双四元数矢量传感器阵列模型和电磁源定位

从四元数形式的麦克斯韦方程组的角度出发为电磁矢量传感器阵列建立了纯双四元数模型(PB-MOD-EL).理论分析表明采用双四元数框架下的数据协方差矩阵可以去除每个电磁矢量传感器内部的电场天线或者磁场天线噪声的相关性,使得相应的纯双四元数多重信号分离算法(PB-MUSIC)可以扩展到相关噪声的场合.实验仿真结果证明了该算法和理论分析的正确性.

导体球电磁源镜像关系的研究

导出了理想导体球外电荷、电流以及磁流的镜像关系.结果表明:像源传播的波长被压缩了,像电磁源的方向均与原来相反.这为有效的解决其他目标与导体目标之间的电磁相互作用、非孤立球体目标的电磁复合散射特性等研究奠定了理论基础.

井下电磁源磁场在铁磁环境下的衰变机理研究

为了分析在电磁导向钻进过程中井下电磁源所受到的铁磁干扰因素,对电磁源磁场在铁磁套管影响下的衰变原因进行针对性研究。利用镜像电流分析法在恒定磁场边界条件下对于不同磁导率介质交界面上的磁场矢量的变化规律进行了分析,得出在井下套管的铁磁环境下其磁感应强度的衰变规律。利用软件分析了套管对电磁场的阻碍作用,并通过试验进行验证。研究结果表明:电磁源在铁磁环境下的衰变主要是由于在井下铁磁物质磁导率与周围其他介质磁导率存在的差异而导致的。

自动化控制系统抗电磁源干扰的措施探讨

如今,工业设备自动化控制已经越来越普及,为了确保企业的安全生产与经济的顺利运行,自动化控制系统的抗干扰功能越来越倍受重视,其是工业可靠运行的保障。由于在PLC自动化控制系统中极易受到各种电磁干扰的影响,因而需要采取相应抗电磁源干扰措施,进而保障自动化控制系统的安全性及抑制系统的电磁干扰。本文将重点探讨有效解决自动化控制系统中抗电磁源干扰问题的相关措施。

电磁源加热国际专业大会将在意大利召开

意大利帕度亚大学是国际上名校之一,该大学工业工程系曾多次组办＂电磁源加热国际专业大会。＂

电磁源加热国际专业大会将在意大利召开

第六届电磁源加热专业大会，简称HES-13（Heatingby Electromagnetic Sources）将干2013年5月21-24日在意夫利帕度弧市（PADUA）帕度亚人学举办。本次专业大会的组织和科学委员会由圈际知名的感应加热教授组成，分别来自德国汉诺成人学、俄罗斯圣彼得堡电工大学、西班牙瓦伦西业大学、美圈感应技术中心、英国格林成治大学，还有法圜、波兰、比利时等到高等院校，其中还包括我国哈尔滨工业大学与上海大学。

电磁点源辐射线法用于复杂二维干涉仪测向研究

战斗机综合电子战系统采用二维干涉仪实现方位和俯仰同时测向,用于实现高精度无源定位或引导火控雷达等快速截获目标等。方位干涉仪天线通常安装在机翼前缘等位置,由于受重力或在飞行中颤动等影响,天线出现下倾而不在飞机机体水平面内,现有基于电磁辐射源远场近似平行投射原理进行测向建模过程方法非常复杂且困难。针对非正交二维干涉仪测向难题,提出了一种简洁高效的测向模型,将投射电磁波假设为空间中的辐射点源,由辐射点源到二维干涉仪天线距离差与相位差的关系,再利用辐射点源对应的空间方向线上超过一定距离时的任意点到干涉仪天线相位差近似相等的前提,得到辐射点源空间三维位置的三个方程,求解得到空间三维位置进一步得到电磁波方位俯仰的二维测向公式。对算法模型及其误差进行理论、仿真分析和实际工程验证,结果证明了该方法的有效性。

