基于MTEM空间成像特征的陷落柱富水性研究

据某矿2502工作面的水文地质条件与顶底板岩层结构及性质,运用MTEM方法研究陷落柱富水特征,结合现场三维地震和井下层析成像及井下钻孔成果,指出陷落柱总体富水性弱,但在陷落柱南侧可能存在局部淋滴水现象。

MTEMcell中场的均匀性分析

利用直线法对具有任意宽度芯板的变形横电磁波小室（ＭＴＥＭｃｅｌｌ）进行了分析，得出了电场分布的计算公式。根据数值计算结果，讨论了ＭＴＥＭｃｅｌｌ中场分布的均匀性，并计算了特性阻抗。

多道瞬变电磁法(MTEM)虚拟波场提取技术

多道瞬变电磁法(MTEM)是近年来发展起来的一种新的地球物理勘查技术,其数据采集方式与地震法类似,因此,采用瞬变电磁拟地震解释方法对MTEM数据进行处理解释具有一定的优越性.研究MTEM虚拟波场有效提取方法具有重要意义.在以往奇异值分解法、预条件正则化共轭梯度法两种不同的常规提取方法研究基础上,本文提出采用相关叠加法提取MTEM虚拟波场信息.首先采用预条件正则化共轭梯度法对全时段MTEM数据进行虚拟波场提取,然后采用同种方法对划分的各时间段数据进行虚拟波场提取,最后对全时段提取结果与各个时间段提取结果进行相关性叠加,叠加结果作为最终的提取结果.实测MTEM数据虚拟波场提取结果表明,采用相关叠加法可以得到稳定、光滑的虚拟波场波形曲线,且抗干扰能力强.

矿井瞬变电磁法小线圈装置的电磁场响应特征研究

研究小尺寸且方便在井下安装的瞬变电磁法探测装置,可为掘进巷道随掘随探和预报水害提供新思路。基于全空间瞬变电磁理论,采用三维时域有限元法进行数值模拟,探讨了小线圈激励获得的二次场响应特征和磁芯线圈接收的瞬变电磁响应特征。构建巷道掘进工作面前方含水断层地质-地球物理模型,研究了小线圈装置对含水断层的瞬变电磁响应特征,对比分析小线圈与常规线圈超前探测的效果差异。研究表明:小回线源激励产生的感应电动势衰减规律与常规发射线框对应的感应电动势随时间变化规律相同,磁芯线圈能有效地提高感应信号强度;小线圈装置与常规线圈装置探测应用效果良好,可以有效解释低阻区分布范围,探测结果与巷道掘进验证结果吻合。结合井下现场试验,验证了小线圈装置应用于矿井瞬变电磁法超前探测的适用性和有效性。

矿井瞬变电磁法波场变换与数据处理方法研究

矿井瞬变电磁法探测电性界面分层的准确性关系到探测地质效果。探讨了瞬变电磁波场变换理论,提出了矿井瞬变电磁波场变换算法,对实际矿井瞬变电磁数据进行了波场变换,提出了波场变换数据处理及成像方法,实现瞬变电磁剖面到拟地震剖面的转换,达到对电性界面的准确划分。结合矿井顶板岩层富水性探测的工程实例对矿井瞬变电磁波场变换及其数据处理方法的实用性和有效性进行了验证,取得了较好的地质效果。研究表明:矿井瞬变电磁波场变换及数据处理方法能够提取瞬变电磁数据中所包含的电性界面信息,解决矿井瞬变电磁法探测在准确确定电性界面方面的不足,突出弱异常进而提高分辨率。

矿井瞬变电磁法在探查迎头前方构造中的应用

为探察矿井巷道掘进中的未知构造,防止瓦斯突出或突水事件,基于矿井瞬变电磁法全空间"烟圈效应"理论,根据巷道迎头周围空间有限和金属设施干扰大等探查环境,选择矿井瞬变电磁法进行超前探查巷道迎头前方地质构造,介绍了工作装置、探查技术及探查结果图形显示技术。实际应用表明,探查结果与巷道实际揭露情况基本吻合。

