直升机频率域航空电磁系统在均匀半空间上方的电磁响应特征与探测深度

直升机频率域电磁系统的最大勘探深度究竟是多少 ,一直是有争议的问题。在实际工作中 ,通常认为其最大勘探深度为 15 0m ,但这些都是根据实际的勘查经验得出的 ,没有统一的标准。针对这一问题 ,根据均匀半空间模型 ,推导了不同装置的频率域电磁响应的理论公式 ,分析了不同装置的频率域电磁响应特征 ,探讨了电磁响应特征与穿透深度的关系 ,并给出了不同装置的频率域电磁系统的理论探测深度。

频率域吊舱式直升机航空电磁资料的马奎特反演

频率域吊舱式航空电磁系统在国内尚处于研究和试生产阶段,由于缺少有效的数据处理手段,限制了该项技术的进一步应用和发展.本文通过对马奎特方法原理介绍,成功地将其运用到频率域航空电磁资料的反演计算中,并对几个关键技术——雅可比矩阵计算、初始模型赋值、形态模型与物性模型反演效果等进行分析,提出了切实可行的算法,并在计算机上加以实现.最后,通过理论模型和实测数据测试验证了算法的有效性和正确性,填补了国内该应用领域的技术空白,取得了较好的应用效果.

吊舱式直升机频率域电磁系统性能及应用效果

IMPULSE系统是2003年2月从加拿大Scintrex公司引进的吊舱式直升机频率域电磁、磁综合系统.该系统采用新型的宽带技术,数字化程度较高,系统较为灵活,尤其适合于地形较为复杂地区的矿产和水工环勘查工作.目前该系统已经完成了飞行试验和4个测区的试生产测量工作,并在地下煤火勘查、矿产勘查等方面取得了明显的效果,实践证明该系统在地质和水工环勘查中具有良好的应用前景.

直升机载频率域电磁系统在我国环境和工程勘查中的应用前景

本文根据国际上采用直升机载频率域电磁系统进行环境和工程勘查的应用效果,结合我国引进的航空电磁系统的性能和特点,探讨了采用直升机载频率域电磁系统在我国进行环境和工程勘查的应用前景。

基于电导率加权平均法的频率域航空电磁三维谱元正演模拟研究

三维电磁正演算法的精确性和有效性对于实测电磁数据的反演和解释至关重要。近年来,谱元法逐渐被应用于三维电磁正演中,其中基于规则/形变六面体网格的谱元法在航空电磁正演模拟中的效果已得到了验证。然而,常规谱元法在处理每个离散单元时,通常赋予其单一的物理属性,导致在模拟复杂模型时仍需采用精细网格以满足模型离散需求,对复杂模型的适用性存在不足。鉴于谱元法基函数的高阶性,提出了一种基于电导率体积加权平均的谱元法。该方法将物理模型离散化与数值网格离散化相分离,实现了对单元内物理属性变化的精细描述,同时避免了正演方程未知数数量的增加。以频率域航空电磁三维正演为例,对改进的谱元法的精度与效率进行了分析。数值算例结果表明,改进的谱元正演算法能够在保证不低于常规正演算法精度的前提下,减少所需的自由度,从而提高计算效率。

吊舱式时间域直升机航空电磁系统集成研究

时间域航电磁系统在国际上已经取得广泛应用,国内吊舱式时间域直升机航空电磁系统研发起步晚,相关的仪器研发技术正在不断提升。本文从仪器系统的集成思路出发,提出仪器系统的连接接口和连接技术要求。通过隔离保护、海量数据融合、系统电磁兼容等关键技术的研究,保证集成系统性能的稳定,集成后系统经地面和空中动态测试工作状态稳定,为生产试验工作奠定基础。

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.

