SQUID地磁仪获取地下信息的方法研究及应用

采空区的探测对于保障矿区作业安全有重要作用。以SQUID磁梯度仪为基础,使用计算机实现模拟测试场地的仿真测试,并对模拟场地区域的地下磁异常进行磁梯度探测,使用反演算法获得磁异常源的方位、几何轮廓和距离,同时较好地排除了该场地其他磁异常源的干扰,以此验证了SQUID磁梯度仪用于地下磁信息探测的可行性。对SQUID磁梯度仪应用于矿区采空区的探测有指导意义。     

介质属性对SQUID探测的影响分析

基于高精度的磁梯度张量探测原理和超导量子干涉器(SQUID)的高探测精度,就地下采空区介质属性对区域磁场信号的影响进行了分析研究。通过改变地下采空区的介质属性,利用仿真得到介质不同属性的采空区的区域磁场图,分析了不同介质采空区对周围磁场信号的影响,验证了井工采空区磁法探测的可行性。     

氡气测量在山西采空区探测中的应用

简要介绍了氡气测量的基本原理，通过分析在已知采空区与未知采空区的测量结果，说明氡气测量是探测采空区的有效手段。并在实际应用中收到了很好的应用效果。该方法对测试场地适应性很强，不受地电地磁影响，探测深度较大，具有广泛的应用前景。     

内部磁场梯度对火山岩核磁共振特性的影响及其探测方法

在常规岩心测量和核磁共振(NMR)试验的基础上,分析顺磁性矿物对火山岩NMR测量的影响,并对部分样品进行2D NMR测量,探测到基于内部磁场梯度-横向弛豫时间的信号分布、视内部磁场梯度分布和视T2弛豫时间谱.结果表明:顺磁性矿物会在火山岩样品中产生很强的内部磁场;在磁旋动力和分子扩散的作用下,NMR测得的信号信噪比很低,计算到的孔隙度偏低,对于磁铁矿、黄铁矿含量较多的岩心差别最大;用T2-G 2D NMR方法可探测这种内部磁场梯度的分布,并用于流体的扩散分析.     

偶极子磁场测量误差对水下载体定位精度影响

将水下地磁异常视为偶极子磁性目标,通过安装在载体上的测量装置测量磁性目标磁场大小与梯度来确定目标与载体间的相对位置.分析了由于磁传感器轴间非正交、增益不一致与零点漂移以及磁传感器安装中心偏差和指向不一致等因素所引起的磁场大小和梯度测量误差,及对水下载体定位精度的影响,并对此进行了数值仿真.结果表明,与磁场梯度相比磁场大小相对误差较小,受误差源的影响较小;相比于安装中心错位和指向偏差,磁传感器的三轴正交性、轴间增益一致性等对磁场梯度测量精度的影响最为明显.水下磁异常定位算法的误差随磁场梯度误差增加而增大,为获得高精度定位必须采用性能优良的磁传感器或对其进行补偿.     

海洋可控源电磁探测技术海底工程勘探应用研究

摘要：
采用可控源电磁法进行海底工程及资源勘探,采用垂直磁偶极装置拖曳测量,分析了上覆海水对于感应电压曲线的影响及剖面图的理论形态;进行了线圈小型化研究,通过计算和实验得到能够用于海底探测的磁偶极装置的参数;基于以上理论研究完成了海底模型实验及输油管线探测实验,准确地探测到海底异常及输油管线位置及深度.
关键词：
海洋可控源电磁法; 电导率; 垂直磁偶极装置; 中心回线装置; 海水影响
中图分类号： P 631, P 738
文献标志码： A     

MDEIT中电流密度成像替代电导率成像的可行性分析

针对新型磁探测电阻抗成像技术的正问题,利用有限元方法求解得到目标体内部的电压和电流密度分布,然后根据Biot-Savart定律获得目标体外部的磁感应强度数据,并且分析了有限元方法计算正问题的精度.结果表明,其足以用于磁探测电阻抗成像的电导率图像重建.在此基础上,通过仿真实验发现环形电极模式避免了电流的扩散效应,远离电极部分的z方向电流密度图像与电导率图像一致,以电流密度成像替代电导率成像,使得磁探测电阻抗成像简化为磁探测电流密度成像,缩短了数据测量时间和图像重建时间,为快速成像奠定了基础.     

瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用

采空区的存在对煤矿区的生产、人民财产安全和工程建设造成极大的安全隐患,通过地球物理方法有效地探测采空区的位置、范围、深度,成为解决上述问题的关键。由于瞬变电磁法对于采空区积水探测效果极佳,探测深度也较大,因此本文从采空区地球物理特征入手,分析瞬变电磁法探测采空区的基本原理,结合工程实例说明瞬变电磁法可有效地实现对采空区的探测,为采空区的综合治理提供可靠的地质资料。     

基于倾斜角和Helbig方法的多磁源目标反演技术

针对传统磁源反演对区域内同时存在多个复杂磁源时分辨能力较弱的问题,提出了磁梯度张量测量下的目标反演方法.首先基于磁梯度张量分量计算的改进倾斜角实现区域内磁源目标个数和初始分布区域的估计;然后选择不同大小的滑动窗口,利用Helbig方法计算测量区域内各点的磁化方向,每个初始分布区域内磁化方向变化最小的测量点对应的水平位置即为磁源目标的水平位置,且该点的磁化方向即为该磁源目标的总磁化方向;最后利用磁源目标竖直方向上磁变换模量的相互关系,实现了磁源目标空间垂向位置和磁矩大小的估计.仿真结果表明,该方法可准确估计磁源目标的水平位置,竖直位置估计误差小于11.67%,磁化方向估计误差小于6.1%;多个磁铁目标的反演实验验证了所提方法的实用性,水平和竖直位置估计误差分别小于8.33%和15.79%.     

巷道地震波法在金属矿山采空区探测中的应用

采空区是金属矿山作业施工面临的主要灾害风险源之一,准确探明采空区的分布特征是保障矿山安全开采的重要支撑。为探明隶属于鞍钢集团的弓长岭铁矿和眼前山铁矿作业巷道前方的采空区分布情况,采用巷道地震波法(Seismic Ahead-prospecting , SAP)进行远距离探测。通过对震动信号反射波的提取与偏移成像处理,获取了巷道前方120 m范围内的采空区分布情况,揭示了弓长岭铁矿盲斜井54 m深度巷道前方存在的椭球形民采空区和眼前山铁矿中茨采区22-30 m深度主斜坡道前方存在的矿压致采空区探测结果,为作业提供安全支撑。在此基础上,针对弓长岭铁矿巷道非平整边墙,进行了巷道地震波数值模拟与分析,揭示了非平整边墙产生散射波场对探测结果的影响特征,进一步优化采空区探测结果解译。     

低噪声宽带宽感应式磁传感器

在大深度测量时,由于传统空心线圈传感器自身空心线圈和差分放大器部分引入了噪声,致使感应式磁传感器探测灵敏度降低,无法满足地质探测深度的需要。针对此问题,通过理论分析空心线圈磁传感器中空心线圈的物理结构和前置放大电路的机理,研究引入噪声的主要来源,建立基于结型场效应晶体管(JFET)的感应式磁传感器等效模型,提出一种低噪声宽带宽空心线圈磁传感器。同时,分析该模型下差分放大器的频域特性,给出磁传感器输入噪声的仿真结果。在屏蔽室内和野外试验对所研制的磁传感器性能进行测试。研究结果表明:该磁传感器的3 d B响应带宽达到42.3 k Hz,相比于磁传感器3D-3响应带宽增加了1倍。在输入噪声水平方面,其输入噪声在频率为10 k Hz时为1.97 n V/Hz1/2,较磁传感器3D-3信噪比提高了10.04 d B,为感应式磁传感器在实际项目应用提供了可靠的性能保障。     

基于探地雷达的粮仓探测技术研究

针对粮仓的特殊应用环境,从雷达探测品质因子出发,根据粮仓仓底散射截面特性,结合粮食介质的衰减因子,推导出雷达最大探测深度计算公式,并对影响探测深度的因素进行了仿真分析.依据本文的计算方法选取合适的雷达系统和发射频率进行了探仓实验,准确地探测了储粮深度.     

基于TEM的井下铁矿采空区探测评价

针对铁矿井下采空区探测技术难题,以瞬变电磁法(TEM)理论为依据,采用TerraTEM对井下铁矿不同采矿中段、不同长度的穿脉进行空区探测评价,部分穿脉结合HDRM进行对比验证,并在部分穿脉实施了工程揭露.结果表明,采用合适的采集参数和探测装置的TEM能准确查明井下铁矿中浅层采空区分布情况.且TEM具有更高的对不同介质的电性区分能力,更准确地显示异常体的埋深和规模,不存在传统物探的探测盲区,其探测距离长短不受限制,可进行定点深度范围内的电性差异探测,以查清采掘巷道下方一定深度范围内的采空区和疑似冒落区,保障井下铁矿日常生产安全.     

