可控源音频大地电磁法在硝盐矿采空区溶腔探测中的应用

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是探测采空区的有效方法之一,为验证CSAMT对可溶性盐矿采空区溶腔的探测效果,对龙归硝酸盐矿采空区使用CSAMT进行测量.根据测线剖面特征推断采空区溶腔顶板的埋深位置,对比分析地震波反射法的剖面特征,验证了CSAMT测量的可靠性.     

隧道超前探测准全空间磁共振理论及应用

依据地下探测的全空间特点,首次提出准全空间探测模型,推导准全空间MRS响应核函数表达式,有效剔除隧道已挖空区域在计算结果中的影响,提高MRS正演计算准确度。同时,反演方法采用序列二次规划法进行,完成了地下准全空间模型磁共振数据非线性反演。理论数据中,对比地面半空间、地下全空间的反演结果,准全空间模型能更精确地反演地下灾害水体位置及含量,且在含噪10%的情况下仍然得到较为理想的反演结果。在理论研究的基础上,结合金温铁路泽雅隧道的MRS现场测试,对掘进掌字面前方隐伏含水构造进行解释,并利用瞬变电磁数据对MRS探测结果进行了一致性的比对分析。该项研究表明准全空间探测模型结合SQP反演算法能够准确给出地下灾害水体的定位及富水程度,实现地下水害的超前准确预报,为隧道磁共振探测提供理论基础。     

不同幅度噪声和缺失数据对大地电磁正则化反演的影响

对野外实测大地电磁数据进行反演解释时,由于人文噪声的干扰和采集的数据不完全,增加了地球物理反演解释的难度,所以研究不同噪声和缺失数据信息对大地电磁正则化反演的影响非常必要。利用正则化理论研究不同噪声、数据"信息不完全"下对大地电磁反演的影响,分析解释最平坦模型、最平滑模型和最小模型的特点。结果表明:合适的正则化反演初始模型的选择,对反演的结果至关重要。最平坦模型、最平滑模型较好,最小模型效果一般;随着噪声的增加,反演效果逐渐变差;数据信息不完全的时候,如果其它先验信息丰富,仍然能够得到较好的反演结果。     

海洋可控源电磁场的一维反演

介绍一种海洋可控源电磁场一维反演方法,海洋可控源电磁一维正演是通过汉克尔变换求得的。采用正则化高斯牛顿法对海洋可控源电场分量和磁场分量进行反演。在一维典型海底高阻模型上进行反演方法的正确性和有效性验证。结果表明:高斯牛顿反演方法在反演初期收敛很快,数据拟合误差在10次反演迭代内即可下降到2.0左右,在反演后期收敛放缓并出现震荡收敛现象;但在20多次迭代收敛,反演结果能较好指示高阻薄层的位置,与理论模型吻合较好。     

激电测深多通道观测方法及反演成像（英文）

为了改善中深部有色金属矿产资源的勘探效果,对激电测深多通道观测方法及反演成像技术展开研究。首先,提出4种多通道观测方法,包括单边和双边供电的三极和四极模式。然后,给出最小二乘意义下激电测深最大光滑约束反演方法,编制反演程序。通过对模拟和反演结果进行分析,双边供电的三极观测方法勘探效果最佳,但野外工作强度较大;单边供电的三极和四极观测方法的勘探结果较好,从探测效果及野外施工的角度考虑,它们更适合于实际应用;双边供电的四极观测方法不适于探测产状较陡立的脉状矿体。     

长株潭地区CSAMT法收发距探讨及实例分析

可控源音频大地电磁法(CSAMT)中的收发距和实测波区的响应数据息息相关,决定着该方法的有效勘探深度。长株潭地区是我国经济高度发展的重点区域,区内岩浆岩、褶皱、断裂发育;出露岩石有砾岩、砂岩、泥岩、白云岩、灰岩和花岗岩等,具有CSAMT探测地质构造和岩性接触带等地质现象的前提条件。但由于区内水系发育致使大部分岩石电阻率普遍较低,而花岗岩电阻率相对较高,在不同区域实施CSAMT时,满足波区条件的收发距有所不同。根据区内不同岩性组成的典型地层结构进行数值计算,计算出最佳收发距的大小,并选取实例进行分析,以期对此地区或者类似区域开展CSAMT法探测时有所参考。     

朱溪钨铜矿的广域电磁法深部探测

朱溪钨铜矿是近年发现的超大型矽卡岩型钨铜矿床,刷新了钨矿资源量的世界纪录,主矿体埋深普遍超过1000 m。2017年,矿体在倾向和走向上没有完全封闭,主要控岩控矿构造的深部产状未知,亟需开展深部探测工作。本研究尝试将广域电磁法应用到朱溪矿区深部探测;利用物性资料和井旁视电阻率测深曲线建立了目标地质体电性、密度、磁性与岩性之间的联系;开展了重磁电多参数对比分析,结合已知地质资料绘制了骨干剖面的二维地质-地球物理断面,依据广域电磁法反演断面拟三维切片图构建了三维地质找矿模型。结果表明：这些工作较好地揭示了区内主控岩控矿构造、赋矿层位的展布形态,获取了与深部隐伏岩体有关的热液蚀变活动信息。广域电磁法为朱溪矿区深部500～3000 m“第二找矿空间”的成矿规律研究、下一步找矿方向等提供了有力依据,是金属矿产深部找矿的有效方法技术。     