我国频率域航空电磁法仪器系统研制回顾与展望

这里从仪器硬件角度出发,简单回顾了物化探研究所航空电磁法仪器系统的发展历程,介绍了最新的三频航空物探(电/磁)综合测量系统的技术特点,在分析国内外频域航空电磁法仪器发展趋势的基础上,针对三频航电系统,提出了数字化及扩频的技术改造意见。

基于AeroTEM直升机时间域航空电磁响应曲线分析

在航空电磁实际勘查中,有较多因素影响系统的勘探精度和分辨率。这里以Aer-oTEM系统为例,基于MAXWELL软件正演模拟算法,对异常体横向距离变化、异常体倾角变化及异常体埋深变化对电磁响应曲线的影响进行分析。正演模拟结果表明:时间域直升机航空电磁系统具有较高的横向分辨率,对不同倾角的异常体都有较好的响应以及具有较大的勘探深度。

半航空频率域电磁法针对铁路勘察的研究进展

随着我国铁路网的不断扩展,在高原及艰险山区构建铁路网已成必然。然而,因地势陡峭,部分线位人员无法抵达,常导致关键勘察数据缺失。为解决这一问题,从传统地面勘察转向空中,采用地球物理技术与无人机技术相结合的半航空频率域电磁法。针对高原艰险山区长大深埋隧道的勘察需求,团队自主设计研发了半航空电磁硬件系统,通过与地面方法的同精度对比验证,其结果一致性达到90%以上。该技术成功应用于某隧道测区的勘察任务,弥补了因地势陡峭导致的勘察数据空白,有效降低了勘察成本,显著提高了工作效率,为我国铁路勘察工作提供了新的技术路径与方法。

频率域航空电磁法地形影响和校正方法

为了研究地形对频率域航空电磁法的影响程度,以及如何有效提取由于地形产生的航空电磁场,笔者利用频率域有限差分法开展了复杂地形条件下的频率域航空电磁响应计算和分析研究。计算结果表明,坡度较陡的地形对频率域航空电磁响应影响较大(尤其在沟谷位置地形影响最大),以至于增加了电磁异常的复杂程度,影响了电磁异常的解释结果。在综合研究的基础上,采用二维和三维的地形校正方法对典型地形地电模型进行校正,有效去除和压制了地形引起的电磁干扰异常,突出了异常体引起的电磁异常,提高了频率域航空电磁的解释效果。

频率域航空电磁法一维正演与探测深度

计算了偶极一偶极方式均匀半空间的频率域航空电磁响应及层状模型的相对异常响应，阐明了大地电导率、磁化系数，以及飞机飞行高度、探测装置、收发距对电磁响应的影响，计算结果说明了频率域航空电磁法的探测能力和探测条件．分析了三层模型的相对异常响应，给出了基于层状模型确定探测深度的方法．在水平共面方式下，收发距8m，飞行高度30m时，在3～4ppm噪声水平条件下，100Ωm大地探测深度为120m．

频率域航空电磁数据的加权横向约束反演

传统的一维反演技术已经被广泛应用于航空电磁数据解释中.然而,利用单点水平层状介质模型模拟地下复杂地电结构有时会遇到困难.突出表现在反演参数的横向不连续性,即使相邻测点的反演结果也会出现突变.本文针对航空电磁直升机吊舱系统可进行密集采样,相邻测点地下电性结构应具有某种程度连续性的特点,研究航空电磁数据横向约束反演理论,并提出参数加权约束方法.首先阐述频率域航空电磁正演和加权横向约束反演理论,着重介绍这种拟二维反演方法的基本原理和实施步骤,以及将该方法成功应用于频率域航空电磁数据反演处理的方法技术.最后,通过对理论和实测数据反演处理,并与传统的一维反演结果进行对比,验证加权横向约束反演方法的有效性.

基于磁导率的频率域航空电磁法双频反演方法

以往的频率域航空电磁法数据反演方法中,通常在模型中以真空磁导率代替介质磁导率,忽略了磁性层影响。但在高磁性区域,这样做将会导致计算电阻率值偏高。针对这一问题,首先根据层状介质模型研究了考虑磁导率和电阻率因素条件下的电磁场正演计算方法,并且分析了不同磁性介质对频率域电磁响应的影响规律。在此基础上,提出了磁导率和电阻率的双频反演方法,电阻率是通过2个频率的虚分量之比计算得到的,计算结果更加可靠,提高了磁性区域视电阻率填图的精度。通过对模型计算和实测数据进行反演计算,表明这种方法具有较高的反演精度,为强磁性区域航空电磁法视电阻率填图提了供一种行之有效的反演方法。

