Occam Inversion of Transient Electromagnetic Data in a Layered Medium with Azimuthal Anisotropy

In recent years, the anisotropic study has become a hot topic in the field of electromagnetics. Currently, inversion technologies of transient electromagnetic sounding data are mainly based on the case of an isotropic medium. However, the actual underground electrical structure tends to be complicated and anisotropic. It is often found that the isotropic inversion technologies do not lead to good results for field transient electromagnetic sounding data. We have developed an algorithm for calculating the transient electromagnetic response in a layered medium with azimuthal anisotropy. An occam inversion algorithm has also been implemented to invert the transient electromagnetic data induced by a grounded horizontal electric dipole in a layered medium with azimuthal anisotropy. Synthetic examples demonstrate the stability and validity of the inversion algorithm. Experimental results show different data for inverting have great influence on the inversion results.

SOTEM数据一维OCCAM反演及其应用于三维模型的效果

本文基于垂直磁场分量研究了SOTEM数据的一维OCCAM反演方法,并将其应用于理论三维数据及野外实测数据的反演.对于大部分一维模型,OCCAM反演可取得较好的反演效果,且反演结果不依赖于偏移距;噪声对SOTEM数据的OCCAM反演具有较大影响,但当信号含噪水平不超过5%时,反演结果仍具有较好的准确性;若浅层存在较厚的低阻层,OCCAM反演结果对下部地层的分辨能力下降,仅能获得具有平均效应的电阻率.将一维算法应用于SOTEM三维数据的反演,会产生较大的误差,尤其是在异常体边缘地带影响最为严重.该影响程度与异常体和背景电阻率之间的差异有关,对于大多数电性近似呈连续变化的真实大地而言,一维OCCAM反演算法仍可获得较好的效果.最后通过陕西某煤田深部富水性调查的实测SOTEM数据反演验证了本文的研究成果.

基于生成对抗网络的半航空瞬变电磁噪声数据扩充方法

半航空瞬变电磁噪声数据形式复杂,获取成本高、数据量稀缺,难以通过传统的扩充方法进行数据扩充,极大地影响了后续降噪工作的开展。针对这个问题,本研究提出了基于生成对抗网络的半航空瞬变电磁信号数据扩充方法,通过将生成器设计为LSTM网络,基于实采噪声数据集,进行生成器与判别器模型的训练,成功获取了可以生成仿真噪声数据的生成器模型,之后分析了生成器生成的仿真噪声与实采噪声的分布,并且对比了扩充前后降噪网络的表现,验证了本方法对于半航空瞬变电磁实采噪声数据的扩充是真实有效的。

高速数据采集系统在ATEM中的实现

针对原TEM(TransientElectromagnetic)发射机在前端电流取样中存在的信号畸变问题,提出在发射线圈中串入纯电阻的解决方案;从数据反演出发分析指出准确记录发射电流下降沿波形,并根据该波形数据计算出发射电流值和电流关断时间;提出选用AVR(AdvanceReducedInstruction)单片机AT90S8515,Maxim公司AD(AnalogtoDigital)芯片MX7821和IDT公司FIFO(FirstInFirstOut)芯片IDT7204设计实现一套1 65Mbit高速数据采集系统,比原采集系统采样速率提高了2倍,采样精度提高了约400%。该系统已成功应用在ATEM(ArrayTransientElectromagnetic)发射机中,并在多次野外试验中证明,该系统工作稳定,达到了设计目的。

电性源短偏移距瞬变电磁法数据处理软件系统SOTEMsoft

目前,已有瞬变电磁法(TEM)数据处理软件大都仅针对回线源装置,无法处理电性源装置数据。随着电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)的广泛推广应用,亟需开发一套适合电性源短偏移距瞬变电磁法装置特点的数据处理软件。通过解决任意收发装置形式一维正演、多分量多源数据联合反演、考虑激发极化效应数据反演、拟二维横向约束反演等关键技术,研发了电性源短偏移距瞬变电磁法数据处理专用软件系统SOTEMsoft。该系统具备数据整理、图像显示、数据预处理、模型构建、正演模拟、数据反演、工程出图等功能。数值模拟和野外实测数据处理效果表明,SOTEMsoft功能完备,数据处理精度和效率较高,满足野外实际生产需求。

