Calculation and application of full-wave airborne transient electromagnetic data in electromagnetic detection

Airborne electromagnetic transient method enjoys the advantages of high-efficiency and the high resolution of electromagnetic anomalies,especially suitable for mining detection around goaf areas and deep exploration of minerals.In this paper,we calculated the full-wave airborne transient electromagnetic data,according to the result of numerical research,the advantage of switch-off time response in electromagnetic detection was proofed via experiments.Firstly,based on the full-wave airborne transient electromagnetic system developed by Jilin University(JLU-ATEMI),we proposed a method to compute the full-waveform electromagnetic(EM)data of 3D model using the FDTD approach and convolution algorithm,and verify the calculation by the response of homogenous half-space.Then,through comparison of switch-off-time response and off-time response,we studied the effect of ramp time on anomaly detection.Finally,we arranged two experimental electromagnetic detection,the results indicated that the switch-off-time response can reveal the shallow target more effectively,and the full-waveform airborne electromagnetic system is an effective technique for shallow target detection.

航空瞬变电磁法在新疆黄土坡铜锌多金属矿区的应用

为探索航空瞬变电磁测量在新疆黄土坡铜锌多金属矿区的探测效果,基于矿区矿化岩石和围岩间存在明显的电性差异,在该区开展了1∶10000航空瞬变电磁测量,查明了矿区范围内600 m以浅不同电性地质层(体)的空间分布规律,分析了航空瞬变电磁反演电阻率特征与已知矿体之间的关系。结果表明,航空瞬变电磁测量结果与已知矿吻合较好,在已知块状铜矿体位置,反演电阻率表现为明显的低阻特征,矿体最厚处与反演电阻率断面图中电阻率最低值的位置相对应。在已知网脉状、浸染状铜锌矿体位置,反演电阻率表现为中-高阻特征,矿体多位于反演电阻率断面图的电阻率过渡带上。根据已知矿的航空瞬变电磁响应特征,圈定找矿有利区3处,均为寻找火山沉积硫化物型铜锌矿床的有利地段。本次研究为新疆黄土坡地区寻找同类铜锌多金属矿产提供了一种高效的技术方法。

层状介质半航空瞬变电磁正反演研究及应用

半航空瞬变电磁具有信噪比高、探测深度大,可以实现高效和适应复杂地形条件下对目标体探测等优点。目前该方法的正反演研究和应用都得到较快的发展。该文以电性源半航空瞬变电磁为例,利用数值模拟方法得到层状介质中瞬变电磁响应。建立K型地电模型和H型地电模型分析地层参数对瞬变电磁响应的影响。分析结果表明,埋深较浅的低阻层不利于半航空瞬变电磁对异常体的探测,高阻层厚越大或埋深较浅越容易被探测,而且当中间层与围岩电阻率差异越大,对瞬变电磁响应影响越大。然后根据某井工矿水文地质资料,建立充水采空区模型和砂岩裂隙含水层模型,基于自适应正则化反演方法对理论模型进行试算,发现该反演方法能够反映出砂岩裂隙含水层,能够较为准确地反映出异常体的位置,但对目的层厚度较薄的积水采空区模型反演效果较差。最后,为了验证电性源半航空瞬变电磁系统实际应用效果,对某煤矿进行探测。结果表明,该系统可有效地揭示探测区域的视电阻率差异性分布。因此,电性源半航空瞬变电磁是一种高效、适应复杂探测环境、分辨率较高的探测方法。

地空瞬变电磁法在煤矿采空区中的应用效果分析

煤矿采空区一直是工程中难以解决的重点难题之一,现工程中一般是结合开采资料及煤层分布进行综合分析。由于大型煤矿多采用自然塌落法来处理采空巷道,而非金属类矿山的填充法,随着时间的推移,会出现非常多的塌陷,导致采空区内部情况非常复杂,难以查清。尤其是在老旧的煤矿当中,由于过去技术落后,矿洞测绘资料存在一定的失真,导致很难明确定义现采空区的具体范围,为工程的顺利开展提出了重大的课题。结合黑龙江依兰煤矿(日伪时期的开采老旧煤矿采空区),在地形地貌条件特别差,人难以攀登的条件下,应用地空瞬变电磁法,初步解决了该采空区的范围和规模。