基于优化聚类的人工源电磁法数据信噪分离方法

为了降低强电磁干扰对人工源电磁法(Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM)有效信号的影响,改善CSEM实测数据处理结果因人而异且效率低的不足,本文针对CSEM有效信号周期性特征提出了一种加权自适应带宽均值漂移聚类(Weighted Adaptive Bandwidth Mean-Shift Clustering,WAB-MSC)信噪分离方法.首先在传统均值漂移聚类(Mean-Shift Clustering,MSC)算法的基础上增加核函数,降低处理结果对带宽选择的敏感度,提高算法的稳健性;其次结合实测CSEM数据的分布特征提出了一种基于局部密度梯度的带宽估计方法,实现了自适应带宽选择;最后通过仿真数据与实测数据对本文方法进行了验证,结果表明:本文方法能有效消除强电磁干扰对CSEM数据的影响,最大程度保留受噪声影响较小或未受噪声影响的数据,提高数据信噪比,降低强干扰噪声对CSEM初始资料的影响程度,获得更为真实的地电响应模型,为后续数据处理提供保障.

海洋可控源电磁法与地震全波形二维联合反演研究

为降低单一地球物理反演方法的局限性以及反演中所存在的多解性等问题,开展了海洋可控源电磁法(MCSEM)与地震全波形的二维联合反演研究。MCSEM采用数据空间OCCAM反演算法,地震全波形采用梯度法反演算法,引入交叉梯度函数实现两种物性参数结果的相互耦合;开发出一套二维联合反演算法,并通过3组理论模型算例验证了算法的准确性。研究结果表明:MCSEM联合反演结果相对于单方法反演结果有显著改善和提升,主要体现在异常体的形态刻画、结构构造以及物性数值的恢复,这说明全波形的反演方法能够提高MCSEM反演结果的可靠性。

2.5维频率域可控源电磁法水力压裂监测正演模拟

水力压裂技术在非常规油气资源开采过程中发挥着重要作用,水力压裂监测对指导生产具有重要意义。目前广泛应用的微地震监测不能准确获得水力压裂的有效压裂体积参数,而电磁法对低阻体反应灵敏,可以用来监测裂缝的空间特征和扩展范围。采用频率域可控源电磁法(CSAMT)对水力压裂模型进行了正演数值模拟,详细推导了2.5维CSAMT有限元计算方程并实现了正演数值算法。通过数值解与解析解的对比,验证了算法的可靠性。分别对发射源靠近井口和发射源远离井口两个水力压裂模型进行了数值模拟。为了考察压裂前、后的相对变化,分别求取了各压裂段与仅含套管时的视电阻率相对差异和相邻两个压裂段的视电阻率相对差异。研究结果表明,随着压裂进程的持续,视电阻率的相对差异曲线的极值会朝着裂缝新生成的方向发生偏移,其移动的范围与裂缝的位置具有良好的对应关系,故可以根据视电阻率的相对差异曲线极值的位置对裂缝进行大致定位。根据对视电阻率残差拟断面图的分析可知,在裂缝所对应的位置处,视电阻率产生了足够大的残差数值,虽然由于场源的影响,异常区域的中心与裂缝的中心位置并不一一对应,而是稍微偏向裂缝远离场源一侧的方向,但是可以根据相邻两个压裂段的视电阻率残差结果对裂缝的位置进行初步定位。研究结果表明,频率域可控源电磁法对于水力压裂的裂缝定位是可行的,可以为水力压裂电磁法动态监测提供理论方法和技术支持。

二次场算法对于可控源电磁地形问题的适用性研究

二次场算法常用于处理平坦地形下的可控源电磁正演问题,在海洋可控源领域也得到了广泛的应用。而关于二次场算法能否处理陆地起伏地形区域尚无定论。本文介绍了基于二次场的可控源三维正演算法在起伏地形模型下的建立过程和使用原理。通过电磁理论分析和多种模型的计算实例,分析了二次场算法在地形区域的正演结果异常及其产生的原因。最后通过对模型电导率和离散网格的控制变量实验,验证了二次场算法在地形区域的正演结果异常暂时无法通过有效手段解决。结果表明,在地空模型条件下,二次场正演算法暂时无法适用于绝大部分的起伏地形区域。

