电性源瞬变电磁法频-时转换的效果分析

电性源短偏移距瞬变电磁法是近年来新提出的固体矿产深部电磁探测方法之一,较传统的回线源瞬变电磁具有探测深度深、仪器轻便和分辨率高等优点。但该方法由于偏移距较短,距发射源较近,正演中的频-时转换会受到转换方法及其他工作参数的影响,进而直接影响探测结果,因此有必要开展频-时转换效果分析评价。通过对影响频-时转换的因素以及常用的四种频-时转换方法(Guptasarma线性滤波法、折线逼近法、余弦变换的数值滤波法和正弦变换的数值滤波法)在电性源短偏移距瞬变电磁正演响应计算中的对比,从计算时间和转换精度两方面分析了在不同条件下的转换效果,为一维及高维度的瞬变电磁正演计算提供频-时转换方法参考。对比结果表明:1)影响时间域瞬变电磁场正演计算(即频-时转换效果)的精度不仅和转换方法本身有关,而且也和偏移距及地下介质电阻率等参数有关;2)通过正演模拟,在低阻探测区采用折线逼近法与正弦变换的数值滤波法相对Guptasarma线性滤波法和余弦变换的数值滤波法转换精度更高,整体误差更小,而Guptasarma线性滤波法的计算速度最快,早期计算精度较高,晚期计算精度较差;在高阻探测环境中,采用折线逼近法计算精度和速度均相对较好,Guptasarma线性滤波法、正弦变换的数值滤波法及余弦变换的数值滤波转换效果均较差,特别是在晚期。因此,对于未知的探测区域,若实现高精度的电性源瞬变电磁正演计算,采用折线逼近法进行频-时转换相对效果最佳。

电性源瞬变电磁短偏移探测方法

为了解决大深度、高分辨探测地下矿产资源的难点问题,基于近区测深的优越性,提出一种电性源短偏移瞬变电磁装置(SOTEM),并对该装置下的探测技术进行研究。通过对时间域近场响应特性以及探测深度等面探测能力的分析,认为SOTEM明显优于长偏移瞬变电磁(LOTEM)。接地线源短偏移瞬变电磁法比回线源瞬变电磁法易于施工,且探测深度较大和探测精度相对较高,是一种值得推广的方法。

电性源短偏移瞬变电磁探测深度分析与应用

瞬变电磁法中有多种深度概念,包括扩散深度、极限探测深度、有效探测深度和视探测深度等。本文以电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)为例,针对上述几种深度概念展开了分析、计算与应用研究。扩散深度表征了地下涡流场的扩散;极限探测深度和有效探测深度揭示了SOTEM的探深能力。计算结果表明:当偏移距等于0.7~1倍目标体埋深时可获得最大探测深度;视探测深度可对给定时刻的实际探测深度做出估算,对野外施工参数设计具有重要意义。文章通过理论模型和野外探测实例验证了视探测深度的适用性。

电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析

电性源短偏移距瞬变电磁法是进行山区矿产资源勘探的一种有效手段,然而地形起伏对观测数据影响严重,给瞬变电磁数据精细化解释带来很大困难。为此,本文基于三维非结构时间域有限元正演模拟方法开展电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析。首先利用非结构网格对起伏地形进行精细剖分,结合矢量有限元和后退欧拉离散技术实现复杂地质模型快速正演。然后通过模拟大量典型起伏地表模型,系统分析了三维地形响应的空间分布特征,结果表明地形对电性源短偏移距瞬变电磁响应影响严重,而且影响特征十分复杂。在此基础上,我们进一步分析了复杂地形对地下目标体探测的影响,结果发现复杂地形与地下目标体相互耦合导致无法对地下目标体进行有效分辨,这给地下目标体的准确探测带来了巨大困难。

电性源短偏移距瞬变电磁法探测铝土矿采空区的应用研究

简述了电性源短偏移距瞬变电磁法的概念及其理论依据,通过河南省某铝土矿采空区的电性源短偏移距瞬变电磁探测应用实例,说明了电性源短偏移距瞬变电磁法探测铝土矿采空区的实用性和有效性,为今后铝土矿采空区探测提供了一定的借鉴经验。

