瞬变电磁法反演效果分析

瞬变电磁法用于隐伏矿体勘探、采空区的探测等领域,是有效排查治理矿山安全隐患的关键。目前国内瞬变电磁数据处理与解释主要停留在一维阶段, 基于层状介质模型假设。本文采用均匀半空间模型进行正演模拟,充分验证了一维正演程序的精确性,然后分别采用电导率高低高(K型)模型与电导率低高低(H型)模型两个典型的三层模型,对一维Levenberg-Marquardt反演进行验证,保证了反演结果的可靠性,并对实际数据测量与解释提供一定的建议。     

多参数图件在瞬变电磁分析中的应用研究

广泛应用于水文地质调查、金属矿勘察、煤矿勘察中的瞬变电磁法受制于仪器水平、理论研究以及计算机技术水平,其应用效果受到限制,应用图件也主要是多测道、一维反演电阻率剖面、视电阻率剖面、切片等。综合整理、归纳前人的应用及研究成果,提出应从多参数图件、多个角度来分析数据的观点,以期获得更好的勘探效果。     

地空瞬变电磁三维正演模拟及应用研究

煤矿井下工作面形成后,需要经过电磁法探测工作面顶底板及四邻的富含水情况,以保证回采工作安全进行,地空瞬变电磁三维正演研究可以提高探测的精度和效率。研究了地空瞬变电磁三维正演模拟的方法原理及相关理论,分析了关断时段和关断后的电磁响应特征,建立了半空间不含异常体、含有高阻异常体和含有低阻异常体的三维模型,对模型进行积分方程法和FDTD模拟,验证了积分方程法效率高、针对简单模型效果好,而FDTD更适用于复杂地质情况的高精度探测。模拟结果显示,关断时段的电磁响应对高阻异常体反应更明显,关断后的电磁响应对低阻异常体反应更明显。实际应用表明,全波形时域地空瞬变电磁响应三维有限差分数值模拟适用性强,对低阻异常体反应灵敏,探测精度和分辨率高,可为煤矿安全生产提供准确的地质资料,推广应用价值高。     

千米深井全方位瞬变电磁物探技术的应用与研究

为保证7302工作面安全回采,星村煤矿采用YCS512探水仪对其实施全方位瞬变电磁物探。通过对数据进行拟合、矫正,采用三维立体反演技术,最终获得高精度解译成果图,结合钻探施工进行验证,综合分析判断此处异常区为现场环境所造成,并非富水区域。井下全方位瞬变电磁三维物探技术对工作面富水情况能够作出超前预判。     

瞬变电磁勘探中的低阻层屏蔽问题

分析了华北型煤田地层的电阻率特点，用时域有限差分法和G-S算法分别对理论模型和皖北煤电集团公司任楼煤矿的勘探实例作了数值与解析分析，证明低阻层对瞬变电磁探测是屏蔽层，当低阻层覆盖在探测目标之上时，要探测同样的深度需更长的观测时间，由此降低了晚期信号的信噪比，因此现场施工应选择合理的设计参数并有必要研制用于煤田水文地质勘探的大功率仪器.     

瞬变电磁粒子群优化反演研究

瞬变电磁反演是复杂的非线性问题,通过对非线性反演方法中比较新的粒子群算法进行研究,结合前人研究成果提出了一种新的改进策略。经过函数测试证明,所提出的改进策略较明显地提高了粒子群算法的寻优能力。建立电模型,进行瞬变电磁反演计算,计算结果表明算法反演精度较高。利用改进型粒子群算法反演程序对瞬变电磁实测资料进行反演计算,结果证明其反演效果较好。     

基于瞬变电磁的采空区含水率评价探讨

为了利用瞬变电磁法对采空区含水率进行评价分析,采用快速汉克尔变换和Gaver-Stehfest逆拉普拉斯变换对不同深度不同含水率的采空区模型进行了一维正演,以无采空区时的感应电压为基准,计算了不同模型各个测道的感应电压增(降)幅,并拟合了感应电压增(降)幅最值-含水率关系曲线。结果表明深厚比相同时不同含水率采空区的瞬变电磁响应有较大的差异;同一深厚比不同含水率采空区模型的感应电压增(降)幅的最值随含水率单调增加,它们之间的关系可以采用二阶多项式拟合。华北某矿采空区超高水材料注浆治理前后的瞬变电磁响应变化与理论研究结果基本相符,初步验证了瞬变电磁法评价采空区含水率的可行性。     