基于混沌振荡PSO-BP算法的电阻率层析成像非线性反演

粒子群优化算法是一种启发式的全局优化算法,将其与 BP 神经网络结合,能够有效地改善 BP 神经网络在进行电阻率层析反演中的收敛速度和求解质量。提出一种基于混沌振荡的粒子群算法,使用混沌振荡曲线来自适应调整惯性权重w以提高PSO算法的全局寻优能力,并使用其训练和优化BP神经网络的权值和阈值。比较不同隐含层节点数目和惯性权重w值对反演结果的影响,并给出混沌振荡PSO-BP算法非线性反演的具体实现方案。对均匀半空间中异常体理论模型进行反演,实验结果表明：混沌振荡PSO-BP不依赖初始模型,在稳定性和准确性上优于BP反演和标准PSO-BP反演,成像质量优于最小二乘法反演的。     

大地电磁双二次插值FEM正演及最小二乘正则化联合反演

从大地电磁(MT)二维正演所满足的偏微分方程边值问题出发,应用矩形网格剖分和单元内双二次插值推导有限单元法求解大地电磁TE与TM两种极化模式正问题详细算法。应用反演理论将病态问题求解的正则化方法应用到最小二乘优化方法中,获得最光滑约束最小二乘正则化反演目标函数,并利用Matlab编制了大地电磁二维正反演计算程序。应用该程序对高低阻地电模型和Sasaki模型开展了正反演计算,并绘制TE模式和TM模式、TE&TM联合反演模式的反演成果剖面图。将所得的反演剖面与初始模型对比可知,TE模式反演剖面纵向分辨率较高,TM模式横向分辨率较高,TE&TM联合反演优于单一极化模式的反演,并证明双二次插值有限元法MT正演及最小二乘正则化反演算法的有效性与可行性。     

基于地质雷达和便携式钻机勘察数据的三维地质建模在输电线路工程中的应用

地质雷达对地下目标体的探测具有成像清晰直观、分辨率高、携带轻便、操作简单、探测范围广、无损探测,工作效率高等优点。根据同一地质体反射波组的同相性和相似性,与钻探数据进行对比,进而从雷达数据中提取地层分界面,利用各虚拟钻孔的地层数据进行三维地质建模。采用地质雷达结合便携式钻机进行线路工程中进行勘察,较传统勘探方式具有质量高、工期短、费用低、勘察范围广等优点,尤其在地质条件复杂地段,更能体现地质雷达准确、高效的优势,值得在线路工程勘察中进行推广。     

基于粒子群优化的双频激电数据联合反演

双频激电法是一种非常有效的探测极化目标体的勘探方法,可以同时观测获取视电阻率和极化率数据。为了提高双频激电观测数据解译的可靠性,利用粒子群优化算法对电阻率数据和极化率进行联合反演。在对异常目标体采用旋转椭球体进行几何近似模拟的基础上,基于Core-Core散射理论实现双频激电法的快速数值模拟计算,为粒子群优化联合反演提供正演基础。在对粒子群优化算法参数进行分析设定的基础上设计了联合反演算法,并采用加入不同程度噪声的模拟双频激电数据对算法进行了实验测试。测试结果表明:粒子群优化联合反演算法能有效实现电阻率与极化率数据的联合反演,具有很强的抗噪声能力,且算法收敛快、稳定性好。进一步的实测数据联合反演测试还表明:该算法具有较低的模型初始信息依赖性,在给定较大搜索空间的条件下仍能反演出较为满意的结果模型,具有较好的实用性。     

叠后边界保持块约束共轭梯度波阻抗反演

为提高地震波阻抗反演的分辨率及运算效率,提出一种边界保持块约束的叠后波阻抗反演方法。首先,根据反射系数的稀疏特性,并利用正则化技术,避免反演过程的平滑效应构造出波阻抗块约束反演的目标函数;其次,推导出用对数波阻抗差值代替反射系数的边界保持的块约束反演系统方程;再次,推导出对应反演系统方程的共轭梯度算法和关键的向量计算公式。结果表明:反演波阻抗呈明显分块特征,上下岩层界线明显,分辨率高,说明反演方法可靠,该方法具有边界保持、分辨率高、收敛速度快、精度高的特点,实现简单、高效。     