电性源短偏移距瞬变电磁场扩散规律三维数值模拟

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)采用近源探测形式,极大地提高了信号强度,目前对电性源短偏移距瞬变电磁响应特征的研究主要基于一维模型,且主要讨论电场E_x分量和磁场H_z分量的响应特征和探测能力,不利于复杂目标体的精细探查。基于以上问题,采用三维时域有限差分法,对电性源短偏移距瞬变电磁场在地层中的扩散规律进行了模拟,并研究了三维异常体对电性源短偏移距瞬变电磁场扩散的影响。结果表明:电场E_x分量的正极值区域主要集中在发射源附近,并随着时间的推移逐渐向下扩散;电场E_y分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散;电场E_z分量在地层分界面产生跃变;磁场H_x分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散;磁场H_y分量上部为负值区域,下部为正值区域,说明H_y分量也会受到返回电流影响;磁场H_z分量极值区域主要位于发射源下方,并随着时间的推移逐渐向下移动;对于三维异常体,电场E_x分量和磁场H_y分量的灵敏区域位于异常体上方,而电场E_y分量和磁场H_x分量的灵敏区域位于异常体外部,且分布在异常体四周,磁场H_z分量的灵敏区域位于异常体两侧(靠近发射源和远离发射源位置),说明电性源短偏移距瞬变电磁场的5个分量对三维异常体的灵敏区域不同,不同的分量应选择不同的区域进行观测。

接地源瞬变电磁短偏移深部探测技术

对于接地源时间域瞬变电磁法,当选取适当的激励波形后,可将辐射场与自有场分离开来,实现频率域电磁法无法实现的近源深部勘探;水平分层大地的解析分析表明,随着偏移距的缩短,接地导线源的场对地层的反映变得更为灵敏;时间域瞬变电磁法的探测深度主要由观测时长决定.基于接地源近场测深的优越性,作者提出短偏移瞬变电磁探测技术并首次命名为SOTEM,采用了1000m的偏移距对埋深为1400m的某盐矿溶腔进行探测,在全期视电阻率-深度剖面上圈定的溶腔分布被钻孔所揭露,验证了SOTEM方法的探测能力.该方法为大深度、高分辨探测地下矿产资源提供了新的技术手段.

深井低阻体电性源短偏移距瞬变电磁探测技术研究

煤矿深部开采是一种趋势,但是相随的复杂水害问题给安全造成了巨大威胁,煤层顶板以上巨厚砾岩层中的含水层表现为浅薄深厚、发育不规则的特性,常规地面瞬变电磁探测深度不够,深部探测体积效应大,低阻屏蔽效应明显。为保障深部煤层安全回采,高精度、高分辨率的探测煤层顶板以上巨厚砾岩层的富水性及富水范围,基于电性源短偏移距瞬变电磁法的相关理论,分析了电性源短偏移距瞬变电磁探测技术的垂直磁场强度、视电阻率值及探测深度计算表达式,研究总结了现场类地震的一发多收探测方法,探讨了基于改进阻尼因子的最小二乘法反演方法,在华北某矿区深部巨厚砾岩层富水性探测中应用。研究结果表明:电性源短偏移距瞬变电磁探测技术增大了探测深度,实现了深度超过1000 m的低阻含水异常体有效探测,缩小了深部探测的体积效应,有效压制了低阻屏蔽影响,反演计算明显提高了深部巨厚砾岩层的富水性及富水范围的探测精度,经过38次迭代后H型理论模型的反演误差为7×10^-7,经过50次迭代后实际资料的反演误差为0.05%,针对低阻异常区进行钻探验证,出水情况与强含水异常区及中等含水异常区相吻合,探测精度和分辨率明显提升。该方法探测研究为深部煤层安全回采提供了有效的地质技术资料,具有较高的推广应用价值。