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。

半航空瞬变电磁探测敏感区域研究与影响因素分析

接地线源半航空瞬变电磁具有探测深度大、工作效率高、适用复杂地形的优点,得到广泛关注.然而,该方法的理论研究仍处于初步阶段,研究接收点信号与下方地质体关联性对半航空瞬变电磁数据正确解释至关重要.借鉴航空电磁中的footprint方法对上述问题展开研究.首先通过张量格林函数积分推导了地下离散电流单元对空中接收点二次磁场响应的贡献,分析了半航空瞬变电磁footprint时间-空间变化规律;之后,研究了飞行高度、偏移距对半航空瞬变电磁探测敏感区域的影响.研究结果表明有效探测区域的时变特征与地下感应电流场的扩散特性有关,并受接收点位置的影响;早期探测敏感区域主要集中在发射源正下方,随着感应电流场的扩散逐渐向接收点方向偏移,同时接收点下方区域的贡献占比逐渐增加;研究发现晚期贡献最大的部分集中在接收点两侧近地表处,该发现对基于电阻率成像的半航空瞬变电磁具有重要价值.

多辐射场源半航空瞬变电磁法薄层探测能力

多辐射场源半航空瞬变电磁法具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点,已逐渐成为当前的研究热点。为了研究其探测能力,本文基于一维正演理论,从多辐射场源布设方式入手,选定典型测点与辐射源组合,通过定义瞬变响应相对异常,分析对比不同模型薄层电阻率、厚度、埋深等参数对薄层探测的影响。结果表明:根据测点位置合理设置发射电流方向可以有针对性地增大采集信号强度,获得形态相对简单的B和dB场响应曲线;与单辐射源相比,多辐射源激励时瞬变响应不仅幅值更大,衰减速度也更快,对大地电阻率的变化更灵敏;B场更适合用于相对异常计算,探讨多辐射场源半航空瞬变电磁法的薄层探测能力,其中x分量的薄层探测能力最强;薄层电阻率与围岩差异越大、厚度越大、埋深越浅,相对异常曲线的幅值越大,薄层越易于分辨;薄层分辨能力与测点位置有关,当测点位于多辐射源内侧时B场各分量相对异常曲线幅值更大,对薄层分辨能力更强。

半航空瞬变电磁干扰特征与降噪研究

为了验证多旋翼无人机在半航空瞬变电磁勘探作业中产生的电磁干扰影响,笔者等开展了一系列实验,包括在无人机不同工作状态下进行时频噪声分析,以及研究噪声源与接收点之间距离对噪声水平的影响。实验发现,大疆T20无人机电机转动产生的周期性电磁干扰频段在550~900 Hz,当接收线圈与无人机的距离为10 m时此干扰可被忽略。针对剩余的其他噪声,笔者等提出了基于移动窗口的递归最小二乘法自适应降噪方法。通过降噪实验,验证了该方法能够有效压制干扰,还原出信号的原始特征。将此降噪方法应用于香格里拉安乐铅锌矿实测半航空瞬变电磁信号处理,取得了显著的降噪效果。

半航空瞬变电磁数据处理与解释在贺斯格乌拉露天煤矿水灾害勘探中的应用

为减少地下涌水对煤矿开采的影响,确保内蒙古自治区锡林郭勒盟贺斯格乌拉露天煤矿安全开采,笔者采用半航空瞬变电磁法对该煤矿进行地下水勘探。通过Occam反演获得地下低阻电性异常的分布情况,并与核磁和钻孔结果进行对比,得出以下主要结论:①第四纪松散岩类含水砂层相对高阻,白垩纪大磨拐河组碎屑岩类孔隙裂隙含水层及煤层表现为低电阻,完整的大磨拐河组地层表现为相对高阻;②测区地下水渗流通道主要分布在白垩纪地层碎屑岩类孔隙裂隙水含水层中;③地下富水区域主要集中在标高840~880 m这一范围内,随着深度变深,富水区域面积逐渐变小。