大深度高精度广域电磁勘探理论与技术

矿产资源是实现"两个一百年"奋斗目标的物质基础,随着浅部资源的日渐枯竭,"深地探测"战略提出向地球深部进军。电磁法是深地探测的支柱方法之一,但由于地球内部非均匀性强、耗散介质多,致使地下电磁波传播方程的求解成为世纪难题,因而传统电磁法在探测深度、探测精度和探测准确度方面存在不足,成为"深地探测"战略的关键瓶颈。笔者经过多年的科研攻关,发明了广域电磁法,建立了以曲面波为核心的电磁勘探理论,构建了全息电磁勘探技术体系,实现了频率域电磁法由平面波到曲面波的跨越;研发了具有完全自主知识产权的大深度高精度探测技术与装备,实现了强干扰条件下电磁信号的高信噪比-高精度-快速测量,打破了国外电磁法仪器装备的长期垄断。广域电磁法的探测深度、分辨率和信号强度分别是可控源音频大地电磁法(CSAMT法)的5倍、8倍和125倍,实现了电磁法由粗放到精细的跨越,有力地支撑了面向国家重大需求的"深地探测"战略。     

地下目的物勘察误区分析

在对地下目的物进行探测中，往往出现探测失败的情况。导致勘察失败的原因就是我们要讨论的勘察误区，这里有主观原因和非主观原因，我们把前者称为第一类误区，把后者称为第二类误区。结合实例对地下目的物的探测进行讨论和分析，列举失败的例子作为勘察的误区，引以为戒。     

基于光滑约束的磁梯度张量3D正则化反演方法

针对铁磁物质反演方法中反演解的病态性问题,提出基于光滑约束的磁梯度张量3D正则化反演方法。首先,利用积分灵敏度矩阵和粗糙度矩阵对经典Tikhonov正则化理论框架下的反演模型进行约束,避免由于反演参数多于采集点数而导致的不稳定;然后,通过定义正则化修正系数确定合理的初始正则化因子,从而减少因正则化因子引入而在反演结果中介入的误差;最后,利用物性参数上下限约束函数,将反演过程中的解转换到合理的值域范围内,得到与原始模型更加吻合的反演结果。仿真及实验结果表明:该反演方法能够准确还原磁性异常体的轮廓形态,具有较好的横向和纵向分辨率。     

复杂介质条件下CSAMT最小发收距的选择

提出利用CSAMT与MT的响应相对误差来区分CSAMT近区、过渡区与远区场数据的方法,考虑发收距r、测量角度φ、测深频率f、覆盖层厚度h1和各层电阻率等因素。通过3种数值模型,讨论复杂介质条件下最小发收距rmin的选择方案。结果表明:均匀半空间模型中,rmin的值可精确给定;两层介质时,rmin的选择需根据勘探深度分情况讨论;多层介质时,可等效成两层介质进行估计。     

铂的反演势的构建与研究

通过第一性原理计算得到了铂的晶格内聚曲线,而后利用陈式晶格反演方法,得到了反演势曲线。利用提出的双指数函数,拟合得到了精确的铂原子的反演势函数。利用反演势数据、EAM(嵌入式原子法)势理论和第一原理分别计算声子谱,验证了反演势的可靠性。提出了将玻尔兹曼统计方程与晶格粘聚能曲线精确拟合相结合的热膨胀系数计算方法。此外,还计算了室温下的体积模量和格鲁内森常数。结果与实验结果吻合较好,说明计算得到的铂的反演势是有效的、准确的。     

广域电磁法与可控源音频大地电磁法探测效果对比研究——以浙西北巨厚沉积岩地区为例

可控源音频大地电磁法一直被广泛用于寻找地热资源。近年来,广域电磁法以其探测深和抗干扰能力强等特点,在电磁法领域的地位日渐凸显。文章以浙西北巨厚沉积岩地区地热勘探为例,对比分别采用CSAMT法和WFEM法两种方法测量结果,认为WFEM法不受近区以及过渡区的影响,具有测量深度更深、精度更高、抗干扰能力更强等优势。     

铂的反演势的构建与研究（英文）

通过第一性原理计算得到了铂的晶格内聚曲线,而后利用陈式晶格反演方法,得到了反演势曲线。利用提出的双指数函数,拟合得到了精确的铂原子的反演势函数。利用反演势数据、EAM(嵌入式原子法)势理论和第一原理分别计算声子谱,验证了反演势的可靠性。提出了将玻尔兹曼统计方程与晶格粘聚能曲线精确拟合相结合的热膨胀系数计算方法。此外,还计算了室温下的体积模量和格鲁内森常数。结果与实验结果吻合较好,说明计算得到的铂的反演势是有效的、准确的。     

基于支持向量机和磁记忆技术的管道缺陷深度的定量化反演研究

金属管道表面往往存在不同深度的腐蚀缺陷。金属磁记忆检测技术是目前唯一能对铁磁性构件的早期损伤进行诊断的无损检测技术,然而磁记忆原始信号本身并不能直接实现对管道腐蚀缺陷深度特征的定量化识别,进而无法实现对管道腐蚀程度的预警。针对该问题,采用支持向量机方法建立了管道缺陷深度的定量化反演模型,利用该模型对管道上深度为1~15mm的腐蚀缺陷进行了多次反演,反演结果的平均误差为2.398mm,平均均方根误差为3.205mm,结果表明,模型对管道腐蚀缺陷深度的定量化反演是可行的。研究结果可为该领域的研究提供一定的参考,且具有较高的实际应用价值。