重叠回线装置地下瞬变电磁法后延改正技术

为了提高重叠回线源地下瞬变电磁法资料解释效果,丰富精细探测理论体系,从均匀全空间介质中重叠回线源产生的感应电动势出发,推导了全空间视电阻率公式,并在地面斜阶跃波后延改正方法的基础上,对全空间关断效应的幅值影响和延时影响进行了分析;选择水文地质资料丰富的矿井开展了井下瞬变电磁超前探测实验,验证了后延改正方法和超前预报技术的效果。结果显示,重叠回线源全空间视电阻率值与中心回线源相同,均为地面瞬变电磁法的(5/2)2/3倍。全空间后延影响系数与半空间相同,因而可将半空间后延改正方法应用于全空间。但与半空间结论不同,全空间延时改正以tk方式最佳。井下实验成果与水文地质资料比较显示,幅值-延时联合改正提高了资料解释的准确性,该实验也验证了瞬变电磁超前探测技术的有效性。     

瞬变电磁法超前预报全空间解释技术研究

瞬变电磁法超前预报技术是预测井下突水构造的有效方法之一,其资料解释方法为地下瞬变电磁法理论体系的重要组成部分.从应用的角度出发对全空间资料解释的理论基础及传统解释方法的精确性进行分析,进而将全空间解释方法应用于井下超前预报实测资料的处理.结果表明,全空间视电阻率和视深度为半空间的某一倍数.半空间晚期视电阻率值在各个采样时刻与真值的相对误差均大于40％,当以精确视电阻率公式和全空间深度公式为标准时,采用半空间深度公式计算误差范围为45.50％ ～50.88％.全空间晚期视电阻率与真值的误差小于8.74％,进而由此计算的深度与标准值的最大相对误差仅为3.97％.将全空间全区视电阻率公式和深度计算公式应用于矿井突水构造的超前探测,取得了令人满意的效果.     

水平层状介质下瞬变电磁成像方法

为提高瞬变电磁法的对地探测精度,从瞬变电磁场的传播特性和电磁响应特性两个角度考虑,提出了瞬变电磁成像方法：由野外实测磁场感应数据,经过反褶和线性数字滤波求出波阻抗;用线性规划法求出每一微层走时所对应的反射系数序列,并以此为参数绘制成像结果图,对理论模型和实例资料的成像处理结果表明,采用瞬变电磁成像方法的成像处理结果比常规的瞬变电磁视电阻率处理剖面清晰,直观,大大增强了由瞬变电磁资料识别地下电性层次分界面的能力。     

水平电偶源频率域电磁测深全区视电阻率的直接算法

利用水平电偶源激发的电磁场，提出了直接精确计算全区视电阻率的方法．计算和分析结果表明，该方法的结果在远区等价于卡尼亚电阻率，在近区和过渡带则明显地改善了卡尼亚电阻率的非波区场畸变，从而能更好地接近基底的真电阻率，更形象地反映了地下介质的垂向电性变化．     

用有限单元法模拟各向异性介质中二维电性异常体的大地电磁响应

为了研究电导率各向异性介质中二维大电磁场的变化规律,首先从其满足的变分问题出发,利用有限单元法计算出大地电磁场,借助辅助场获得视电阻率,其次讨论TEz模式下各向异性介质和各向同性介质中视电阻率响应曲线的区别,接着探讨不同层面倾角、不同频率下各向异性异常体引起大地电磁场的变化,另外就高、低阻各向异性介质对大地电磁视电阻率影响的差异进行讨论,最后讨论平行层面和垂直层面的电阻率对各向异性介质平均电阻率的影响,从而获得各向异性大地电磁场响应特征。     

神经网络自变量输入模式的视电阻率求解算法

根据瞬变电磁场理论公式中的响应和自变量之间的关系特点,提出用非线性方程模式的 BP 神经网络求解电阻率。通过构造单输入单输出网络结构,建立以不同时间点上的电流归一化的感应电压值为输入、视电阻率值为输出的神经网络,来拟合瞬变电磁场的二次涡流曲线。利用数值方法计算出的数据验证该训练网络的精确性,比较了不同算法对训练精度和收敛速度产生的影响。以重庆大学某处的防空洞探测实验为例验证了该算法的有效性,该算法避开具体的复杂电磁场计算或数值反问题计算,从而实现电阻率快速计算,为快速成像准备必要条件。     