煤矿采空区积水瞬变电磁法探测方法优化

应用矿井瞬变电磁法进行含水异常体的探测效果明显,但容易受到巷道复杂工程地质条件和设备环境的干扰,需要进行针对性优化以提高矿井瞬变电磁法信号采集质量和解释精度。基于“烟圈”扩散理论,阐述了矿井瞬变电磁法探测原理及视电阻率纵向微分解释方法;通过对已知积水采空区进行瞬变电磁法探测试验,分析对比了主要采集参数对瞬变电磁法电场响应特征的影响;结合视电阻率纵向微分解释方法,提出了矿井瞬变电磁法采空区积水探测的数据采集与处理优化方案并对其进行了效果评价。结果表明:线圈与巷道围岩之间距离越近,两者耦合程度越高,且该距离存在合理范围,超出该范围线圈接收到的电压响应值过低,不满足数据对信噪比的要求;增加叠加次数可提高信噪比,并有效压制电压衰减曲线尾支畸变;适用于高家梁煤矿的合理距离范围为0~0.5 m,叠加次数为64次。

瞬变电磁法在矿山巷道超前预报系统构建中的应用研究

利用CUGTEM-GKⅡ瞬变电磁仪对矿山巷道的超前勘探工作进行实时物探,并形成三维模型成像结果,给出了矿山岩层地下水涌水量、巷道顶板及两帮位移量等预警数据。其中,机器学习算法整合深度卷积神经网络、多列神经网络、数据二值化输出、模糊决策矩阵预警等算法,给出了覆盖范围较大的粗略预警结果和覆盖范围较小的精细预警结果。经仿真分析,粗略预警结果和精细预警结果均表现出一定的数据敏感性,且精细预警可以在巷道掘进问题岩层前24 h给出较高敏感度的预警结果。

地面瞬变电磁法(TEM)研究进展

较详细地介绍了近年来国内外地面瞬变电磁法(TEM)的基本原理、特点、影响因素、测量仪器、数据处理、数据解译(数据的正演和反演)方面的研究状况和所取得的进展,简要介绍了其应用前景,由于具有探测深度大、空间分辨率高等优势,TEM在地质灾害、建筑工程、水文地质工程特别是在深部找矿等方面得以广泛应用。

基于小波变换的TEM信号处理中小波基函数的选择

瞬变电磁法(TEM)作为一种时间域电磁勘探方法,具有探测深度大,受地形影响小等优点。随着对数据处理精度要求越来越高,近些年出现了使用小波变换来对TEM信号去噪的方法。由于小波基的选择对于小波变换是一个重要问题,小波基函数对去噪的效果好坏影响也很大。通过试验MATLAB小波工具箱中Coif及Bior小波函数的去噪效果,从去噪结果上分析,Coif小波函数去噪效果更好。

TEMS─3S瞬变电磁测深系统的研制

ＴＥＭＳ─３Ｓ瞬变电磁测深系统以电磁理论为基础，采用新思路、新技术克服瞬变电磁系统的限制，使之适合我国多山区的国情，满足多领域的应用。它装备轻便、探测深度范围大、分辨率高、并有自适应的独立软件系统。

基于TEM系统的回波处理技术应用

为了提高瞬变电磁系统回波辨识,设计一种新型的波形相似度算法,对接收到的瞬变电磁系统回波数据进行分析处理。针对因各种干扰因素采样到的回波数据变得难以区分、辨识,传统的回波处理方法效果不理想的情况,从空间向量的角度出发,将采样点作为评价指标,利用熵权法设置指标权重,综合各个评价指标,提出一种新型的波形相似度算法。通过大量数据实验分析,该算法在回波辨识方面取得了不错的效果,对部分厚度的辨识准确度达到了90%,具有较好的实用价值。

基于瞬变电磁法的煤矿富水区勘探研究

为了查明山西华宁焦煤有限公司煤矿富水区赋存形态,以满足矿井设计和开拓的要求,采用瞬变电磁法,基于研究区地质概况和地球物理特征,研究了工作方法与技术措施以及数据处理、资料解释,与三维地震解释出的煤层、构造信息进行综合分析,确定了区内煤层顶底板含水区域及构造赋水情况。研究得出,采用瞬变电磁勘探查明了2煤、10煤顶板富水区范围,其中圈定2煤顶板富水区7处,圈定10煤顶板富水区7处;查明了奥陶系灰岩的富水异常区,圈定奥灰富水异常区8处;查明了勘探区内主要断层的富水性,评价了断距大于5 m以上的11条较为可靠断层的富水性。

