大定源瞬变电磁法三维正演程序开发

大定源瞬变电磁法是应用比较广泛的电磁激发方法之一,本文介绍了其三维正演程序的开发。首先从麦克斯韦方程组出发,通过讨论边界条件、初始条件和场源计算等问题,建立起地下半空间介质中电磁场与电阻率分布之间的关系方程。再论述求解地下半空间介质中电磁场的三维交错网格有限差分法。然后利用有限差分法完成大定源瞬变电磁法三维正演模拟程序的开发,并详细介绍了程序的流程。最后以均匀半空间模型为例来进行数值模拟,得出结论与实际相符合。利用该程序还可以设置各种三维地电模型来进行数值模拟,从而为野外勘察提供指导,为室内资料处理提供依据。     

回线源三维地—井瞬变电磁法FDTD数值模拟

采用时域有限差分方法(FDTD),以回线源作为激发源.对均匀半空间和垂直断层面进行正演模拟.分析得出:在均匀半空间中,随观测时间延迟,感应电位先增大后减小,响应极大值向下移动;瞬变场在垂直断层面产生突变,在曲线上表现为峰值,低阻体产生响应直观明显,而高阻体响应无变化;对含有低阻体垂直断层面进行正演模拟,异常响应随断层面两侧异常体的电阻率比值增大而增强,识别能力强.研究结果为定性解释地—井瞬变电磁法异常和判断断层面提供参考依据.     

瞬变电磁法探测煤矿采空区的应用研究

通过山西某煤矿采空区的瞬变电磁探测应用实例,分析总结了已知采空区不同工作频率瞬变电磁异常特征,指出了关断效应、延时效应、体积效应对瞬变电磁法应用效果的影响及解决方法;总结了煤矿采空区瞬变电磁探测的一般方法、工作程序,强调了方法和有效性试验的重要性;说明了瞬变电磁法探测煤矿采空区实用性和有效性;为今后煤矿采空区探测提供了一定的借鉴经验。     

瞬变电磁激发极化效应的利用

在瞬变电磁勘探中,激发极化效应是一种非涡流直接引起的瞬变电磁场的附加效应,一般情况下被作为一种干扰因素。介绍了瞬变电磁激发极化效应产生的机理；通过实例说明,在感应激发极化效应较强的情况下,利用常规的瞬变电磁解释方法很难奏效,而通过结合地质资料对瞬变响应曲线进行综合分析,会取得事半功倍的效果。     

瞬变电磁法在祝源隧道勘察中的应用

近年来在公路隧道的勘探中,越来越重视物探的应用。本文从介绍瞬变电磁法的探测原理入手,介绍了在祝源隧道勘察过程中,应用瞬变电磁法进行勘探的情况。瞬变电磁法的勘探结果较好地揭示了隧道区间断层分布及在深部延伸状况,经过钻探及地表调查验证,效果良好,解决了工程中存在的实际问题。     

瞬变电磁法的中深部铝土矿预测研究

浅部铝土矿资源紧张,笔者对中深部找矿进行尝试。通过对雷沟铝土矿区地质特征的分析,本区铝土矿体严格赋存于寒武—奥陶系古风化侵蚀面上的中石炭统本溪组中。统计分析了雷沟矿区区域岩石的磁性及电性特征,发现铝土矿本身的物性特征不足以在众多的岩石变化曲线中明显反映出来,而奥陶—寒武系的灰岩以明显高于其它岩性数倍的高电阻率特征可以作为标志。笔者认为用瞬变电磁法可以将奥陶—寒武岩系的变化特征反映出来,进而达到寻找铝土矿的目的。笔者用典型剖面将瞬变电磁特征与地质特征进行分析,找到了瞬变电磁变化的规律,它可以作为一种深部快速寻找铝土矿的较为经济的方法。     

瞬变电磁法矿井超前探测

介绍了瞬变电磁法在井下运用的基本原理和该方法在巷道超前探测上的原理、技术、方法及应用。巷道超前探测、超前预报对于煤矿的安全掘进有着非常重要的作用。瞬变电磁法作为一种快速、高效、方便的探测方法,可以很好的满足矿井巷道超前预测、预报的要求。在实际工程勘探中,该方法可以准确反映出巷道前方地质体的空间特征,为矿井防治水害提供了依据。     

