计算全程视电阻率具有减少多解性的优势.为了研究接地源瞬变电磁B场全程视电阻率,文中首先研究了接地源瞬变电磁法Bz和Bz/T响应值随电阻率的变化特性,然后设计不同的地电模型,采用二分搜索算法对B场全程视电阻率进行计算,结果表明全程视电阻率对电性目标体分辨率高,分层能力强,能较好地反映地电断面的信息;另外,全程视电阻率仅与地层的电性结构有关,与收发距无关,便于野外进行接地源瞬变电磁近源测量.在实际应用中,通过把观测的二次感应电压转换成磁场微分数据,再对磁场微分数据进行积分,求取B场数据,并进而求取视电阻率,取得了较好的应用效果.

电性源瞬变电磁初探

随着中国经济的发展,油气资源成为制约我国发展主要瓶颈之一.电性源瞬变电磁在油气资源的勘探中取得了不错效果.为此本文开展了对电性源瞬变电磁的相关研究,本文首先对电性源瞬变电磁的两种主要模拟方法,G-S变换和余弦变换做了对比,认为GS变换结果精度较余弦变换精度要高.为了实际工作中解释的方便,又分别定义了电性源瞬变电磁各场视电阻率,为其解释带来了方便.最后,本文对其参数的选择进行了较详细的研究,通过时电性源赤道装置与偶极装置的对比研究,表明赤道装置可以对地下结构取得较好的探测效果,偶极装置可以取得较高噪比的数据.通过对激励源的研究表明,阶跃激励源激发的场视电阻率很好地反映了地质结构的变化,而脉冲波激发的场对异常体反映明显.通过对Hz场和Ex场的研究表明,Hz场在小收发距时即可进行大深度探测,并具有较高的信噪比,Ex场则对高阻体探测效果非常突出.

任意方向长导线源瞬变电磁一维正演模拟

在野外开展瞬变电磁法探测时,由于环境影响,使得布设的长导线无法完全平行测线,对数据处理及解释产生一定的影响。为了解决此问题,本文首先采用层状介质格林函数实现了两个垂直方向有限长导线源产生的频率域电磁场,与半空间电偶极子源计算的解析解进行了验证,其次利用两个垂直方向的有限长导线源组合成任意方向的水平电性源,通过余弦变换折线逼近法,实现了任意方向电性源瞬变电磁一维正演。在层状介质模型中进行了不同偏转角度布设有限长导线源的瞬变电磁正演模拟,分析了其相对平行测线方向的源所产生的瞬变电场强度及感应电动势的异常响应变化特征,同时对多个任意方向电性源的层状介质模型进行了瞬变电磁正演模拟。通过正演模拟分析:对于电性源瞬变电磁法,由于野外地理环境所造成的源无法完全平行测线方向的布设会对观测数据产生一定的的影响,偏转角度越大,影响越大,特别是电场强度,需采用任意方向的电性源瞬变电磁进行正演计算。通过对单源与双模型的正演模拟对比得出,采用多方向布设双源探测不仅可以有效提高至少两倍观测信号强度,增大抗干扰能力,而且多方向布设源可以增强异常体的异常响应变化幅值,相对平行测线布设的源其异常响应最大增幅可超55%。该方法的实现及模拟对野外开展瞬变电磁法的探测具有一定的参考价值。

煤田水文地质调查中电性源瞬变电磁法的应用

电性源瞬变电磁法在水文地质和工程地质勘探中都有着广泛的应用,尤其是大功率瞬变电磁仪不仅可以在深部地质勘探中发挥作用,还具有较高的分辨能力。近年来,瞬变电磁法在煤矿水文地质勘查中得到了广泛的应用,并取得了较好的效果。本文就以某煤矿为例对其进行具体分析。

