短偏移距瞬变电磁法探测技术与应用研究新进展

人工源电磁法是深部资源探查的重要手段,其核心在于通过创新技术提升探测深度和精度。电磁法的探测模式由远场转向近场是电磁法的重要变革,研究近源电磁探测方法是近年来的国际前沿。基于最新发展的广域电磁法和多通道瞬变电磁法,作者团队提出短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)。该方法的特点在于收发距离小,短偏移情况下信号更强、带宽更宽,更有利于实现大深度和高精度的探测。本专栏收集了8篇关于短偏移距瞬变电磁探测方法、技术、软件和应用的文章,这些研究成果将有力支持更深层次的精细探测需求。

SOTEM在厚覆盖煤矿采空区探测中的应用实例

徐州沛县某煤矿新生代在断陷盆地内沉积了砖红色的古近系和新近系,第四系普遍覆盖在各地层之上,其中第四系、侏罗—白垩系覆盖层较厚,可达500 m以上。采用电性源短偏移距瞬变电磁法进行探测,根据地电情况设计合理的观测参数,得到地下1 300 m深度范围内的电性结构,在地下900 m深度发现采空区,圈定的采空区域与矿区的开采现状吻合。探测成果对今后华北型煤田厚覆盖采空区探测有借鉴意义。

基于监督下降法的短偏移距瞬变电磁快速反演研究

短偏移距瞬变电磁法(简称SOTEM)通常采用传统式基于物理建模的反演方法,反演效率较低,不易灵活融入先验信息,而基于数据驱动的反演方法能够提高反演精度与效率,泛化能力却难以保证。为了提高SOTEM数据反演的精度和效率,并兼顾可靠的泛化能力,本文探索了一种融合物理建模与数据驱动的反演方法,将机器学习中监督下降法应用于SOTEM数据反演中。基于监督下降法的SOTEM数据反演分为线下训练和线上预测,线下训练时通过合理的训练集灵活融入先验信息,获得隐含模型特征的平均下降方向,线上预测时借助物理建模函数和训练所得下降方向,在传统反演框架下完成模型参数重建。文中利用层状大地模型构建训练集和测试集,实现了基于监督下降法的SOTEM数据一维反演,并与传统Occam算法进行了对比。结果表明:基于监督下降法的SOTEM反演效率大幅提升,反演精度较高,具有良好的泛化能力。

全方位机器人的重心位置预测与轨迹跟踪控制

针对全方向移动机器人存在非线性动态强耦合、实时重心偏移及难以实现高精度跟踪控制的问题,本文提出一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的重心位置在线预测的轨迹跟踪控制法.首先,建立考虑重心偏移的动力学模型并基于LSTM神经网络训练构建其对比模型;其次,基于模型对比法实时估计重心偏移参数,再基于张神经网络(ZNN)对估计的重心偏移参数进行预测以减小估计过程引起的滞后;最后,基于非线性动态反馈解耦法设计数值加速度控制算法,且基于离散系统极点配置法分析了系统的稳定性.仿真结果验证了所提方法相对于数值加速度控制器与自适应控制器因能在线预测重心偏移参数完成高精度动态解耦实现控制精度的提高.实际实验中,所提控制算法相比数值加速度控制及模型预测控制,其跟踪精度明显提高,这表明所提控制算法可显著减小重心偏移对跟踪控制精度的影响.

综合电磁法在凤太二里河铅锌矿深部的找矿效果分析

二里河铅锌矿是凤太矿集区中具有代表性的重要铅锌矿床之一,近些年找矿方向转向已知矿体深部及外围。根据二里河地区地质、地球物理特征,结合多年在凤太地区的综合地球物理找矿工作,分析了回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在二里河地区的实际应用效果,对3种方法的特点和适用性进行总结,认为:回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在该地区深部找矿具有可行性;回线源瞬变电磁法对于圈定矿体水平位置具有较好的效果,电性源短偏移距瞬变电磁法对低阻异常较为敏感,广域电磁法分辨率较高,同时探测深度可达到2500 m。此外针对二里河矿区的找矿工作,提出物探工作建议:采用以广域电磁法和电性源短偏移距瞬变电磁法为首选的综合电磁探测方法,同时应尽可能采用长剖面和面积性物探工作。