高速公路下伏老采空区探测及验证技术

以高速公路下伏老采空区为研究对象,采用高分辨率地震探测及高分辨电阻率探测方法对测线进行联合探测,并辅以钻孔声波探测、钻孔电视成像技术及深部钻孔数据对联合探测结论进行验证及修正。研究结果表明:高速公路中轴线南北两侧30 m范围内,K3+580~K3+830区段,深度75~90 m区间采空区广泛分布,并推断确定"三带"及采空区的位置及尺寸;经验证前期物探结论比较准确可靠,并对冒落带、裂隙带及采空区高度确定进行进一步的修正;改变以往老采空区位置及状态确定中"重探测轻验证"的做法,说明少而有效的联合探测辅以必要的验证技术对于老采空区位置及状态的确定科学合理。     

金属矿采空区精密探测与三维建模技术

传统的金属矿采空区探测方法只能开展对空区的二维探测,难以准确获取采空区三维空间形态、实际边界和体积大小,运用CMS空区精密探测系统及Surpac等数字化软件工具,在对柿竹园多金属矿的采空区进行现场探测的基础上,用探测数据建立采空区的可视化三维模型,获得采空区的三维空间形态、空间位置、实际边界,精确计算出采空区的体积和顶板面积,实现对采空区的三维精密探测,为矿山实施对空区的安全管理和控制、进行空区周边矿柱资源的有效回收提供参考.图6,表3,参10.     

天线平面近场测量算法研究

文章研究了天线平面近场测量计算算法。利用单元辐射场叠加的思想,使用电场探头在待测天线近场采集电场矢量,通过与天线口径面上的磁流辐射建立关系,从而根据等效磁流来计算出天线远场方向图。使用矩量法(method of moments,MOM)把积分等式转换为矩阵等式,大大加快了计算速度,减少了计算时间;使用共轭梯度算法(conjugate gradient algorithm,CGA)求解了矩阵方程。根据该算法计算得到的远场方向图与直接仿真得到的远场方向图吻合度极高,验证了算法的正确性和工程实用性。     

关于磁重联区三维磁零点的卫星观测研究

磁重联是等离子体中磁场能量快速转换为粒子动能和热能的主要途径,是空间物理和等离子体物理中的重要现象.磁重联过程发生在磁场的拓扑分形面上;这种分形面一般是由磁零点附近磁场梯度张量的本征矢量确定的.磁零点的三维特性要求至少空间4点的同时测量.Cluster计划提供了迄今为止唯一的卫星测量手段.基于Poincare指数方法分析Cluster卫星在地球磁尾的探测数据,(1) 找到了磁重联过程中存在4种磁零点的证据;(2) 发现磁零点周围磁场的空间特征尺度大约为离子惯性长度,从而首次揭示霍尔效应可能在三维磁重联中起重要作用;(3) 在重联区找到匹配的磁零点对,并计算出零点连线的长度,确定了所产生的磁场的拓扑分形面;(4) 发现在零点连线附近存在低杂波频率的电磁振荡,这为磁重联过程中可能的电子加速、加热机制提供了观测基础.     

基于免疫克隆算法的一阶磁梯度张量定位方法

针对梯度张量法在磁定位系统中存在进场误差大的不足,提出了基于免疫克隆算法的一阶磁梯度张量定位方法。首先,利用十字形传感器模型,推导了一阶磁梯度张量定位原理。然后,根据磁场衰减规律,提出了误差梯度矩阵的计算方法并利用免疫克隆算法进行优化处理。为了验证新算法的有效性,在Matlab中采用了3条不同的路线分别进行一阶梯度张量定位和优化算法定位计算并通过实际定位〖JP3〗实验对新定位算法进行验证。研究发现：基于免疫克隆算法的一阶磁梯度张量定位方法在距离较近时,能够有效提高磁定位系统的精度。     

电法勘探在红会三矿探测采空区中的应用

小煤窑破坏性无序开采,造成了许多采空区,给红会三矿八采区生产带来安全隐患.采用电法探测手段,根据研究区的地质概况确定了区内不同地层的电性特征,查明了该区内采空区的分布范围、小窑采空区的边界线、采空区的埋藏深度以及积水情况.与实测资料对比,探测精度在允许范围内,为该区井巷掘进工作提供可靠的技术支持和安全保障.     

磁力计3轴不共点对水下磁定位精度的影响

水下磁异常定位新算法是将水下地磁异常等效为一个偶极子磁性目标,由测得的目标磁场大小及梯度确定水下载体相对于目标的位置,再运用同时定位与构图算法实现载体定位的方法.根据10磁力计测量目标磁场大小及梯度的计算公式,分析了水下磁定位异常算法中目标磁场大小、梯度及载体定位等固有误差,理论分析与数值仿真给出了其与测量基线长LX间的关系,分析和仿真结果均表明此固有误差与LX的平方成正比,当LX趋于零时可忽略.σ1及σ2是描述实际磁力计3个轴线不共点的参数,给出了10磁力计的2种放置方式,理论分析和数值仿真了目标磁场大小、梯度及载体定位误差与σ1和σ2的关系,分析和仿真结果均表明在第2种放置方式下误差比较小,与固有误差相当,载体定位精确;而在第1种放置方式下,误差较大.因此,在水下磁异常定位中应选用10磁力计的第2种放置方式.