全空间条件下矿井瞬变电磁法粒子群优化反演研究

煤矿井下矿井瞬变电磁法(MTEM)探测中,电磁场呈全空间分布,全空间瞬变电磁反演是复杂的非线性问题,目前反演计算中全空间响应主要由半空间响应乘以全空间响应系数来得到,导致反演结果中顶板和底板异常(或前方和后方异常)叠加在一起难以分离,造成分辨率下降.论文提出采用粒子群优化算法(PSO)进行全空间MTEM反演,通过理论分析,在常规的粒子群算法基础上提出了一种新的进化公式改进策略,提高了粒子群算法的寻优能力.基于全空间瞬变电磁场理论,编写了粒子群算法反演程序,进行全空间条件下五层含巷道的复杂模型的反演计算.结合某矿井巷道顶板、底板岩层及断层含水性的探测实例,对实测数据进行反演计算和解释,探测结果得到钻探证实.研究表明,改进的粒子群优化算法对理论模型和实际资料的反演拟合程度较高,实现了矿井顶板、底板视电阻率异常的分离,提高了全空间瞬变电磁勘探资料的解释精度和分辨率.

利用多通道瞬变电磁法识别深部矿体——以内蒙兴安盟铅锌银矿为例

多通道瞬变电磁法由于采用伪随机编码发射、最佳匹配相干解码技术,所以相比于传统时间域电磁方法勘探深度大且抗干扰能力强,是目前地面资源勘查领域的研究热点.针对内蒙兴安盟某铅锌银矿埋藏深度大等特点,首先根据矿区资料建立一维以及二维模型,数值计算脉冲响应并分析其特征,说明多通道瞬变电磁对于大埋深低阻异常体有良好的反映,随后通过多通道瞬变电磁技术对矿区进行实例勘查,数据处理过程中利用了反卷积的方法提取大地脉冲响应,根据轴向大地脉冲响应的峰值时刻计算视电阻率,通过对视电阻率进行全波形反演得到解释剖面,与测区钻孔资料对比分析证明,多通道瞬变电磁法是反映深部低阻异常体的有效手段.

多通道瞬变电磁法2D有限元模拟

多通道瞬变电磁法的反演工作是在大地脉冲响应的基础上进行的,因此本文用2D有限元正演来求取大地脉冲响应,实现多道瞬变电磁法的正演模拟研究.研究工作首先在有源大地电磁法2D有限元模拟的基础上进行,原有2D有限元法的频带相对于多通道瞬变电磁法的频带是窄频的,为此采用校正法将其扩展到所需的宽度,实现了频率域宽频带有源电磁勘探方法的正演模拟;然后通过频时变换变换到时间域,得到瞬变电磁法的阶跃响应;最后通过求取阶跃响应的时间导数,得到大地脉冲响应.针对多通道瞬变电磁方法的装置特点,用有一定埋深的顺层成矿模型分析了大地脉冲响应特征,发现对有一定埋深的顺层产出的矿脉模型来说,频率域电磁场结果以及时间域大地脉冲响应结果均需移除背景场才能突出异常体的存在,然而,在实际工作中,未知的背景场限制了其实用性.为此,本文利用多通道瞬变电磁方法数据量大的特点,提出用不同偏移距的等时曲线与等时断面来展示脉冲响应模拟结果,事实表明这两种展示方式可以清晰地分辨出矿体引起的异常,且能准确定位矿体的中心在地面的投影位置,从而说明多通道瞬变电磁方法相对于频率域有源电磁方法,对有一定埋深的顺层矿床有更高的分辨能力.

基于矿井瞬变电磁法探测岩层裂隙富水性研究

为了查明武平县某矿岩层裂隙富水性,采用多通道改进小线框矿井瞬变电磁法探测技术对该矿+350巷道侧帮100 m、顶板50 m范围内岩层进行3条测线实际探测。该方法能够提高巷道周围含水异常探测的准确率,有助于增强其对含水体的敏感响应,并对研究巷道全空间涡流电场的分布特征规律均有重要意义。

多通道瞬变电磁法频率域比值算法及视电阻率计算研究

视电阻率在电磁法勘探中起重要作用,可以作为初步解释结果,多通道瞬变电磁法通过大地脉冲响应的峰值时刻定义视电阻率.鉴于传统方法计算峰值时刻视电阻率需要恢复完整大地脉冲响应,本文通过研究大地脉冲响应及其频谱特征,提出一种新的频率域比值法.利用参考谱及其与一般谱的伸缩因子计算一般谱的峰值时刻,进而得到视电阻率.该方法只需大地脉冲响应单个频点幅度谱,从而不用估计整个大地脉冲响应.实际计算时,可以用大地脉冲响应多个频点幅度谱得到平均视电阻率.模拟数据与实测数据结果表明,在一维介质中,频率域比值法可以得到合理的视电阻率.