印制电路板微短不良问题的探讨

微短不良是导致印制电路板(PCB)产品报废的常见问题之一,对PCB有功能性影响。本文以实际生产为基础,通过一系列验证实验,多种途径追踪分析,对微短不良问题的根本成因进行了研究和讨论。

基于FPGA的水下单程声径跟踪测速系统设计与实现

针对现有水下航行体的导航存在时延大和无法同时满足跟踪测速一体化问题,提出了一种基于单程声径的水下定位测速方法。相比传统长基线的双程声径定位测距,该方法基于高精度原子钟的同步系统,实现单程声径的目标测距测速。该水下定位测速一体化系统是基于具有快速并行计算能力的FPGA实现,解算结果可在微秒内完成,时延有效降低。针对目标跟踪测速一体化问题,水下航行体在系统同步时刻周期性发射线性调频信号,水下信标接收基阵设计基于短时傅里叶变换/逆变换算法对信号进行时频域转换分析,能够准确地提取信号的到达时刻和多普勒频偏。水下信标基阵进而可在系统同步周期内解算每个接收信标单元相对于水下航行体的径向速度和径向距离,实现目标的跟踪测速。仿真实验表明,该方法的跟踪相对误差控制在0.2%,测速相对误差控制在0.8 m/s。湖试试验结果表明,该方法跟踪相对误差控制在5%,测速相对误差控制在0.3 m/s。

短偏移瞬变电磁探测系统研究

短偏移距瞬变电磁法是近年来发展出的新方法,具有信号强、带宽大的特点,现有国际主流装备是面向传统大收发距模式设计开发的窄带系统,研发小收发距模式下的大电流宽带系统,对于推广应用新方法具有重要意义.为此,本文提出大电流快关断发射、低噪声宽频带接收设计方案,攻克超高压恒压钳位技术,自适应可变阻尼技术等核心技术.在同等条件下有效发射功率提升约2.5倍,关断时间压缩近4倍;系统时域噪声水平0.1 nT/s,工作带宽25 kHz.装备系统在增大发射电流和降低噪声的同时,拓展了系统带宽,实现了装备系统与新方法的强匹配.新装备的研发将为我国3000 m以浅矿产资源精细探测做出贡献.

井孔瞬变电磁短偏移距远探测能力研究

在油气及矿藏资源勘探中,井孔瞬变电磁远探测技术相比于常规测井和地震方法,具有分辨率高、多参数获取、无侵入性等优势,但在实际应用中仍存在一些技术挑战和限制,需要综合考虑各种因素,选择合适的勘探方法和方式来获取地下资源的准确信息。为此,进行了井孔瞬变电磁装置关键参数对探测距离影响的研究,基于有限元法分别计算了不同收发矩、不同线圈参数、不同探测距离下低阻体和高阻体的响应。结果表明:在井孔瞬变电磁短偏移距远探测中,收发矩的大小对时间域电磁探测距离的影响不大,而线圈参数能明显影响井旁探测距离;在200匝2 A的发射线圈参数下,井孔瞬变电磁探测法对低阻体更为敏感,井旁探测距离可达40~50 m,对高阻体的探测距离为30 m。研究表明,采用小尺寸井孔瞬变电磁探测仪实现短偏移距井旁远探测是可行的。

接地源瞬变电磁短偏移深部探测技术

对于接地源时间域瞬变电磁法,当选取适当的激励波形后,可将辐射场与自有场分离开来,实现频率域电磁法无法实现的近源深部勘探;水平分层大地的解析分析表明,随着偏移距的缩短,接地导线源的场对地层的反映变得更为灵敏;时间域瞬变电磁法的探测深度主要由观测时长决定.基于接地源近场测深的优越性,作者提出短偏移瞬变电磁探测技术并首次命名为SOTEM,采用了1000m的偏移距对埋深为1400m的某盐矿溶腔进行探测,在全期视电阻率-深度剖面上圈定的溶腔分布被钻孔所揭露,验证了SOTEM方法的探测能力.该方法为大深度、高分辨探测地下矿产资源提供了新的技术手段.

