瞬变电磁法在煤矿超前地质勘查中的应用

煤矿覆盖层厚度较大,加大了地质勘查难度。瞬变电磁法受地形影响较小,为此,研究了瞬变电磁法在煤矿超前地质勘查中的应用,勘查前对WTEM-1瞬变电磁系统进行检验标定。通过地质勘查试验,确定施工频率与线框边长,对3个线圈实施一致性测试。依据试验区已知矿床的分布情况与地形特点布设测线;使用沿地形缓起伏的测量方式采集数据,利用高斯滤波进行预处理后,通过转换感应电动势数据为视电阻率数据完成解释处理,从中圈定矿体异常区域进行解析分析。应用结果表明,试验区的测线剖面电性分层明显;前2道测线处不存在偏低或偏高的视电阻率,后3道测线处均存在偏低的视电阻率;在后2道测线处存在偏高的视电阻率,其中低磁异常是火山角砾岩,高磁异常是石英闪长岩侵入体。

ATTEM系统中电流关断期间瞬变电磁场响应求解的研究

在瞬变电磁法中,由于发射电流关断时间不为零、接收线圈的谐振频率有限,早期瞬变电磁信号发生畸变,只能舍弃,因此存在着探测盲区.针对这一问题,研究了瞬变电磁方法中发射电流关断期间总磁场的形成过程,论证了一次场、二次场和总瞬变场的关系,分析了接收线圈的频率特性和关断时间对瞬变电磁场的影响,提出从总磁场中剔除一次磁场影响的方法,从而获得电流关断期间和电流关断后的早期瞬变电磁场.采用吉林大学自主研制的瞬变电磁测量系统(ATTEM)在长春市伊通河活断层进行勘探,进一步验证了算法的有效性,缩短了瞬变电磁法的勘探盲区,实现了近地表4 m以下的勘探,可以清晰地分辨近地表的低阻异常,提高了浅层探测精度和分辨率.

瞬变电磁系统探测海底电导率的研究

选择在海洋工程与环境地质等方面有应用前景的海洋瞬变电磁法作为研究对象．研究了在高导海水中探测海底电导率的电磁感应理论，研制了共轴水平磁偶极-偶极装置（HRHR）的瞬变探测系统和解释软件．经东海海域实地试验，取得了良好效果，证实了瞬变电磁探测的有效性和方法优势．目前，它可作为海底地质填图的主要手段．经拓展后可用于海底分层和基底深度的探测．

基于L1范数的瞬变电磁非线性反演

瞬变电磁反演存在高度的非线性特征,常用的最小二乘等线性反演方法往往对初始模型高度依赖,并且极易陷入局部最优解.本文基于观测数据与模拟数据的L1范数建立目标函数,采用模拟退火非线性全局最优化方法实现瞬变电磁一维反演.初始模型完全随机产生,通过指数函数退温机制模拟系统能量最小实现迭代,通过接收概率函数评价当前模型,实现局部最优解的跳出,最终实现全局最优化求解.通过数值算例发现,无论给定的反演层数等于还是大于设计模型,都可以获得较好的反演效果,因而可以在反演初始就设计较多的层数,实现反演模型的自动拟合;同时,利用含噪声数据反演进一步验证算法的稳定性.最后,对实测数据进行了反演测试,结果与钻孔编录基本一致,表明提出的基于L1范数的模拟退火反演可用于实测数据处理.

瞬变电磁探测系统(CASTEM)试验对比--安徽颖上大王庄铁矿

为推进国产电磁勘探设备的高端化进程,自主研发了CASTEM瞬变电磁系统.在前期系统开发、测试及集成基础上,开展野外试验研究,以检验CASTEM系统的稳定性及探测能力.选择已取得显著勘探成果的安徽颖上县大王庄铁矿进行试验,试验内容包括大功率发射机性能、接收系统噪声性能、实测响应曲线和反演效果,并与国际高端瞬变电磁仪在上述几方面进行了对比.试验结果表明CASTEM系统的各项指标性能稳定、可靠,已达到国际先进水平;探测成果与高端瞬变电磁仪器探测成果以及钻孔资料相吻合,表明CASTEM系统可以用于深部勘探.