三维电磁响应积分方程法数值模拟

从电磁基本理论出发,深入研究了均匀导电半空间频域三维电磁散射问题,由张量格林函数求解Ｆｒｅｄｈｏｌｍ方程,将异常体划分为一系列立方单元,并将该积分方程转化为矩阵方程,从而计算出空间任意点的电场和磁场;此外,还给出了计算实例,并与国外结果进行分析对比,证明作者运用的计算方法结果正确,算法快速。     

瞬变电磁法在煤田水文地质调查中的应用

煤田开采过程中坑道涌水严重威胁着矿山财产和人身安全,煤田水文地质调查是煤田地质勘探工作中的一项重要地质任务,瞬变电磁测深是目前煤田水文地质调查的主要方法。大多煤田水文地质调查的任务是查明区内工业煤层围岩的赋水性、主要断层的含水及导水性等问题。一些煤田浅部电阻率相对较低,电磁法应用难度相应较大。煤田地表大多较为复杂,河流和地表建筑严重地影响中心回线装置瞬变电磁方法正常施工,采用内回线测量方法可以降低地表复杂环境影响。文中以山东某煤田上的应用实例,介绍内回线装置瞬变电磁法的对比试验结果,视电阻率与反演电阻率资料对比结果以及在煤田水文地质调查中的应用效果。     

瞬变电磁场响应计算的频—时域转换方法综述

瞬变电磁场响应的计算一般有两种途径：在时间域求解或在频率域求解,然后把计算结果转换到时间域。本文回顾与评述了国内外瞬变电磁场响应计算的频-时域转换方法。迄今,国内外发展起来的频-时域转换方法主要有：傅立叶变换法、延迟谱方法、Gaver-Stehfest逆拉氏变换方法、数字滤波方法等。在详细阐述上述几种方法的基础上,针对不同的频-时域转换方法的计算精度和速度问题进行了比较,对其方法的优劣进行了总结与评述。     

用状态方程求解瞬态电磁场

描述导体中瞬态电磁场问题的基本方程是涡流方程－ 将涡流方程进行空间离散以后,在每个离散节点上所得到的空间离散方程与动态电路中一种典型节点所形成的节点电压方程有相同的形式－ 根据相似理论,整个离散后的瞬态场域可用一个动态网络进行模拟－ 由于每个节点电压恰好为每节点上等效电容电压,因此,整个离散场域便可由一组状态方程来描述－ 这样,求解瞬态电磁场问题就转化为状态方程的求解问题－ 通过实例计算,得到比较满意的结果－     

电性源短偏移距瞬变电磁场扩散规律三维数值模拟

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)采用近源探测形式,极大地提高了信号强度,目前对电性源短偏移距瞬变电磁响应特征的研究主要基于一维模型,且主要讨论电场E_x分量和磁场H_z分量的响应特征和探测能力,不利于复杂目标体的精细探查。基于以上问题,采用三维时域有限差分法,对电性源短偏移距瞬变电磁场在地层中的扩散规律进行了模拟,并研究了三维异常体对电性源短偏移距瞬变电磁场扩散的影响。结果表明:电场E_x分量的正极值区域主要集中在发射源附近,并随着时间的推移逐渐向下扩散; 电场E_y分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 电场E_z分量在地层分界面产生跃变; 磁场H_x分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 磁场H_y分量上部为负值区域,下部为正值区域,说明H_y分量也会受到返回电流影响; 磁场H_z分量极值区域主要位于发射源下方,并随着时间的推移逐渐向下移动; 对于三维异常体,电场E_x分量和磁场H_y分量的灵敏区域位于异常体上方,而电场E_y分量和磁场H_x分量的灵敏区域位于异常体外部,且分布在异常体四周,磁场H_z分量的灵敏区域位于异常体两侧(靠近发射源和远离发射源位置),说明电性源短偏移距瞬变电磁场的5个分量对三维异常体的灵敏区域不同,不同的分量应选择不同的区域进行观测。     