基于半航空瞬变电磁法识别倾斜厚大矿体采后空区的应用研究

对采后空区的探测是后续对其安全防治及处理的基础,通过半航空瞬变电磁法对黄山铜镍矿30#矿体采后区域进行探测,将瞬变电磁响应得到视电阻率数据,与地质勘探岩性数据及中段采场布置图进行对比分析,结合三维成像技术对探测异常区进行圈定。结果表明矿区整体视电阻率异常区域与开采区域相一致,结合钻孔、微震监测等物探手段可大致确定采后异常区顶板高度低于600m,采区内覆盖层含水率较低且空区无明显冒落扩展情况。

航空瞬变电磁在将军庙煤田火区勘探中的应用研究

精准测定火区范围对于治理新疆煤田火区具有重要意义。本文采用无人机作为航空瞬变电磁设备载体,获取并处理了奇台将军庙煤田火区的磁测数据,根据火区和正常围岩的磁化强度值存在明显磁异常特征,定性和定量解释出煤层自燃火区的范围及深度。与其他物探方法结果相互验证,确定了着火煤层、火区边界和面积。实践研究表明,所采取的航空瞬变电磁勘查方案具有较高的准确性和可靠性,为“十四五”期间新疆煤田火区的精准勘查和治理提供了良好的借鉴。

航空瞬变电磁法在新疆阿奇山地区铅锌多金属找矿中的应用研究

根据新疆阿奇山地区矿化岩石和围岩间存在明显电性差异的特征,在区内开展了大比例尺的航空瞬变电磁测量工作。本文根据测量结果综合评述了区内航空瞬变电磁特征并筛选了3处航电异常,其中1处航电异常位置与阿奇山铅锌矿相吻合,根据该异常特征推断了矿体的产状及延伸。在重点分析已知矿床地质、航电特征的基础上,在研究区内圈定了两处找矿靶区。航空瞬变电磁法在本区应用效果显著,值得在寻找与低阻体有关的铅锌多金属找矿工作中推广应用。

全程瞬变电磁系统的浅层探测实验研究

介绍了全程瞬变电磁ATTEM系统的基本原理及组成。采用该系统在长春市秦家屯进行了模型实验和活断层勘探实验,并与常规瞬变电磁系统ATEM-Ⅱ的勘探结果对比。实验结果表明,ATTEM系统具有很好的浅层探测能力,在该地区其最浅有效探测深度为地下1~2m。

发射电流波形对瞬变电磁响应的影响

本文研究了不同发射电流波形对瞬变电磁(TEM)响应的影响,利用自由空间中回线作为目标体,推导出方波、梯形波、半正弦波、三角波激励的响应.研究表明:对于低电导率目标体,同种波形激励的响应在有发射电流期间(on-time)与无发射电流期间(off-time)的幅度相近,四种波形中方波激励响应最强.由于off-time采集可以获得更高的信噪比,因而探测低电导率目标体时一般采用方波激励,采集off-time信号.对于高电导率目标体,off-time响应幅度随电导率增加而迅速下降,而半正弦与三角波激励的on-time响应幅度基本不随电导率变化,因而航空TEM可以采用半正弦与三角波进行on-time采集,并通过适当地提高激励电流的基频,以提高信噪比与空间分辨率.

三维起伏地形条件下航空瞬变电磁响应特征研究

航空瞬变电磁法以其速度快、成本低、通行性好等的优势能够有效的应用于地质地形条件复杂的地区.目前对于航空瞬变电磁法的研究主要基于平坦地形的理想情况,对于地形效应的研究相对较少,然而实际应用中地形不可避免,若忽略地形影响将对资料解释造成较大的误差,从而制约航空电磁方法的进一步发展.本文基于交错网格的时域有限差分方法对三维起伏地形条件下航空瞬变电磁进行正演模拟,在保证算法准确性的前提下给出大量模型算例.以经典地形模型为例,利用所给方法计算三维正演响应,结果显示起伏对于航空瞬变电磁数据有着显著的影响且影响主要集中在早期.而后,以实际地质资料为基础,构建起伏地形条件下包含多个异常体的三维复杂模型,计算了复杂模型的航空瞬变电磁响应,并给出三维全域视电阻率曲线,从而对地形效应的影响有了更加直观的认知.最后,通过大量模型讨论了地形的尺寸参数、电性参数、飞行轨迹与飞行高度等因素变化对于航空瞬变电磁数据的影响情况,并得出有价值的结论.