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。

煤矿深部采区岩层富水性短偏移距瞬变电磁法探测

为了解决矿井深部岩层水文地质条件的探测,论文探讨了接地线源短偏移距瞬变电磁法的理论及应用。论文介绍了基于感应涡流场电性源短偏移距瞬变电磁法的基本原理和工作方法,结合某煤矿深部采区岩层富水性探测,分析了测区地层的地球物理特征,在视电阻率和深度精细计算处理的基础上,详细分析了瞬变电磁法采用接地线源短偏移距装置进行大采深岩层富水性探测中的地质效果和可靠性,实现了采用1000m的短偏移距达到1500m的探测深度。研究表明,电性源短偏移距瞬变电磁法在探测深部采区岩层富水性方面具有探测深度大和地质效果好的特点。

电性源瞬变电磁法综述

电性源瞬变电磁法(TEM)具有探测深度大、受地形限制小、工作效率高等优点,近些年发展较快,涌现出一系列面向地面、半航空、地—井的电性源瞬变电磁新方法。本文通过回顾近些年国内外出现的新方法,即长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)、短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)、多通道瞬变电磁法(MTEM)、电性源半航空瞬变电磁法和电性源地—井瞬变电磁法的研究历史,总结各类方法在正演模拟、系统设计、反演成像和施工方法等方面的研究现状。研究结果表明:LOTEM研究基础丰厚,发展全面,是一种比较成熟的电性源TEM方法;而其他电性源TEM方法虽然取得了一些研究进展,但整体仍处在初步研究阶段,相关技术仍有待进一步提升;LOTEM中有价值的研究内容,如提高数据信噪比、高维反演和联合解释等,可为这些电磁勘探新技术提供借鉴,以期为高效率、高分辨率深部探测提供更多解决方案。

电性源瞬变电磁对薄层的探测能力

电性源短偏移距瞬变电磁法是目前的研究热点。针对地球物理勘查中经常遇到的薄层探测问题,以接地长导线源一维正演为基础,通过定义垂直磁场的相对异常,分析对比了电性源瞬变电磁法对不同电阻率、不同厚度、不同埋深的薄层的探测能力,并讨论了不同偏移距对探测灵敏度的影响。最后将电性源瞬变电磁法与回线源瞬变电磁法以及可控源音频大地电磁法进行对比,探讨不同电磁法装置对薄层的探测能力。结果显示,薄层电阻率越低、厚度越大、埋深越浅、观测偏移距越小越有利于电性源对薄层的探测;时间域电磁法对低阻薄层探测能力优于频率域电磁法,当偏移距较小时,电性源瞬变电磁对薄层的探测能力和回线源相当。

瞬变电磁法探测薄层的分辨能力与偏移距关系

薄层探测问题一直是地球物理勘探关注的重点,以往的研究大多关注的是不同地球物理方法对薄层的探测效果,却没有关注观测参数对探测结果的影响。拟选用电性源瞬变电磁法,以一维正演理论为基础,通过定义相对异常表征分辨能力,研究偏移距、观测时间与分辨能力之间的关系,从而决定如何选择合适的观测参数以实现薄层异常的快速有效勘探。结果表明:瞬变电磁法对薄层的分辨能力随着偏移距的增大先呈线性递减后逐步趋于稳定,同时所需的观测时间也逐渐增大;分辨能力的衰减速率随着电阻率及埋藏深度的增大逐渐减弱。综上所述,采用较小的偏移距进行数据采集,不仅有利于提高勘探精度,也能相应地提升勘探效率。

多道瞬变电磁法(MTEM)技术分析

多道瞬变电磁法(MTEM)具有深度大且探测精度高的特点,是目前电磁法领域研究热点之一。为推进多道瞬变电磁法深部探测系统的研发,对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析。首先,对多道瞬变电磁法的关键技术进行总结,其特点包括:采用大功率接地源形式;编码发射;多道观测;类地震资料处理。然后,指出多道瞬变电磁法的地球物理实质:多道瞬变电磁法属于近源测深,即通过改变偏移距达到测深目的;接收信号包括系统响应和大地脉冲响应(即含有一次场与二次场的混合场)信号,采用反卷积方法获取大地脉冲响应。最后,针对中国复杂环境下的深部探测,对现有的多道瞬变电磁法提出改进思路:1把二维观测系统改进成三维观测系统,即三维数据采集系统,使其应用性更强且更方便,探测深度大,精度高;2把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释;3从油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。