瞬变电磁法对多种采空区的探测精度

由于煤矿不断向深部开采,很多煤矿出现了不同深度、不同层次的采空区,而且大部分采空区还存在积水,给煤矿的安全生产带来隐患.为了提高瞬变电磁法对各类采空区的探测精度,建立了高、低阻电性不同的双层采空区组合以及同一开采水平面相邻采空区组合的电性模型进行数值模拟,研究它们在不同层间距或不同水平距离下的电磁场响应规律.结果表明:双层采空区的存在会使瞬变电磁响应变得复杂,增大解析难度;瞬变电磁法易于穿透高阻层,下层采空区的响应容易受到上层低阻屏蔽的影响;瞬变电磁法能够分辨一定层间距的高阻-低阻双层采空区,其他双层采空区难以分辨;瞬变电磁法容易分辨相邻采空区,不同电性的相邻采空区分辨能力也有所不同.     

基于电磁场合矢量的陷落柱三维模拟及其探测

为了了解瞬变电磁场在含水陷落柱中的传播过程及电磁场响应特征,为瞬变电磁法超前探测掘进头前方的含水区提供理论支撑。建立矿井全空间含水陷落柱的地球物理模型,采用基于Yee网格的三维时域有限差分算法,模拟了电磁场的扩散过程,分析了在含水陷落柱影响下的全空间瞬变电磁场的时空分布特征,对电磁场某一方向上的分量进行了分析,并首次基于电场合矢量进行了详细描述,分析了电场合矢量的传播规律及响应特征,最后通过数值模型算例以及实际应用来验证瞬变电磁法探测含水陷落柱的有效性和适用性。结果表明：数值模拟采用适合瞬变电磁场计算的CPML(卷积完全匹配层)边界进行求解,可以减弱截断边界对计算结果的影响;模拟过程中含水低阻体能够显著地影响瞬变电磁场扩散过程,随着感应电场向上下空间不断地扩散,由于电场EX、Ey和Ez至少有两个极值的存在,若电场的畸变较小时,变化情况容易被淹没,一定程度上影响了异常体位置的准确判定,说明仅利用单一方向场量不利于分析低阻异常体的确切范围;而用合矢量来描述电磁场的扩散过程,感应电场合矢量仅有一个极大值,位于图形中心,感应电场此时已经到达低阻陷落柱内部,电场的分布受到陷落柱的的显著影响,用合矢量来描述电磁波的扩散情况,可精确分析出异常体的位置,更能体现低阻体的电性、形态、位置等特征;实际应用也表明瞬变电磁法不仅可以探测到掘进头前方的含水陷落柱,还可以确定其方位和距离,说明数值模拟和实际应用都表明瞬变电磁法是探查含水陷落柱的有效方法之一。     

大定源回线全区视电阻率平移算法的应用

为了更快速的计算大定源回线全区视电阻率,深入分析了均匀半空间中大定源回线装置瞬变电磁场的解析表达式,分析结果表明:瞬变响应曲线随电导率、测试点坐标和观测时间具有平移伸缩特性.运用平移算法计算大定源回线的全区视电阻率,本文通过数学公式推导出大定源回线全区视电阻率的计算公式,并通过模型和理论计算,证明该方法有效可行.     

矿井瞬变电磁场的倍数现象

为了准确计算矿井瞬变电磁场的磁场参数基于瞬变电磁场全空间和半空间研究理论研究矿井瞬变电磁场磁场强度与半空间瞬变电磁场磁场强度的关系提出矿井瞬变电磁场的倍数现象并在矿井中进行探测应用。研究结果表明全空间瞬变电磁场磁场强度与半空间瞬变电磁场磁场强度存在倍数现象即早期存在2倍的关系晚期存在2.5倍的关系延伸矿井瞬变电磁场磁场强度、电场强度、视电阻率计算也存在一定的倍数关系倍数现象的提出对研究矿井瞬变电磁场在理论和实践上具有重要的参考价值。     