多辐射场源地空瞬变电磁法多分量全域视电阻率定义

本文针对多辐射场源地空瞬变电磁法理论,建立了相应的多分量全域视电阻率定义方法.分析了利用磁场强度进行多辐射场源地空系统全域视电阻率定义的优点,针对磁场强度的各个分量,提出了各自的全域视电阻率算法,实现了多分量、全时域、全空域视电阻率计算,并分析了偏移距对全域视电阻率的影响.通过调整源的相对位置及电流方向等参数,多辐射源瞬变电磁地空系统不仅可以加强不同分量信号强度,削弱随机干扰,还可更好地分辨地下异常体的位置.通过对所设计模型的处理,证实了多辐射场源地空系统多分量全域视电阻率算法的有效性,也验证了多辐射场源地空系统的优势.

地-空瞬变电磁法电阻率成像研究与应用

地-空瞬变电磁法(Semi-airborne transient electromagnetic,SATEM)凭借适应能力强、探测深度大、实时性强等特点,适用于湖泊、沼泽、山区等地形复杂地区观测.SATEM接收数据量大、精度要求高,传统成像方法基于地面视电阻率计算未考虑飞行高度,开展SATEM的高精度快速成像研究对实际运用有重要作用.针对SATEM中电性源发射装置感应电流分布,接收装置设置于空中以及两者不在相同平面的特点,本文考虑横向、纵向感应电流差异,飞行高度对视电阻率影响等因素,提出电性源SATEM电阻率成像方法.首先,基于电性源瞬变电磁场感应电流分布特征及各分量空间分布、扩散特性分析,推导出基于均匀半空间磁场与感应电压解析解,然后定义了电性源地-空瞬变电磁法早期、晚期、全期视电阻率;最后根据对感应电流分布分析定义了横向分量和纵向分量的成像深度,并研究了成像深度受飞行高度、发射磁矩、偏移距、偏移角度的影响;对煤炭采空区的实测结果表明,利用本文提出的电阻率成像方法可以更加精确定位目标体位置.

航空瞬变电磁法一维正反演研究

优化了航空瞬变电磁法一维正演算法,采用新的汉克尔变换系数,理论上提高了正演的精度.提出了航空瞬变电磁法一维反演算法——模型交替调整反演算法,阐述了该算法的原理和计算方法,编写出反演程序,以已知模型正演响应作为实测数据,对若干典型模型进行了反演计算,取得了较理想的反演效果,与Zohdy法相比,该方法有更高的精度.

低阻区利用地回路标定航空TEM系统的理论研究

本文针对吊舱式航空TEM系统,建立了基于地回路的系统参数标定模型,并分别计算了自由空间模型响应(TLR)、均匀大地模型响应(TER)、地回路与大地耦合模型响应(TELR和TLER).由于TER响应表现为幅度沿测线不变,据此提出通过增加拟合参数的方法实现系统标定,消除了TER响应对标定的影响.TELR和TLER早期响应具有过零特点,据此通过合理选择过零点附近的早期道,可以显著降低TELR和TLER响应对标定的影响.本文在理论上证实了在低阻区利用地回路实现航空TEM系统标定的可行性和准确性.

航空瞬变电磁、航磁在新疆元宝山地区金铜多金属找矿中的应用

新疆元宝山地区位于我国东天山觉罗塔格成矿带以金矿为优势矿种的康古尔塔格矿集区内,区内已发现康古尔、马头滩等多个金矿床(点)。近年来,这些矿床面临着资源枯竭的危机,需要寻求一种便捷快速的面积性物探找矿技术方法,为该区找矿突破提供线索。通过在该区开展1∶25000航空瞬变电磁、航磁测量工作,发现区内康古尔和马头滩金矿在航空瞬变电磁中期测道反映明显,与低阻异常具有良好的对应关系;同时,矿体多处于负磁场梯度带上,周边可见弱磁异常。以此为基础,在研究区内圈定找矿靶区6个,其中2个经验证发现矿(化)体,找矿成果显著,为在康古尔塔格矿集区内寻找同类矿床提供了方法借鉴。