可控源电磁磁场频率梯度一维Occam反演

Occam反演作为一种地球物理正则化反演方法,被广泛使用于求取光滑的反演结果。传统的场值单分量一维Occam反演虽然能够对层状模型有着较好的恢复效果,但是反演结果严重依赖于收发距,通常收发距需要达到数千公里才可获得满意的反演结果。当偏移距过小时反演结果几乎是直线,对模型的电性变化无任何反映。本文对水平电偶极源产生的磁场求取频率梯度,层状模型的梯度值采用高精度差分值进行代替。将磁场频率梯度应用于Occam反演中,大量的反演结果表明,磁场三分量频率梯度的反演结果不会随着收发距而改变,均可以在近场源下很好地恢复模型真实情况,对电阻率的恢复效果优于层厚度。与其他电磁方法一样,反演结果对低阻层更为灵敏,对复杂模型的高阻层的恢复效果不如低阻体。

CSRMT正交水平发射源电磁场分布规律研究

可控源射频大地电磁法(controlled source radio-magnetotellurics, CSRMT)测量通常使用发送频率1~1 000 kHz的人工场源,正交水平电偶源和正交水平磁偶源是人工源电磁法众多发射源中实现张量电阻率测量的优质场源。为此,本文基于水平电偶极子源和水平磁偶极子源电磁场解析公式,计算了均匀半空间模型正交水平电偶极子源和正交水平磁偶极子源的电磁场。结果表明,发射频率大于100 kHz时,应考虑位移电流;而张量视电阻率和阻抗相位在远区可以忽略位移电流的影响;固定模型电阻率、改变收发距时,模型计算表明高频电磁场远区测量范围更大;固定收发距、改变模型电阻率时,模型计算表明电磁场远区范围受电阻率影响较大,高阻模型需要更高的频率才会出现远区观测条件。磁偶源相较于电偶源,在张量视电阻率和相位上与实际值的偏差更小,更适于地质分析。

可控源音频大地电磁和微动资料的拟二维联合反演

可控源音频大地电磁(CSAMT)和微动探测在城市强干扰条件下均有较好的应用前景,但单一的地球物理反演具有多解性。为了实现不同地球物理方法优势的互补,同时解决单点反演横向不连续性的问题,本文开展了CSAMT和微动探测数据的拟二维联合反演研究。作者将横向约束矩阵引入联合反演的目标函数中,同时采用有限内存拟牛顿反演算法(LBFGS),实现了两种方法的联合反演。通过理论模型合成数据反演算例,验证了联合反演的可靠性和有效性。结果表明,联合反演相比单一数据反演能有效地提高反演结果的准确度,其电阻率模型和横波速度结构更加趋于一致,同时,横向约束能有效地降低相邻测点物性参数的不连续性。通过加入横向约束的拟二维联合反演以单点反演的效率,获得了更合理的物性参数和地下结构的剖面结果,提高了反演的可靠性。

可控源音频大地电磁法电阻率与阻抗相位双参数综合判定煤矿双层采空区

地下煤层开采后形成的采空及塌陷会给周围生态环境造成破坏,但目前对于煤矿双层采空区,特别是第二层采空区的探测效果并不理想。针对这一难题,采用高效率可控源音频大地电磁仪采集数据,利用电阻率和阻抗相位双参数综合判断划定采空区:当含水采空区位于浅层时呈现低阻特征,电阻率会出现阴影效应,导致上层目标体的异常范围扩展,不利于下层高阻采空区的识别,而阻抗相位的阴影效应和静态效应均比较小,对于下层采空区的反映比较明显。理论模型测试结果表明,电阻率和阻抗相位双参数结合,可有效判定浅部含水采空区和深部未充水高阻采空区。采用该方法,对陕北侏罗纪煤田神府矿区的双层采空区进行了解释,结果表明该方法推断结果可靠,达到了预期勘查效果。该方法为可控源音频大地电磁法在煤矿双层采空区勘查中的应用提供了新思路,具有良好的技术推广价值和借鉴意义。

