吸收边界条件在全空间瞬变电磁计算中的应用

吸收边界条件对于全空间瞬变电磁计算的稳定性和精确性是至关重要的.将Laplace方程应用于巷道中,避免了对巷道内空气电阻率的设置;将廖氏边界条件进行必要的修正,导出了适用于扩散方程的新的吸收边界条件;计算了新边界条件的应用效果和巷道底板内低阻薄板的响应特征.结果表明:巷道边界两侧瞬变场的扩散速度明显改变;应用Dirichlet边界条件使边界处的磁场约在0.05 ms后发生畸变,并对计算区域内部磁场产生影响,而新吸收边界条件采用N=4阶精度并取控制系数为β=0.9时,计算的磁场值与理论值具有相同的衰减规律,该方法能较好的反映出薄板的位置及倾斜角度.新的吸收边界条件适用于全空间瞬变电磁场的有限差分计算.     

巷道边界条件下矿井瞬变电磁响应研究

研究了巷道对瞬变电磁场的影响,模拟了全空间中介质的瞬变电磁响应特征．提出了适用于矿井三维全空间瞬变电磁法时域有限差分计算的新的巷道边界条件,通过将该边界条件离散为差分格式,并结合时域有限差分法进行计算,研究了1μs到0．8ms之间巷道的存在对瞬变电磁场的影响特征,以及巷道对巷道顶、底板内部的低阻异常体响应的影响、结果表明,由于巷道的高阻作用,使置于巷道中间的发射源,在0．5ms时在巷道两迎头处感应出2个相同的新源,而当发射源置于巷道一端迎头时,在另一迎头处逐渐感应出1个新源,在0、1ms后巷道的边界能清楚的显示出来、另一方面,巷道的延迟作用使低阻体响应的位置在20μs时落后其实际位置6～8m．     

地下瞬变电磁法全区视电阻率核函数算法

全区视电阻率的求解方法是地下瞬变电磁理论体系的重要组成部分.在对全空间核函数分析的基础上,提出了全空间全区视电阻率的核函数算法,采用理论数据对其计算效果进行了验证,同时将其应用效果与半空间瞬变电磁法平移算法进行了比较.结果表明:当采样时刻大于10μs和回线边长大于5m时,全空间核函数随电导率具有单调递增特性,井中多匝小回线装置的等效边长和采样时刻均满足此要求;由核函数算法获取的视电阻率在早期、过渡区及晚期均能反映出模型的真电阻率;在电阻率为10Ω.m的全空间模型中,该方法与平移算法计算结果的均方根误差分别为6.945 1×10-4和1.030 0×10-2,因而具有更高的精确性.实测资料处理结果显示核函数算法具有更好的应用效果,丰富了全空间瞬变电磁法理论体系,为井下实测资料的处理提供了参考.     

低阻层覆盖下采空区瞬变电磁场三维响应特征分析

浅部含水层的电阻率相对较低,会降低瞬变电磁探测下方采空区的准确性。为揭示瞬变电磁场在低阻覆盖层下三维含采空区地质模型中的传播规律,指导该条件下瞬变电磁法探测采空区结果的合理解释,通过建立三维地质模型,利用数值模拟方法,分析不同充水程度采空区、不同低阻层厚度和不同采空区埋深三维模型的电磁场响应特征。研究表明,低阻层对电磁场向下扩散有延缓现象,当传播至相同深度时,上方低阻层越厚,电磁场的传播时间越长。低阻层下采空区两侧等值线发生明显弯曲变形,底部则表现为下凹特征。然而,采空区顶部电磁场响应与低阻覆盖层相融,难以识别采空区的顶部埋深。当低阻层厚度每增加约50 m时,电磁场响应幅度约增加2.5倍;当采空区埋深增大约2倍时,下方采空区的电磁响应幅度降低速率相近,并且变化幅度微弱;采空区富水程度增加时,电磁场响应幅度变化相对微弱。以上研究揭示了低阻覆盖层对下方采空区电磁场传播的影响规律和电磁场的传播特征,能够指导相同地质条件下瞬变电磁法探测采空区资料的合理解释。     