掘进面瞬变电磁探测采空区及三维成像技术研究

为优化掘进工作面前方采空区的全空间瞬变电磁法探测技术,针对晋城矿区不含水、含水采空区条件分别展开二维视电阻率断面图成像分析研究,并对推断结果进行了钻探验证;在此基础上,将采空区进行三维立体精细化成像,根据视电阻率层位切片图及三维等值面图推演采空区的赋存状况;同时,结合实际条件利用裂缝带高度经验公式对三维成像推论加以计算验证。结果表明:全空间瞬变电磁能较为及时准确地对前方有效探测深度内存在的采空区做出响应;三维成像技术能有效结合常规二维成像分析,更直观立体地反映采空区及覆岩破坏情况,指导钻探验证工作的进行;同时,三维成像技术也为裂缝带高度的研究提供了新的直观方式。     

复杂地形瞬变电磁法应用技术研究

通过瞬变电磁法的基本原理和野外试验,分析了影响时深转换的因素,探讨了装置形式、线框边长、关断时间、时窗的选取,以及供电电流的控制等工作参数对瞬变电磁法野外观测结果的影响,选择适合复杂地形条件下的资料处理与图示方法.并以瞬变电磁法在复杂地区的应用为实例,介绍了该方法技术的应用效果.     

瞬变电磁勘探资料精准处理技术

为探究如何提取深部异常体的弱信号,提高深部探测的分辨率,开展了瞬变电磁勘探资料精准处理技术实践。通过原始数据的甄别评估、数据的圆滑去噪、瞬变电磁边框效应和地形校正等手段,进行瞬变电磁资料的预处理。在资料精准处理时,首先进行瞬变电磁一维正演及建模,并以时深转换为基础,结合钻孔资料和三维地震成果,对电性标志层进行识别和精准定位;采用曲率法,对视电阻率断面图上的基于标志层上下范围的局部弱异常进行圈定,提取到深部弱异常信息。以堡子煤矿实测TEM资料进行二次处理,结果表明,该技术的结果解释更加精细和准确,可以为矿井防治水提供技术保障。     

瞬变电磁拟MT深度反演方法精细解释煤矿岩层富水性研究

采用瞬变电磁方法探测煤矿水害问题时,经常发现对异常的深度解释不准,很难与实际情况吻合,为解决这一问题,根据瞬变电磁（TEM）延迟时间与大地电磁（MT）周期的对应关系,将实测的TEM数据转化为MT数据,在此基础上,引入了用MT“正演改正法”反演深度的方法。在反演计算的过程中,利用Bostick反演构造初始模型,通过比较初始模型视电阻率与实测视电阻率曲线,依次改正每一个电性层的电阻率和厚度。因为将地下介质划分成与观测时间道数一样多的电性层,在纵向上它能最大限度地反映观测资料所能反映电性层的分辨能力。在MT固有的等值性范围内,“正演改正法”能正确恢复各电性层的电阻率和厚度。通过对理论模型计算和煤矿水害实测资料处理,证明该方法是一种较为精确快速、稳定收敛和实用的方法。     

矿井瞬变电磁重叠回线耦合响应三维正演模拟

矿井瞬变电磁法受制于施工环境而只能采用边长小于3m的重叠回线,其探测效果取决于回线与三维地电体的耦合情况。基于瞬变电磁场的"烟圈效应"理论,利用其扩散方程,推导出三维时域有限差分方程,用VC编制程序,模拟重叠回线的耦合响应特征。结果表明:重叠回线位于K型地电模型中间层时,发射线框平面垂直地层激发时的耦合响应最强,平行地层时的耦合响应最小;重叠回线位于H型地电模型中间层时,耦合响应与K型地电模型相反;当低阻地电体存在于K型地电模型中,重叠回线平面法向指向低阻地电体时响应最强。因此,应用矿井瞬变电磁法时可设计多个探测角度,使低阻地电体与重叠回线达到最佳耦合,有利于低阻地电体的识别,提高矿井瞬变电磁法的探测精度。     