多道瞬变电磁法(MTEM)技术分析

多道瞬变电磁法(MTEM)具有深度大且探测精度高的特点,是目前电磁法领域研究热点之一。为推进多道瞬变电磁法深部探测系统的研发,对多道瞬变电磁法的技术特点及地球物理机制进行了分析。首先,对多道瞬变电磁法的关键技术进行总结,其特点包括:采用大功率接地源形式;编码发射;多道观测;类地震资料处理。然后,指出多道瞬变电磁法的地球物理实质:多道瞬变电磁法属于近源测深,即通过改变偏移距达到测深目的;接收信号包括系统响应和大地脉冲响应(即含有一次场与二次场的混合场)信号,采用反卷积方法获取大地脉冲响应。最后,针对中国复杂环境下的深部探测,对现有的多道瞬变电磁法提出改进思路:1把二维观测系统改进成三维观测系统,即三维数据采集系统,使其应用性更强且更方便,探测深度大,精度高;2把常规一维拟地震资料简单处理改进成三维拟地震成像解释;3从油气勘探领域拓展到复杂的深部矿产资源领域。

SOTEM响应特性分析与最佳观测区域研究

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是目前研究和应用较为广泛的一种人工源时间域电磁法工作装置,对深部资源地球物理精细探测具有一定的实际意义.为了深入理解方法内涵并更好地进行推广应用,本文基于电性源瞬变电磁一维正演理论,研究了SOTEM地下感应电流扩散、多分量电磁响应平面分布、多偏移距衰减等特性,然后根据上述特性研究了SOTEM的最佳观测区域.研究结果表明:电性源在地下可以产生水平和垂直两个方向的感应电流.其中,水平感应电流又分为上部水平感应电流和下部水平感应电流(又称作返回电流),水平感应电流的极大值主要集中于发射源附近并垂直向下扩散;垂直感应电流极大值沿与地面呈45°角的方向向下、向外扩散,并且具有较低的振幅和较快的扩散速度.电性源激发的六个方向的电磁场分量都具有一定的探测能力,但是考虑到地面观测的方便性和各分量的传播、分布特点,大多数情况仅利用垂直磁场分量Hz(B/t)和水平电场分量Ex.其中,Hz仅对低阻目标体敏感,且敏感区域位于赤道向区域,并集中在发射源附近;Ex既对低阻体敏感也对高阻体敏感,对低阻体的敏感区域位于赤道向区域,而对高阻体的敏感区域位于轴向区域,并且敏感区域距发射源的距离与目标体埋深和围岩电性有关.

电性源瞬变电磁短偏移探测方法

为了解决大深度、高分辨探测地下矿产资源的难点问题,基于近区测深的优越性,提出一种电性源短偏移瞬变电磁装置(SOTEM),并对该装置下的探测技术进行研究。通过对时间域近场响应特性以及探测深度等面探测能力的分析,认为SOTEM明显优于长偏移瞬变电磁(LOTEM)。接地线源短偏移瞬变电磁法比回线源瞬变电磁法易于施工,且探测深度较大和探测精度相对较高,是一种值得推广的方法。

瞬变电磁法多装置探测技术在煤矿采空区调查中的应用

瞬变电磁法在采空区调查中得到广泛应用.本文对比了回线源和电性源两种装置在响应特征、探测能力等方面的不同特点,认为回线源瞬变电磁信号对地层灵敏度较高,电性源瞬变电磁探测深度较大.尝试将两种装置联合应用于某变电站选址地层稳定性及周边采空区调查,利用回线源数据可获得浅部地层信息,利用电性源装置探测数据可获得深部地层信息,达到了很好的效果.同时,研究结果认为电性源瞬变电磁法具有探测深度大、施工方便、工作效率高等优点,是一种可用于深部探测的值得推广的电磁方法.