地下全空间瞬变电磁响应的研究

为了研究地下全空间感应涡流的传播规律以及瞬变响应与围岩电阻率和时间的函数关系,采用数值模拟的方法计算了地下全空间响应。将相同时间9种围岩的响应曲线进行拟和,得到了响应与围岩电阻率的关系;在晚期条件下,将围岩响应随时间变化的曲线进行拟和,得到了响应与时间的关系;通过比较全空间与半空间响应的幅值大小,得到二者的比值关系。结果表明：全空间下涡流环极大值半径小于半空间下涡流环极大值在地面的投影半径;全空间瞬变电磁响应按围岩电阻率的1．5次幂进行衰减;按时间的2．5次幂进行衰减;全空间响应幅值为半空间响应幅值的1．93倍。     

矿井瞬变电磁场井下人文噪声干扰物理模拟

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。本文依据物理模拟相似性准则,采用物理模拟方法,研究了瞬变感应电磁场在均匀全空间条件下及巷道空间影响下的分布特征,通过巷道内有无干扰因素对比总结出巷道空间内铁轨、锚网及工字钢对感应场的影响规律。结果表明,铁轨、锚网及工字钢的存在均使巷道内的探测信号增大,而且线圈处于巷道不同位置探测时受到的影响也不相同。通过对人文设施异常规律的总结,为以后的矿井物探工作提供一定的理论参考。     

工作面隐伏突水构造瞬变电磁响应特征研究

工作面顶板和底板下隐伏导含水构造的瞬变电磁响应特征研究,是目前矿山安全生产技术研究的重点难点之一。采用瞬变电磁法全空间探测技术,能有效地探测工作面顶板、底板或煤层内部的隐伏导含水构造,并能确定其具体影响范围。在多测道剖面上对应测点位置的感应值相对较高,对应的曲线部分呈凸起或上升趋势,异常体反应不明显。多测道剖面图多用于实测数据的实时处理显示,根据初步处理结果来调整测线或测点的布置。隐伏导含水构造在视电阻率拟断面图中多呈封闭或半开口状,视电阻率值相对较小。     

储层电各向异性模型的瞬变电磁响应

采用数字滤波算法对储层电各向异性模型的瞬变电磁响应进行数值模拟,首先在频率域计算出各向异性模型的电场响应,然后利用正弦变换将计算结果转换到时间域。通过对电偶极子源激发下的层状各向异性模型的瞬变电磁场进行计算,结果表明:对薄互层模型而言,当中间薄层为高阻时,视电阻率曲线在晚期随各向异性系数的增大而抬升,且各向异性的影响大于厚度的影响。当中间薄层为低阻时,各向异性系数对视电阻率曲线无影响。这对指导瞬变电磁对油藏勘探具有重要意义。     

矿井瞬变电磁法在巷道迎头超前探测中的应用

介绍了矿井瞬变电磁法超前探测在井下运用的基本原理、技术和方法。在数据采集过程中,通过调整天线的法线与巷道底板的夹角,探测巷道顶板、顺层和巷道底板方向上介质的电性变化情况。对采集到的数据进行畸变处理、深度校正后,绘制视电阻率等值线断面图。探测结果表明,该方法能准确圈定巷道迎头前方的地质异常并反映出异常体的空间特征,对解决巷道掘进迎头前方的地质异常是一种快捷、有效的勘查手段,可以为煤矿水害的预报和防治提供重要的技术依据。     