ATEM瞬变电磁系统在长春市活断层勘探中的应用

分析了电磁噪声在城市中的存在方式和特点,讨论了人文噪声对城市活断层探测的影响。由于城市环境的限制,瞬变电磁法中发射线圈的边长受限,提出通过加大发射电流和信号叠加、分段放大等技术来压制电磁噪声,提高信号的信噪比,以确保城市探测的有效性。采用吉林大学自行研制的ATEM瞬变电磁测量系统,在长春市伊通河和蔡家等地的活断层进行了勘探研究,取得了较好的效果。

多匝重叠小回线装置的矿井瞬变电磁观测系统

采用物理实验对矿井瞬变电磁观测系统的发射功率、发射磁矩、关断时间随发射线圈匝数的变化关系以及关断时间、接收信号随接收线圈匝数的变化关系进行了定性研究.结果表明,发射功率随发射线圈匝数的增加而减小,发射磁矩随发射线圈匝数的增加而增加,但增加幅度较小;关断时间与发射线圈匝数近乎呈正比而与接收线圈无关;接收信号强度与接收线圈匝数呈正比关系;实验过程中采用的1-40匝不同匝数的接收线圈暂态过程近乎相同.

GPS同步瞬变电磁探测系统设计

瞬变电磁法是电法勘探的一种重要手段,基本原理是根据物质电阻率差异来确定被探测目标的物理参数,广泛应用于找矿、地下水探测、环境污染探测、工程探测、军事探测等方面。瞬变电磁探测系统发射机与接收机要求严格同步,同步误差要求小于1μs。本文系统阐述了GPS(全球卫星定位系统)同步瞬变电磁探测系统的工作原理、系统组成及技术特点。并根据野外实际探测结果与要求,讨论了其他同步方式的优缺点、IGBT快关断大功率发射机、基于浮点放大的同步接收机的设计等问题。

坑道瞬变电磁全程数据分析及1∶1含水模型试验研究

考虑到接收系统过渡过程及电流关断时间,通过对接收系统冲激响应函数、一次电动势及二次全程感应电动势理论公式的推导,还原了接收瞬变电磁全程响应信号,与理论全程数据的对比分析表明,电流关断时间和接收系统过渡过程给早、中延时段瞬变场造成严重的畸变,导致数据解析不能有效识别坑道前方近距离地电信息。为评价畸变段数据对坑道超前探水的影响,建立坑道前方1∶1定量水仓模型,通过在掘进工作面连续观测100 m3以内水量变化情况下的瞬变场响应数据,分析并获得了含水模型的瞬变异常响应特征,确定其响应时窗处于畸变数据段,进一步指出现有坑道超前探水技术仍需不断改进,以提高超前预测精度。

航空瞬变电磁法系统VTEM^(plus)的应用效果

航空瞬变电磁法测量系统VTEM^(plus)具有信噪比高、分辨能力强、探测深度大等技术优点,介绍了该系统的构成、主要技术参数、采集的数据类型和数据处理方法及所形成的图件资料,对资料解释方法也作了简要阐述。在新疆哈密黄土坡块状硫化物型矿区及内蒙古翁牛特旗小营子铅锌矿区,对该系统进行的测量试验,结果说明该方法应用在多金属勘查中效果良好。

人工神经网络专家系统在瞬变电磁法反演中的应用

目前在瞬变电磁法反演方法中 ,人们使用较多的是电磁场反演拟合的方法。但往往存在以下不足 :首先这些反演方法理论复杂 ,不易掌握 ;其次它要求工作人员有丰富的工作经验 ,缺乏延续性 ,很难推广 ;再次数据处理量大 ,计算复杂。本文提出一个基于人工神经网络的专家系统。它避开了具体复杂的电磁场计算 ,只要经过适当的学习训练就能够解决复杂的实际问题 ;而且还具有学习记忆功能 ,使得瞬变电磁法的反演工作具有延续性和继承性。随着专家系统的不断完善 。

瞬变电磁发射机控制系统设计

瞬变电磁发射机是瞬变电磁系统的组成部分。论文介绍了瞬变电磁发射机控制系统的功能框图、硬件设计和软件设计,实现了发射电流、关断延迟时间的测量,以及内同步外同步双工作模式,发射机具有发射电流大、关断延迟时间短、下降沿线性度高的特点。实验证明,该控制系统功能完善,可靠性高,达到了设计要求。