瞬变电磁法多装置探测技术在煤矿采空区调查中的应用

瞬变电磁法在采空区调查中得到广泛应用.本文对比了回线源和电性源两种装置在响应特征、探测能力等方面的不同特点,认为回线源瞬变电磁信号对地层灵敏度较高,电性源瞬变电磁探测深度较大.尝试将两种装置联合应用于某变电站选址地层稳定性及周边采空区调查,利用回线源数据可获得浅部地层信息,利用电性源装置探测数据可获得深部地层信息,达到了很好的效果.同时,研究结果认为电性源瞬变电磁法具有探测深度大、施工方便、工作效率高等优点,是一种可用于深部探测的值得推广的电磁方法.

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。

电性源短偏移距瞬变电磁研究进展

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是近些年发展起来的一种大深度瞬变电磁探测装置,在深部煤田水文地质调查等领域已表现出巨大潜力.本文通过回顾SOTEM方法的研究历史,总结SOTEM在正演模拟、反演成像、施工方法、附加效应、仪器设备等方面的研究现状,并结合实际应用案例论证了SOTEM在深部探测中的优越性.研究结果表明:SOTEM相较于传统回线源装置具有更大的探测深度,可以达到2000 m左右;相对于传统的长偏移瞬变电磁法,收发距可缩小至1/6,精度提高1.5倍,SOTEM通过观测不同电磁场分量可以实现对高、低阻目标体的精准探测;地面SOTEM可以扩展为地-井SOTEM和地-空SOTEM装置,分别提高探测精度和探测效率,以适用于不同场景的探测.

SOTEM法在城镇强干扰环境下的应用——以坊子煤矿采空区为例

瞬变电磁法(TEM)是煤田采空区探测的主要手段之一。然而,当采空区埋藏较深或测区内建筑物密集时,传统回线源装置往往难以满足探测需求。电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)由于采取近源观测,具有信号幅值高、信噪比强、探测深度大、施工方便高效等优点,具有更好的适用性。潍坊市坊子煤矿的采空区埋藏深度约500 m,且大部分区域落于房屋密集分布的村庄内,为有效探测蒋家村下采空区的分布及影响范围,采用SOTEM法开展探测工作。在村庄外围布设发射源,利用轻便接收装置在村内接收信号,克服了建筑物障碍问题。利用小波去噪及五点圆滑技术对强干扰数据进行滤波处理,然后利用OCCAM法对数据进行一维反演。结果表明,本次SOTEM探测深度达到800 m,成功圈定出低阻采空区的分布范围,并得到钻孔验证。

SOTEM响应特性分析与最佳观测区域研究

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是目前研究和应用较为广泛的一种人工源时间域电磁法工作装置,对深部资源地球物理精细探测具有一定的实际意义.为了深入理解方法内涵并更好地进行推广应用,本文基于电性源瞬变电磁一维正演理论,研究了SOTEM地下感应电流扩散、多分量电磁响应平面分布、多偏移距衰减等特性,然后根据上述特性研究了SOTEM的最佳观测区域.研究结果表明:电性源在地下可以产生水平和垂直两个方向的感应电流.其中,水平感应电流又分为上部水平感应电流和下部水平感应电流(又称作返回电流),水平感应电流的极大值主要集中于发射源附近并垂直向下扩散;垂直感应电流极大值沿与地面呈45°角的方向向下、向外扩散,并且具有较低的振幅和较快的扩散速度.电性源激发的六个方向的电磁场分量都具有一定的探测能力,但是考虑到地面观测的方便性和各分量的传播、分布特点,大多数情况仅利用垂直磁场分量Hz(B/t)和水平电场分量Ex.其中,Hz仅对低阻目标体敏感,且敏感区域位于赤道向区域,并集中在发射源附近;Ex既对低阻体敏感也对高阻体敏感,对低阻体的敏感区域位于赤道向区域,而对高阻体的敏感区域位于轴向区域,并且敏感区域距发射源的距离与目标体埋深和围岩电性有关.

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。