可控源音频大地电磁测深法在承德机场临空区地热资源勘查中的应用

为了探查承德机场临空区热储条件,选定有利靶区,利用6条可控源音频大地电磁测深剖面,进行数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型。根据测深结果,分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,结合地质条件和地热地质资料,对承德机场临空区地热资源进行评价与预测,圈定2处地热资源有利靶区。通过对可控源音频大地电磁测深法在该区域的应用,揭示了地下地热构造的分布特征,为承德机场临空区地热资源的开发提供了技术支撑。

可控源音频大地电磁测深法在地热水找矿勘查中的应用

贵州省荔波县处于扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区的有利空间部位,该变形区发育一系列高温地热水资源,具有集中开发绿色清洁能源的优势。针对该区域热源异常区普遍埋藏深的特征,采用可控源音频大地电磁测深法对深部热源场和导热构造等进行了预测。结果表明:①研究区地表无明显的地热异常显示,但根据地质条件等综合认为该区域具有寻找深部热水的条件;②通过可控源音频大地电磁测深验证了该区域深埋的3条断裂构造,其低阻体的空间分布及延伸特征与耕者倒转背斜吻合,下部F 2上盘与其接触部位、低阻碎屑岩层下部存在的宽缓次低阻带,为研究区主要储水储热有利部位,是进一步勘查的重点靶区;③储水有利部位为埋深2000~2800 m的次低阻带,同时钻孔还应充分考虑F_(2)、F_(5)断裂在深部的空间展布情况。

可控源音频大地电磁法在磷矿勘查中的应用

贵州省瓮安县登科磷矿深部具有良好的找矿前景,但由于含矿岩系陡山沱组埋深大、与顶底板地层电性差异不明显,常规物探方法难以有效识别含矿岩系。通过可控源音频大地电磁测深(CSAMT)结合电场梯度的方法来解译含矿岩系,并实施钻探进行验证。结果表明,陡山沱组与上覆灯影组整体为高阻区域,采用CSAMT二维反演和电场梯度方法,解译陡山沱组位于该高阻区域下部电阻率等值线由密变稀、垂向偏导数为极小值的区域,与钻探结果吻合较好。该研究说明CSAMT结合电场梯度方法在深部磷矿勘查中应用效果较好,可为类似的深部找矿场景提供借鉴。

可控源音频大地电磁法在地热调查中应用效果探讨

地热资源作为集热、矿、水为一体的绿色液体矿产资源,又是一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源,目前在旅游、养身、医疗等领域中发挥了重要的作用。地热资源一般都存储较深,且多与深大的断裂构造有关,断裂构造即是导水通道,同时有可能也是良好的导热载体,因此在地热资源的调查过程中,寻找有利的断裂构造有着非常重要的意义。近年来,对于深大断裂构造的探索调查,可控源音频大地电磁法(简称:CSAMT)使用的十分广泛,且效果良好。本文也通过实例着重介绍CSAMT方法在寻找深大断裂构造,从而发现地热资源中的应用,后期经钻探揭露,也验证了该方法的有效性与可靠性。

近场源多频电磁法人工蜂群约束反演研究

近场源多频电磁法常用于浅层电性结构调查,其数据反演结果直接影响探测成效。针对常规最小二乘反演收敛不稳定、多解性强的问题,提出一种人工蜂群非线性算法和先验信息约束相结合的反演方法。首先阐述了近场源多频电磁法正演问题,并对正演精度进行验证;在此基础上,对人工蜂群非线性算法原理进行了剖析,给出反演计算流程;之后,讨论了在人工蜂群反演中引入参考模型约束、光滑约束和物性范围约束的方法,最终形成近场源多频电磁法的人工蜂群约束反演方法。采用理论模型对该方法进行测试,结果表明:人工蜂群反演方法适用于多层模型,能满足数据拟合要求,且收敛曲线稳定下降,避免了常规反演陷入局部极小解的问题;人工蜂群反演在无约束时易出现虚假构造,而有约束时可有效收紧反演解空间,使结果更加接近真实值,反演结果质量更高。对两例不同电性环境下的近场源多频电磁实测数据进行试算,人工蜂群约束反演均给出符合实际地质情况的结果,表明该方法有效且可靠。因此,近场源多频电磁法的人工蜂群约束反演方法具有在实践中推广应用的价值。