短偏移距电磁探测技术概述

由于人工源电磁探测效果与收发距离有一定关系,本文首先分析了收发距离为零的中心回线源瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,TEM)视电阻率定义和算法特点,回溯了从圆形回线到矩形的修正式中心回线装置的发展过程;概述了从中心回线发展到接地导线源短偏移瞬变电磁(Short-Offset TEM,SOTEM)理论上的可行性;列举了将LOTEM(Long-Offset TEM)从数倍于探测深度的观测区推进到近源区后的探测实例.对于频率域人工源电磁法,介绍了起源于MT(Magneto-Telluric)的CSAMT(Controlled Source Audio-frequency MagnetoTelluric)与电磁频率测深法不同发展道路.电磁频率测深将观测区从远区推进到了中区;广域电磁法通过全区视电阻率新定义不仅提高了解释精度,而且将传统CSAMT远场观测模式推进到中区探测模式;最后指出,如能采用新的点微元假设计算方法,可有望分离自有场和辐射场,实现频域电磁近源探测.

电性源短偏移瞬变电磁探测深度分析与应用

瞬变电磁法中有多种深度概念,包括扩散深度、极限探测深度、有效探测深度和视探测深度等。本文以电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)为例,针对上述几种深度概念展开了分析、计算与应用研究。扩散深度表征了地下涡流场的扩散;极限探测深度和有效探测深度揭示了SOTEM的探深能力。计算结果表明:当偏移距等于0.7~1倍目标体埋深时可获得最大探测深度;视探测深度可对给定时刻的实际探测深度做出估算,对野外施工参数设计具有重要意义。文章通过理论模型和野外探测实例验证了视探测深度的适用性。

电性源瞬变电磁对薄层的探测能力

电性源短偏移距瞬变电磁法是目前的研究热点。针对地球物理勘查中经常遇到的薄层探测问题,以接地长导线源一维正演为基础,通过定义垂直磁场的相对异常,分析对比了电性源瞬变电磁法对不同电阻率、不同厚度、不同埋深的薄层的探测能力,并讨论了不同偏移距对探测灵敏度的影响。最后将电性源瞬变电磁法与回线源瞬变电磁法以及可控源音频大地电磁法进行对比,探讨不同电磁法装置对薄层的探测能力。结果显示,薄层电阻率越低、厚度越大、埋深越浅、观测偏移距越小越有利于电性源对薄层的探测;时间域电磁法对低阻薄层探测能力优于频率域电磁法,当偏移距较小时,电性源瞬变电磁对薄层的探测能力和回线源相当。

复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析

建立了一个衡量离心泵叶轮短叶片偏置设计的准则:短叶片的布置位置应使叶轮流道内可能出现的回流区域为最小的原则.依此原则,文中以滑移理论为工具,实例分析计算了短叶片在不同偏置位置时叶轮内部的回流情况,进而得到了离心泵叶轮短叶片应偏置的最佳位置.该例的计算结果和从中所得结论与实测数据和结果完全吻合.

串联电抗器对电力系统短路电流特性影响的研究

合理配置串联电抗器可有效抑制系统短路电流,但同时也会对短路电流特性产生一定影响。结合电网接线和运行状态,研究了串抗配置对电力系统短路电流周期分量、直流分量、冲击电流以及短路电流零偏的影响,分析评估了串抗后断路器的开断及关合能力校核标准。研究结果表明:串抗值越大,短路电流越小,且其对串抗的灵敏度也越小。当母联串抗增大到一定值时,将可能产生零偏现象。安装串抗抑制短路电流时,建议考虑短路电流中直流分量的影响,采用短路全电流有效值作为校核对断路器开断能力的指标。

短连线信号交叉口的元胞自动机模型

提出了短连线交叉口元胞自动机交通流模型。采用开放性边界条件,模拟了短连线交叉口的交通流。研究了交通信号灯控制下短连线交叉口的交通流特性。分析了相位差、连线长度、信号周期、产生概率、消失概率对交通流的影响。结果表明:相对于长连线交叉口来说,短连线交叉口交通流量不仅决定于上游交叉口的通行能力,而且与连线长度、信号周期和相位差相关;连线长度确定时,存在使主干道和支线交通流量达到最大的最佳相位差;随着连线长度的增大,相位差对主干道和支线交通流的影响逐渐减弱;在最佳相位差时,信号周期长度对交通流量无明显影响。