瞬变电磁法在地球物理勘探中的应用研究

近年来,瞬变电磁法发展极快,它在地球物理勘探方面受到了极大的青睐。瞬变电磁法相对于传统的直流电勘探法具有较大的优势,包括灵敏度高、探测深度较深以及抗干扰性强等,这也使得瞬变电磁法被广泛应用于煤矿、油田等领域。为了满足现代地球物理勘探的应用需求,应用瞬变电磁法时需要充分结合实际生产条件,尽可能地控制其分辨率和精度。从瞬变电磁法的基本原理出发,探讨了其发展及应用,同时分析了它在工程物探领域的应用实况,侧面证明了瞬变电磁法的科学性和可行性。

瞬变电磁过套管电阻率测井数据采集系统

为满足在生产井中进行套后测量从而获取套管外地层电阻率,进而求取剩余油饱和度的需求,研制了瞬变电磁过套管电阻率测井数据采集系统。系统中井下瞬变电磁过套管电阻率测井仪采用单发双收线圈系,记录4条地层电压时间谱曲线,实现对井周围介质电磁信息的精密采集,并通过CAN高速总线将数据实时传送到遥测仪器。遥测仪器采用曼彻斯特编码技术,实现与地面长距离、双向快速实时通信。电阻率反演基于人工智能机器学习算法完成记录电压值到电阻率的转换,转换后的电阻率曲线与裸眼井地层电阻率曲线形状具有一致性。现场测试表明,所研制的测井数据采集系统能够实时精确地采集地层电磁信号,在数据后处理过程中通过机器学习可以快速获取套后地层电阻率信息。

羊东矿运料道瞬变电磁探测中良导体干扰的处理

本文以羊东矿06202(Ⅱ块)工作面运料道瞬变电磁探测为例,简述了巷道探测中运输轨道对瞬变电磁探测的影响,以数据模拟的方式分析了数据校正和异常形态消除的方法,以及巷道数据处理前后的效果对比。阐述了巷道内固定同一的良导体在瞬变电磁处理过程中的方法,对提高探测数据解释质量起到推动作用。

瞬变电磁金属干扰特征及校正方法研究

金属体对瞬变电磁法探测结果的影响较大,研究其影响规律并对干扰数据校正是瞬变电磁法资料解释及处理中的重要内容。论文首先在全空间瞬变电磁场的理论基础上,研究了均匀介质中全空间条件下瞬变电磁场的传播规律和视电阻率计算。然后设计井下金属体干扰实验方案,根据实际情况在井下进行现场探测实验,根据实际探测数据,总结了特定地质条件下瞬变电磁场的分布规律,并分析了金属体对于全空间瞬变电磁场响应的影响规律。根据其影响规律推导金属体干扰的校正函数,并对干扰数据进行校正。最后结合实际探测进行应用,得到校正成果并分析校正效果及其意义。研究表明:金属体对瞬变电磁响应的干扰存在一定规律,通过对金属体干扰的数据进行校正处理能够得到较好的探测效果。

瞬变电磁法中数据取样处理方法的研究

通过对瞬变电磁法中信号检测技术的研究 ,针对密集均匀分布的多点数据采集方式 ,提出对原始数据进行近似等对数间隔 ( 1.2倍关系 )抽道取样并采样数据窗内的数据进行几何平均的算法 ,可提高信号对噪声的抑制能力。

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。

瞬变电磁测深早期数据的修正

通过时间-频率转换关系,TEM数据可以转换成平面波场测深数据,从而可以对TEM资料进行拟平面波场处理解释.在对瞬变电磁视电阻率数据向平面波场测深视电阻率数据转换时,发现由于瞬变电磁使用晚期计算公式及装置问题,使测深曲线早期数据发生畸变.文中建立了视电阻率曲线进入晚期所满足的关系式,从理论上给出不同情况下瞬变电磁测深视电阻率曲线进入晚期的临界点.以瞬变电磁、大地电磁、CSAMT为例,对大量的模型进行正演计算,对计算结果进行对比分析,建立不同地表电性结构、不同时间延迟情况下,瞬变电磁早期数据误差的校正量板.

锚网支护下矿井瞬变电磁响应特征及处理技术研究

为了研究锚网支护对矿井瞬变电磁法探测造成的影响,利用物理模拟相似性准则,进行物理模拟实验和矿井试验,研究锚网支护的瞬变电磁响应特征,并提出处理方法。实际应用结果表明:受到锚网金属支护的影响,测得的二次感应电位数值明显增大,反演出来的视电阻率值明显变小,且对感应信号前期的影响大于后期。建立了锚网支护校正的数学模型,并提出新的数据处理方法,可有效剔除假异常,提高反演解释的精度。