我国深地资源电磁探测新技术研究进展

诸多研究表明我国深部资源潜力巨大,但目前的开发开采深度普遍停留在500m以浅,开展"攻深探盲"是构建国家资源安全体系的有效途径.应用最先进的科学技术手段,提取深部地质信息,已成为我国当前地球物理科学研究的发展方向.作为地球物理学的重要分支,电磁法是矿产资源探查的主体手段之一.在分析我国现阶段航空、地面及海洋电磁探测技术进展的基础上,本文重点说明了极低频电磁法(简称WEM法),多通道瞬变电磁法(简称MTEM)和电性源短偏移瞬变电磁法(简称SOTEM)等电磁探测新技术.WEM法建立一套包括岩石层、大气层和电离层在内的全空间电磁传播理论,通过新研制的观测系统,获取地下10km的地电信息;MTEM方法是地下埋深4km目标体精细勘查的有效手段;SOTEM实现地下1.5km深度范围内目标体的精细探测.通过多种电磁探测技术组合,可实现地下10km深度范围内多尺度探测,达到"望远镜+放大镜+显微镜"探测效果.同时,本文指出进一步研发与新方法配套的装备、资料处理技术和大数据人工智能识别等将是我国电磁法未来的发展方向.

基于数字递归陷波的多通道瞬变电磁法周期噪声去除研究

多通道瞬变电磁数据受工频噪声干扰严重,去除周期性的工频噪声是多通道瞬变电磁法实测数据处理面临的重大难题。通过交换发射与接收位置避开电力线从源头上减小工频噪声只适合电力线分布少而简单、地形较平坦的情况,极性反转叠加法更适合阶跃激励电流,观测垂向电场仅适合一维电性结构。数字递归陷波能够相对稳健地压制周期性噪声,并且计算速度快,但是,数字递归陷波法本身也有问题:其一,反褶积前陷波会使大地脉冲响应出现周期性的凹陷;其二,数字递归陷波器本身存在瞬态响应。本文研究了利用数字递归陷波器去除多通道瞬变电磁数据的周期性噪声的几个关键问题。首先,对设计数字递归陷波器的传统零点极点法进行修正,推导了新的计算公式。新的设计方法采用陷波带宽计算滤波系数。陷波带宽具有明确的物理意义,便于分析问题。其次,研究反褶积后陷波,即直接对大地脉冲响应进行处理,并系统地分析了陷波带宽、初始条件、大地脉冲响应波形等因素对数字递归陷波器的瞬态响应及陷波效果的影响。研究表明,选择合适的初始条件可以有效压制数字递归陷波器的瞬态响应,从而消除大地脉冲响应包含的周期噪声。最后,应用反褶积后数字递归陷波方法处理了野外实测数据,得到了合理结果。

多道瞬变电磁法中m序列抗噪性定量评估及编码参数优选

多道瞬变电磁法(multi-transient electromagnetic,MTEM)通过使用m序列对发射源进行编码,提高了电磁探测的抗噪能力,但不同编码参数的m序列的抗噪能力不尽相同。本文首先对比了不同编码参数m序列的辨识效果,分析其抗噪性能的差异;然后将辨识过程建模为辨识系统,该系统的输入设为大地响应信号,输出设为大地电磁冲激响应;之后通过分析特定频点的辨识系统频响特性,实现不同编码参数m序列抗噪性能的定量评估;在此基础上,通过数值模拟分析了各编码参数对抗噪性能的影响,进而给出m序列编码参数的优选方案;最后对野外试验数据进行处理,结果验证了本文所述编码参数优选方案的可行性。