接地导线源航空瞬变电磁系统EEMD法去除传感器运动噪声

航空电磁系统观测值中不仅包含了地下介质的响应,还包含多种噪声成分,其中传感器运动噪声具有频率低、幅值大、非周期等特点,是航空电磁探测系统的主要噪声源之一。针对运动噪声的上述特点,利用EEMD方法对随机信号的分解能力,将航空电磁信号分解为多阶IMFs分量;利用IMFs某阶分量拟合传感器运动噪声,并从航空电磁信号中加以去除,从而获得去除运动噪声后的信号。本文利用EEMD方法对航空电磁仿真信号中运动噪声加以识别和去除,取得了良好的效果。通过与传统样条插值方法去噪效果的对比,表明EEMD法能够有效地去除线圈中的运动噪声,同时将该方法应用于山东某地无人机半航空瞬变电磁系统实测数据处理中,取得了良好的去噪效果。

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。

板状体瞬变电磁正演计算系统

为了便于研究地质体中常见层状地质结构的瞬变电磁响应特点,开发了针对板状体的正演计算软件。软件设计采用了面向对象与面向过程的方法,通过动态链接库将两者结合起来。系统界面友好、稳定,可以实现各种板状体的正演计算。二维计算采用有限差分的方法,实现了不同厚度、倾角、电导率的板状体及其组合的计算,计算结果以直观的图形曲线形式展现出来,并可利用其他成图软件进行深加工与研究。

基于LabVIEW的瞬变电磁接收系统设计

针对瞬变电磁仪器晚期信噪比低、抗干扰能力差的问题,介绍了一种基于LabVIEW控制USB4432采集卡的瞬变电磁仪器接收系统。为了便于使用,系统采用GPS同步;针对晚期信号弱、噪声大的问题,采用低噪声放大器搭建了双路差分前置放大器电路,并利用UAF42设计了四阶低通滤波器压制高频噪声;为了提高系统的稳定性和功能可扩展性,利用图形化语言G语言编写系统上位机程序。测试结果表明,该系统具有工作稳定、噪声水平低的优点,可用于瞬变电磁信号的采集。

基于模块化多电平变换器的高压瞬变电磁发射系统

为了对深部矿产资源进行探测,实现基于低压器件进行高压大功率输出的目的,提出一种基于模块化多电平变换器(MMC)的新型瞬变电磁发射电路及其控制策略。该发射电路采用模块化结构,由多个半桥子模块(SM)级联而成,各子模块在高压直流侧串联以分担高电压应力。建立发射电路的等效电路模型,分析调节发射电流上升沿、下降沿的原理,采用分段控制策略,将1个周期内的发射电流分为8段,对各段电流实现精确控制。在MATLAB/SIMULINK中建立仿真模型,并搭建4级MMC发射系统样机验证所提发射系统的可行性。研究结果表明:相比于H桥发射电路,所提发射电路的电流上升沿和下降沿更快,有利于提高探测效率。

PROTEM67D瞬变电磁系统探测多层采空区的效果

使用PROTEM67D瞬变电磁勘探系统,在山西临汾西部某煤矿采空区探测工作中,选择合适的工作装置,通过科学的试验,确定合适的工作参数。依据对局部已知采空区的瞬变电磁的电性特征的分析,建立适合划分本区采空区的视电阻率数值变化范围的解释方法,对整个勘探区的电性断面图进行分析解释,从而圈定了全区的采空区和采空积水区的范围,并且取得了良好的地质效果。

浅水域拖曳式瞬变电磁系统在公路勘察中的应用研究

在高速公路建设勘察阶段,路线穿越矿区时,获取准确的淤泥层覆盖厚度对于后期设计工作至关重要,但对于洗矿池所形成的淤泥,由于常规勘察的手段受限,对淤泥层厚度难以准确探测。为此,通过引入先进的物探手段并对其进行应用研究,在广西梧柳高速公路百丈互通使用浅水域拖曳式瞬变电磁系统,成功进行了洗矿池淤泥厚度勘察,为国内外首例高速公路洗矿池勘探。