地下瞬变电磁法全区视电阻率二分搜索算法

全空间全区视电阻率的求解方法是地下瞬变电磁理论研究的重要组成部分,为探讨二分搜索算法在井下资料处理中的适用性和精确性,将地面瞬变电磁法二分搜索算法引入至地下,并采用理论数据和实测数据进行对比分析。结果发现,全空间感应电动势随着电阻率增大具有单调递减规律,满足采用二分法求解的前提条件;全区视电阻率二分搜索算法具有较高的精确性,与全空间电阻率的最大误差仅为0.032%,且计算过程稳定、快速,单测点计算仅需十几秒钟便可获得唯一解。研究成果将为地下瞬变电磁法资料解释提供更多参考。     

矿井直流电法及在煤层底板突水探测中的应用

阐述了矿井直流电法及其在探测煤层底板突水中的应用．由于受全空间效应和巷道空间影响，井下稳恒电流场的分布有其特殊性．文中重点叙述了不同矿井直流电法的全空间效应和巷道影响特征，给出了拟一维层状介质模型的巷道影响校正系数公式．结合应用实例，对巷道底板电测深法、矿井电剖面法和高密度电阻率法资料的处理与解释方法分别进行了讨论．     

海底钴结壳TEM的响应规律

大洋富钴结壳是潜在的海底金属资源,为了更快、更准确地对海底钴结壳进行勘探,本文研究了其TEM的响应规律.通过分析深海钴结壳的电性和物性特征,说明了瞬变电磁法满足海底探测的物化条件,进而建立探测深海钴结壳的地电模型,证明了本方法应用于海底钻结壳勘探的可行性;采用瞬变电磁全空间理论,计算了深海钴结壳瞬变电磁响应,这为瞬变电磁探测深海钴结壳的反演提供了依据.计算结果表明:海底瞬变电磁测深能很好地探测到海底钴结壳的存在,且异常峰值对应钴结壳的中心在海面的投影位置;深海与无海水情况下的瞬变电磁相比,响应曲线形态变化不大,响应幅值明显增加;地形对探测有一定的影响.     

层状介质中垂直磁偶极子的地－井电磁场响应

针对层状介质模型,在忽略井眼影响的条件下,利用边界条件推导出垂直磁偶极子源在全空间中的电磁场。选用Ａｎｄｅｒｓｏｎ提出的汉克尔滤波系数,采用自适应的线性滤波算法编制了计算程序,对几种典型地电模型在井中的电磁场及视电阻率进行了计算。计算结果显示,当高阻基底之上存在低阻层时,在井下一定深度范围内观测会出现电磁场的假极小值异常,假极小值出现的深度与低阻层的电阻率以及厚度有关;与地面观测相比,地－井电磁场观测方式可削弱浅部高阻覆盖层影响,从而提高深部探测的精度,更好地反映下部低阻层的特性。     

大地介质影响下地-井瞬变电磁的正演模拟分析

对大地介质影响下地-井瞬变电磁响应特征规律进行了研究.基于时域有限差分法和Mur吸收边界条件对不同观测方式("定源-异井位观测"和"方位观测")下典型地电模型(均质半空间和含浅部低阻层的半空间介质)中三维体的地-井瞬变电磁响应进行了正演模拟,认为观测所得响应是围岩背景场与目标体异常场共同作用的结果,提出大地介质会影响观测结果的观点.研究结果表明:围岩背景场越强,总响应的异常特征越弱;随着观测延时的增加,背景场对总响应的影响减弱;受导电介质影响的观测曲线在剖面形态和衰减特征上与高阻围岩的典型解释模型存在差别.研究结果为相关资料解释工作提供了理论依据.     

瞬变电磁法在基岩裸露地区探测煤系水的应用研究

瞬变电磁法是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场,用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布,从而来解决有关地质问题的时间域电磁法.电法勘探也叫电阻率勘探法,其主要参照依据是电阻率值的大小.含水地层及构造的电阻率值较不含水地层电阻率明显变小,尤其是对低阻反映灵敏、勘探深度大等优点,分析利用瞬变电磁法进行地下水探测是行之有效的.     