复杂水文地质条件下致灾因素的超前探测与研究

收集了近5 a来阳煤集团南岭煤矿的50余份矿井瞬变电磁勘探报告,对该方法在地质构造、陷落柱、采空区等方面勘探的响应进行了分析。结果表明:当煤层未受到构造、陷落柱、采空区等因素破坏,电阻率等值线变化较缓和,逐渐递变;当煤层受到上述因素破坏时,电阻率等值线会发生剧烈变化,视电阻率异常界限明显。断裂构造、采空区以及陷落柱等含水时会使电阻率急剧下降。

煤矿综采面突水水源瞬变电磁探测技术及应用

随着煤矿综采机械化程度的提高,在采煤工作面发生突水事故时,准确查明突水水源位置及补给水源方向显得尤为重要。采用矿井瞬变电磁法"扇形扫描"探测技术,在采煤工作面预测突水点靠近的巷道内,距离工作面30~50 m,选择巷道环境较好位置进行数据采集,单个测点设计多角度探测,通过对采集的原始数据进行处理形成扇形图件,结合矿井水文地质资料综合分析,从而可确定采煤工作面突水水源位置和补给水源方向。

井间多通道瞬变电磁法建模及参数优化

通过将MTEM发射装置置于地下,降低了MTEM对使用条件的要求。主要通过建立井间多道瞬变电磁模型,基于Wiener-Hopf方程,对不同参数m序列所辨识的大地脉冲响应与解析解对比,进行发射信号参数优化,为后续相关研究奠定一定的基础。

综合物探方法在隧道超前预报中的应用

针对隧道超前预报TSP、地质雷达等方法在超前预报构造、防治地下水方面效果欠佳等问题,为了寻求解决隧道地下水超前预报的方法,在隧道开展了矿井瞬变电磁超前探测以及矿井三点—三极超前探测的综合勘探,根据隧道与煤矿井下施工环境以及探测目标体的不同,通过理论分析,在施工工艺方面稍作了改良,如矿井瞬变电磁法,专门定做了发射线框的支架,方便按照一定角度进行扫描;矿井三点—三极超前探施工时,为了提高信噪比,根据低频交流电磁场的近区场的视电阻率值与直流电法视电阻率值相等的原理,使用了15 Hz低频交流供电。经过数据处理,分别取得了较好的地质效果。比较2种探测方法相后,认为矿井瞬变电磁法更适于隧道地下水的超前预报,因为其定向性好,施工效率相对较高,处理成果为扇形区域,更加直观。

矿井瞬变电磁精细探查技术在铁矿防治水中的应用

在铁矿开采过程中,经常会遇到断层破碎带、软弱夹层及含水异常体等不可直接预测的不良地质构造,不及时预测及治理将影响安全生产。在诸多的预测方法中物探技术以其无损、准确、高效、快捷而得到认可。其中,矿井瞬变电磁对存在视电阻率差异的岩性响应明显,其探测结果能准确区别岩性电性变化界面,在很多煤矿防治水工程中得到了印证。本文在简单介绍矿井瞬变电磁基本原理及精细探测技术的基础上,结合大牛铁矿实际地质情况,通过具体的探测实例的尝试,阐述了矿井瞬变电磁精细探测技术在铁矿防治水中的作用。

多通道瞬变电磁有限差分正演模拟

为适应多通道瞬变电磁法的特点,文章对Wang和Hohmann的经典时域算法进行了四点改进:第一,通过解一个三维直流电法正演问题获取准确的初始值,既避免了光滑波形近似带来的误差,又可适应浅表电阻率不均匀的模型;第二,利用阶跃响应和脉冲响应的导数关系对二者进行交错递推,可同时获得阶跃响应和脉冲响应而不增加计算量;第三,引入了Kirchhoff积分延拓公式,代替传统的基于静磁场假设的地空边界条件,提高了地空边界条件的精度.第四,通过褶积合成最终响应,可以适应任意发射电流波形.文中利用改进后的三维时域差分格式分别对均匀半空间模型、含油气薄层的层状模型和含油气薄层的盐丘模型进行了正演计算,并通过与伪随机码褶积合成了带波形的响应.计算结果表明:在合适的参数条件下,该差分格式是稳定的,且模拟结果是精确可靠的.含油气薄层的模型计算结果证明多通道瞬变电磁法对油气薄层有较好的勘探能力.