基于姿态变化的航空频率域电磁法仪器偏置实时校正方法研究

磁偶极子的航空频率域电磁法仪器在飞行测量的过程中由于仪器偏置的存在,且仪器偏置会随着外部气压、温度等环境因素以及收发线圈晃动的影响而呈现非线性变化,使得观测数据出现误差,因此需要对仪器偏置进行校正.而传统的在测线飞行前后将仪器抬至高空的"零场值"标定方法具有成本高、受测区环境影响大以及采用线性插值获取测线飞行过程中仪器偏置的精度低等缺点.本文根据仪器偏置与仪器姿态角变化无关的特性,通过测得仪器的姿态角信息,在满足重叠偶极子模型的条件下,实现对仪器偏置的高精度实时校正.模型仿真结果表明,在30m常规飞行高度下,该方法实时测得的仪器偏置精度接近于110m高空测得的精度;校正后仪器偏置的绝对误差与理论二次场的比值即相对误差小于5%,满足反演大地电导率的精度要求.该方法不仅减少了飞行的工作量,降低了飞行成本和飞行难度,而且可更加精确地获得测线飞行过程中仪器偏置的非线性变化值,提高航测数据的观测精度.

频率域航空电磁法视电阻率转换在岩性构造填图中的应用

以固定翼航空电磁系统正演公式为基础,介绍了实虚分量法、幅值飞行高度法等均匀半空间模型下的视电阻率转换方法。将内蒙古某测区实测的高、中、低3个频率的航空电磁数据转换为视电阻率,即Hρs、Mρs、Lρs,并对3个频率的视电阻率填图效果进行了试验对比,最后选用Hρs等值线图进行岩性构造填图,与地质图吻合程度较高。提高了航空视电阻率填图的实际意义和应用,为后期资料解释提供了理论基础。

频率域航空电磁法水资源探测深度及应用研究

为了了解频率域航空电磁法在水资源勘查中的应用条件和勘查效果,以层状介质模型为基础,计算了多种水文地电模型、多种电磁系统装置的频率域航空电磁响应。通过分析吊舱式直升机频率域航空电磁系统、固定翼频率域航空电磁系统在不同水文地电模型的电磁响应特征和衰减规律,分析了这2套系统在不同水文地电模型条件下的探测深度,即在盐渍化地区,频率域航空电磁系统最大勘探深度为60 m,在非盐渍化地区最大勘探深度为130 m。在综合分析频率域航空电磁法在水资源勘查应用前景的的基础上,通过国内外应用实例表明,频率域航空电磁法在中国东部沿海地区,以及内陆干旱地区寻找浅层淡水是有效的。该项成果对今后利用频率域航空电磁法进行水资源调查具有重要意义。

频率域航空电磁法数据调平软件设计与实现

FDAEM数据调平处理软件是根据地理信息系统（GIS）原理，采用图形分层、图形动态显示和网格化二级检索，以及面向对象和可视化软件开发等技术，实现了频率域航空电磁法数据的人～机联合一维调平功能。它具有可视化程度高，界面友好和操作简便直观等优点，对提高数据处理效率和观测数据质量，具有较高实用价值。这里简述了软件的功能需求、设计思路，以及采用的关键技术，并对软件的实际应用作了介绍。

航空频率域电磁法中姿态旋转不变量的姿态校正算法

基于磁偶极子的航空频率域电磁法仪器在飞行探测的过程中,由于吊舱姿态角的变化,使得收发线圈与大地之间的耦合发生变化,从而产生姿态误差。根据误差来源的不同,可以将姿态误差分为方向误差与位置误差两种。为了消除姿态误差的影响,基于层状大地模型,首先推导得到三轴发射、三轴接收线圈架构下的电磁张量姿态旋转不变量,再基于重叠偶极子模型,推导得到吊舱翻滚角及俯仰角的余弦值,进而实现不变量位置误差的校正。与传统的姿态校正算法相比,不变量的姿态误差校正算法无需测量吊舱的姿态角信息。由仿真结果可知,不变量的姿态校正算法可以实现传统姿态校正算法在3种常用线圈架构中的校正效果;在常见的H型与K型三层大地模型下,校正后不变量的相对误差小于0.1%,从而验证了不变量姿态校正算法的可行性。

频率域航空电磁数据的质心深度近似反演

利用“相位矢量图”法实现了航空电磁法视电阻率的快速计算;通过对质心深度理论研究引入电阻率-深度拟断面概念,实现了航空电磁数据的快速近似反演计算;最后,通过理论模型和实测数据的测试计算,对质心深度近似反演的应用效果进行了分析。