CSAMT法深部低阻分辨能力及方法研究

基于大深度(2 000 m)3层H型模型,采用MATLAB模拟了可控源音频大地电磁法(CSAMT)中不同地质模型的电磁场响应和视电阻率曲线,根据曲线特征探讨了各地质参数对CSAMT法分辨能力的影响,研究了如何提高电磁场响应强度从而真正实现分辨深部低阻.结果表明:当覆盖层和低阻层电阻率比值大于2时可以分辨低阻,且分辨能力随覆盖层厚度的降低,低阻层厚度的增加及其电阻率的降低而增加;各地质模型均存在分辨低阻的最佳发射频率,且采用该频率作为最小发射频率进行勘探,可使电磁场幅值随该频率的1.5次幂增长,从而解决电场响应幅值微弱(nV),接收机难以分辨的问题.     

矿井含水构造地井瞬变电磁响应规律分析

采用三维多尺度时域有限差分法对矿井主要面临的顶底板层状含水体、充水陷落柱、充水断层地质灾害进行了数值试验.分析了不同位置和厚度的顶底板层状含水体模型响应特征和不同厚度模型的电阻率规律,得出了响应电压对不同厚度层状含水体区分能力较强,对不同位置层状含水体区分能力较弱.对不同位置、规模、填充和测点的顶底部充水陷落柱响应特征和不同位置模型的电阻率规律进行了分析,得出了顶部陷落柱的响应特征相比底部陷落柱明显,随着距离减小,规模增大,电阻率降低,测点接近陷落柱响应电压晚期幅值增大,并且尖点响应时间推迟.分析了不同位置和测点的顶底部充水断层响应规律,得出了随着接收测点与断层垂向距离的减小,响应电压幅值增大,随着接收测点与断层横向距离的减小,响应电压幅值减小,并且尖点响应时间延迟.数值试验得出,通过响应曲线的晚期响应幅值和尖点响应时间能够对含水体位置、规模和电阻率等参数进行判断,得出地面发射-井下接收瞬变电磁法具备探测矿井不同形态含水体的能力.     

基于全区视电阻率的中心回线瞬变电磁快速成像研究

基于中心回线瞬变电磁正演理论和全区视电阻率定义,通过数值计算的方法求取了全区视电阻率.为避开感应电动势求解早晚期视电阻率的跳跃性,采用瞬变电磁场求解全区视电阻率得到精度较高且连续的全区视电阻率.快速成像采用烟圈反演和快速一阶与二阶近似成像两种反演方法,进一步对比分析了这两种方法各自的优缺点,尤其二阶近似成像能很好地反映...     

中心回线瞬变电磁法和直流电测深资料一维Occam联合反演

瞬变电磁方法对高阻层反应不灵敏,一维反演会带来一些虚假构造信息,为提高瞬变电磁反演的精度,将中心回线瞬变电磁的视电阻率数据和直流电测深视电阻率数据联合起来进行反演,应用Occam方法找到拟合观测数据的最平滑模型。结果表明联合反演能有效消除单一方法存在的一些缺陷,并具备一定的抗干扰能力,较好地还原了五层模型算例中的高阻目标层和低阻目标层,联合反演显著地改善了反演效果。     

电性源瞬变电磁快速反演解释方法

电性源瞬变电磁法是俄罗斯等国家油气勘探的主要手段,国内相关解释和应用技术研究较少.在现有条件下,瞬变电磁法观测的是场源变化在接收线圈里产生的感应电动势,但是利用感应电动势计算全区电阻率往往出现双解或无解现象.实际计算中将实测的感应电动势转换成磁场,利用磁场计算全区视电阻率和电阻率反演.目前瞬变电磁反演主要采用“烟圈”反演方法,“烟圈”反演方法把感应涡流场在地表引起的磁场看作为地下各个涡流层的总效应,并认为近似等效于向下传播的一个个简单的电流环,地表瞬变电磁响应可以由某时刻地下的镜像电流环作为源来进行计算.文中给出电性源瞬变电磁测深一维“烟圈”反演解释方法的基本原理、计算方法和应用实例.