瞬变电磁法在采空区勘查中的应用

地下采空区一直是工程地质中比较常见的问题,采空区严重影响了铁路工程的安全。本文介绍了废矿采空区的一个工程勘查实例,新建铁路克塔线途径铁厂沟废矿,这就要求查明采空范围,针对当地接地电阻大的问题,决定采用瞬变电磁法,鉴于采空深度比较大,选择了大定源装置。本次工作查明了局部采空范围,取得良好的效果,结果表明在地表接地条件差的区域利用瞬变电磁法勘查能取得较好的效果。     

一种电磁场-传输线组合的时域有限差分方法

气体绝缘开关设备(GIS)的传输结构主要由均匀传输线结构和三维非传输线结构组成,为了准确高效地计算GIS设备中开关操作产生的快速瞬态过电压(VFTO),提出了一种电磁场-传输线组合的时域有限差分方法 (3D-1D FDTD),即分别采用三维电磁场时域有限差分方法和均匀传输线时域有限差分方法对GIS设备的三维非传输线结构和均匀传输线结构进行建模和时域计算。讨论了衔接电磁场与传输线的耦合边界条件和计算迭代格式的稳定条件,并以一段GIS设备长直管母线为例,计算了不同位置的瞬态电压和瞬态电流,将计算结果与纯一维传输线等效电路模型的计算结果进行对比,验证了本文方法的有效性。     

电磁场非均匀正交各向异性媒质中的有限元法

针对非均匀正交各向异性媒质中的电磁场问题，给出了相应的约束方程和定解条件；对边值问题及其变分问题的等价性进行了证明。在此基础上建立了相应的有限元方程，并用非均匀正交各向异性媒质中的有限元方程进行了编程计算。     

电缆偏心检测中的场数值模拟及参数研究

在电缆偏心电涡流检测中的无限区域电磁场中,设定一圆形虚拟边界将无限区域分裂为有限区域和无限区域,并在有限区域内运用有限元法（FEM）,在无限区域内运用边界元法（BEM）,在虚拟边界上场量采用直接耦合方法,进行了数值计算,并得出了电磁场的分布及其探头参数对线圈电感和电缆涡流损耗的影响.     

用于瞬态电磁测试的脉冲磁场产生系统的研究

脉冲磁场作为一种优秀的激励源,可应用于许多材料性质的无损检测技术中,以提供瞬态电磁测试条件。在国际热核聚变实验堆(ITER)项目中,为了测试实验包层模块(TBM)材料的瞬态电磁性能,需要设计研制上升时间约为3 ms,磁感应强度可达0.8 T的脉冲磁场产生系统。首先,理论分析了脉冲磁场产生的原理,依据实验设备条件确定了系统各个参数,使系统能达到该测试项目的要求。其次,搭建了脉冲磁场产生系统,包括充放电电路、螺线管、工控系统、磁场测试系统、真空系统和数据采集处理系统。最后,对脉冲磁场产生系统进行了测试,并分析了影响系统的因素。测试结果显示,该系统产生的脉冲磁场,能够满足瞬态电磁测试项目的需要。     

Pippard超导体的瞬态电磁渗透方程

在Ｌｏｎｄｏｎ宏观超导体电动力学的基础上，借助于二流体模型，建立了Ｐｉｐｐａｒｄ超导体的瞬态电磁渗透方程。该方程给出了非定域Ｐｉｐｐａｒｄ超导体对时变电磁场的响应关系。     

轴向各向异性地-井瞬变电磁三分量响应特征

基于三维时域有限差分算法,引入电导率张量构建控制方程,采用空间上后向差分、时间上中心差分进行离散,以电流密度的形式加入安培环路定理实现电流源的加载,通过轴向各向异性三维瞬变电磁正演研究地层电导率轴向各向异性对地-井瞬变电磁(BHTEM)三分量响应的影响规律。同时,与各向异性半空间模型一维解析解对比验证算法的准确性,然后建立各向异性三维模型并计算其回线源地-井瞬变电磁三分量响应特征。结果表明:在地表激发条件下,水平轴电导率各向异性对地-井瞬变电磁三分量响应的影响大于垂直轴电导率各向异性; x轴各向异性对B_y/t分量响应影响大于y轴各向异性,y轴各向异性对B_x/t分量响应影响大于x轴各向异性。研究成果为地-井瞬变电磁各向异性数据解释提供指导,也为地-井瞬变电磁各向异性反演奠定基础。