矿井瞬变电磁法的时域矢量有限元三维正演

为拓展矿井瞬变电磁正演对复杂地质模型的适用性,开展了基于时域矢量有限元的三维正演研究。首先,基于时间域麦克斯韦方程组和库仑规范推导了磁矢量势的赫姆霍兹方程,在此基础上结合理想导体边界条件采用Galerkin加权余量法推导了相应的弱形式方程,采用模型适用性强的一阶四面体矢量单元对弱形式方程进行了单元分析,并在单元分析时将回线源视为多个电流元克服了源的奇异性,时间离散则采用步长逐渐增大的向后差分法进行,由此实现了复杂地质模型的矿井瞬变电磁法全波形响应计算。对于均匀全空间模型,有限元数值解和解析解的均方相对误差为0.84%,验证了上述算法的正确性。其次,正演了关断效应的影响,结果表明关断效应会使感应电压升高,关断时间相同时,线性关断波形的影响大于指数关断波形,关断波形相同时,关断时间越长,关断效应的影响越向晚期延伸;线性关断时,电流完全关断之前的感应电压主要由发射回线中的电流变化引起。然后,正演了巷道的影响,结果表明关断时间为0时巷道会使早期的感应电压降低,但对晚期的数据影响很小,且发射回线位于巷道中心时的影响大于回线位于掘进工作面时,回线朝向顶底板或侧帮时的影响程度要大于朝向掘进工作面时,但考虑到实际仪器的关断时间,巷道的影响基本可以忽略。最后,对长方体状积水采空区的水平剖面和垂直剖面响应进行了正演,结果表明积水采空区会使感应电压升高,在水平剖面上最强的低阻异常响应出现在发射回线指向采空区中心时,但在垂直剖面上却出现在发射回线指向顶底板时。     

金属棚支架对矿井瞬变电磁探测影响及校正技术

为了消除金属棚支架在矿井瞬变电磁法探测中对电磁场分布的影响,避免对测量结果的误判。根据Maxwell方程组和有限差分原理,采用非均匀网格方法,计算并绘制不同厚度金属层影响下全空间瞬变电磁响应特征曲线,给出校正系数并对金属棚支架的影响进行校正。结果表明,无金属棚支架影响下的视电阻率值沿探测方向由15Ω·m逐渐减小至4Ω·m;而有金属棚支架影响时视电阻率值除沿探测方向逐渐减小外,深部还出现了视电阻率为3Ω·m的局部低阻异常区域;经校正后局部低阻异常区域消失,经钻孔验证为富水假异常区。通过新校正技术能有效消除矿井瞬变电磁法中金属支架的影响,避免假异常区的出现。     

矿井瞬变电磁噪声特征及处理技术研究

矿井瞬变电磁测量在煤矿井下巷道中进行,干扰因素有别于地面瞬变电磁法.矿井瞬变电磁测量中的主要噪声为井下人文设施.研究了矿井瞬变电磁法测量中各种噪声的瞬变电磁响应特征和处理方法,为数据采集、资料处理和解释工作提供了重要指导.     

基于瞬变电磁法三维可视化技术的工作面探测

为了更为准确得到工作面顶底板方向的富水特征,根据矿井瞬变电磁法的基本原理,提出瞬变电磁法三维可视化技术用于煤矿工作面探测中的方法,实现了异常体的空间立体显示。探测实例结果表明,该方法能够准确地将工作面内异常体直观表现出来,提高了瞬变电磁探测解释的精度。     

大功率瞬变电磁技术在矿井中的应用研究

为了解决探测盲区减小、探测距离增大的问题,利用YCS50型大功率瞬变电磁技术,对任楼煤矿-520北翼运输大巷侧帮进行探测老空水实验,可有效探测到煤、岩层前方的水文地质异常体,取得了较好的效果,后期钻探验证准确率达到75%。YCS50型瞬变电磁仪器具有发射功率较大、透视距离长(200~250 m)、盲区较小等优点,可为后期煤矿井下提供技术支撑。     

矿井瞬变电磁人文噪声干扰及处理技术研究

矿井瞬变电磁测量在煤矿井下巷道中进行,干扰因素有别于地面瞬变电磁法。矿井瞬变电磁测量中的主要噪声为井下人文设施。研究了矿井瞬变电磁法测量中各种噪声的瞬变电磁响应特征和处理方法,为数据采集、资料处理和解释工作提供了重要指导。     

瞬变电磁技术在煤矿井下的应用

介绍了瞬变电磁技术的基本原理以及瞬变电磁技术在煤矿井下的应用效果.     

瞬变电磁技术探测含水层富水性的研究与应用

针对朝川矿一井煤层底部石炭系与寒武系灰岩承压水含水层对矿井开采的安全威胁情况,采用地面瞬变电磁技术探测分析灰岩承压含水层的富水区域分布及相互联系特点,并在矿井二水平实施以疏水降压为主的综合防治水措施,降低含水层承压水位,确保了矿井安全生产。