综合电磁法在凤太二里河铅锌矿深部的找矿效果分析

二里河铅锌矿是凤太矿集区中具有代表性的重要铅锌矿床之一,近些年找矿方向转向已知矿体深部及外围。根据二里河地区地质、地球物理特征,结合多年在凤太地区的综合地球物理找矿工作,分析了回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在二里河地区的实际应用效果,对3种方法的特点和适用性进行总结,认为:回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在该地区深部找矿具有可行性;回线源瞬变电磁法对于圈定矿体水平位置具有较好的效果,电性源短偏移距瞬变电磁法对低阻异常较为敏感,广域电磁法分辨率较高,同时探测深度可达到2500 m。此外针对二里河矿区的找矿工作,提出物探工作建议:采用以广域电磁法和电性源短偏移距瞬变电磁法为首选的综合电磁探测方法,同时应尽可能采用长剖面和面积性物探工作。

龟兹矿业老空区积水勘探技术研究

为了解决传统高密度电法剖面测量效率低、精度差的不足,龟兹矿业提出了一种新的基于半航空瞬变电磁法的老空积水勘探技术,利用无人飞行系统和电性源瞬变电磁系统实现了对探测区域的航空瞬变电磁勘探,对半航空测量装备及测量流程进行了分析。结果表明新探测技术的总均方相对误差减少了11.4%,探测速度比传统方案提高了2.1倍。

SOTEM研究及其在煤田采空区中的应用

电性源短偏移瞬变电磁法(SOTEM)具有信号强、对低阻异常体分辨率高、探测深度较大,受地形和地下构造影响较小等特点,因而适合于低阻体及精细构造的探测,同时由于SOTEM工作方法简便,探测工具灵活易于操作,所以非常适合地形复杂、施工艰难的工区。本研究通过对电性源短偏移距瞬变电磁法进行理论分析,对不同地电模型响应之间的相对误差及其随异常电阻率的变化特征进行了分析,探讨了SOTEM的电性异常分辨能力;求解得到了SOTEM探测深度的理论判断公式;研究计算及正演模拟了不同时刻层状地电模型瞬变电磁响应的空间分布特征来对最佳观测区域进行分析,得出近场区观测的优越性;最后,以SOTEM在山西大同某煤矿采空区探测中的应用实例来说明该方法的有效性,根据对比,探测结果与钻井信息很好吻合。

SOTEM与CSAMT对低阻层的分辨能力比较

克服低阻覆盖层的屏蔽以及实现对地下低阻层的有效探测,一直是勘探电磁法面临的重要问题。电性源短偏移瞬变电磁法(SOTEM)采用近源观测,受到越来越多关注。为了分析SOTEM的探测能力,开展了与目前普遍使用的电性源频率域装置——可控源音频大地电磁法(CSAMT)的对比性研究。首先分析了SOTEM和CSAMT在一维层状介质下的理论响应特征,然后,分别设计了不同情况下低阻覆盖层和地下低阻夹层两组地电模型,通过计算相对异常误差,分析了二者的探测能力。研究结果表明:SOTEM比CSAMT对低阻覆盖层更加敏感,对低阻夹层的探测能力更强,更有利于探测地下导电夹层。

SOTEM多分量激电响应特性分析

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)具有探测深度大、分辨率高、施工方便等特点,在第二深度空间(500~2000 m)金属矿勘探中发挥了重要作用.实际测量中,当遇到具有激发极化效应的岩矿石时,SOTEM观测曲线会出现畸变和负值响应(符号反转)的现象.SOTEM激电效应的研究对金属矿勘探具有重要意义,为此,本文对SOTEM多分量激电响应特性进行分析.通过基于Cole-Cole模型的SOTEM一维正演计算,分析了不同装置参数(收发距,极化体埋深)和极化参数(极化体电阻率、极化率,频率相关系数以及时间常数)对常用的E_x、H_z和dH_z/dt电磁场的影响规律,研究结果表明水平电场分量受激电效应的影响最大,垂直磁场分量和垂直磁场分量的时间导数受到的影响要小得多,研究结果将有助于指导野外实际生产.