均匀半空间中心回线瞬变电磁法正演研究

通过对均匀半空间中心回线装置瞬变电磁法表达式分析,可以为瞬变电磁法的反演提供理论正演数据、可以为瞬变电磁法的反演提供一定的方法,同时还可以为野外生产设计与室内数据筛选与剔除提供一定的参考。通过一个反演实例说明在晚期微小的二次电位误差将对视电阻率的计算会产生很大的影响,并编制了matlab程序计算各种工作装置和视电阻率理论正演二次电位衰减到噪声影响程度高的准确时间,对工程设计、评价视电阻计算的准确度及剔除受噪声影响严重的数据有一定的参考性。     

中心回线瞬变电磁法观测二次电位误差对计算全期视电阻率的影响研究

通过对均匀半空间中心回线装置瞬变电磁法核函数的研究,推导了中心回线瞬变电磁法观测二次电位误差对计算全期视电阻率的影响的表达式,发现在晚期微小的二次电位的误差将比早期对视电阻率的计算的影响更大,并介绍了目前对提高早晚期数据采集与处理质量的方法技术。     

中心回线瞬变电磁自适应正则化反演

采用自适应正则化反演,直接对瞬变电磁感应电动势曲线进行反演拟合。相对于传统的求取视电阻率进行定性或半定量的解释方法,利用自适应正则化反演技术可更为准确的获得地电断面的电阻率分布。通过理论模型试算表明自适应正则化反演算法收敛快速、拟合效果好,一般只需迭代5次反演就趋于稳定,迭代10次后目标函数即可达到5×10-2。对某煤矿区的中心回线装置瞬变电磁资料进行反演,和已知资料吻合较好,验证了自适应正则化反演算法可以很好的应用于瞬变电磁资料解释中。     

地磁感应地电场时频变换快速计算方法

随着我国特高压输电线路的建设,我国电网建设遭受地磁感应电流（geomagnetically induced current , GIC）影响的风险将大大增加。基于大地电阻模型利用有限元计算地磁扰动感应地电场（geomagnetic disturbance, GMD）地电场的方法,建模复杂,利用有限元法计算感应地电场成本过高。地磁测深数据得到的视电阻率综合反映了大地的电性结构,文中提出基于视电阻数据及地磁台实测数据直接计算GMD地磁感应地电场的方法。仿真实验表明,该方法可以极大缩短计算时间,减小计算成本,对我国电网应对地磁暴侵害提供了有效算法。计算结果表明地磁暴对各地地电场的影响不均匀,与当地的地质电性结构有很大的关系,同时南北走向的电网将产生更大的GIC,更易受到地磁暴的侵害,应作为主要的关注对象。     

基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法

 针对资源整合矿井火区探测中普通探测技术耗时长、工程量大,且难以直接定位火区范围等问题,研究了基于瞬变电磁法的火区分布探测方法。以北祖矿为例,在井下全空间条件下,结合地质资料和现场地质情况,采用瞬变电磁仪对北祖矿9209 风巷上覆煤层进行超前探测和剖面探测,反演计算形成超前、剖面视电阻率图,根据巷道上覆煤层在视电阻率图中的响应特征,通过定性分析确定巷道上覆煤层的自然发火区域。结果表明,基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法能够准确定位火区分布范围,可为打钻探测及灌浆堵漏等矿井防灭火工程提供科学依据,明显提高工程效率及效果。     

瞬变电磁法定量评估河流流域开采区富水性技术

为了查明河流下渗对露井联采采空区和回填区影响的范围及程度,采用瞬变电磁法对鄂尔多斯呼和乌素沟与乌兰木伦河附近井工开采采空区及露天开采回填区进行探测试验,根据距离河流的远近不同从"线、面、体"等角度全方位分析电性响应特征情况,并结合物探区域内钻探抽水试验结果,探讨瞬变电磁法定量探测富水性的可行性。结果表明:瞬变电磁法可精确勘查河流流域露井协采煤矿浅埋深地质异常体(埋深不超过150 m)富水范围及强度,河流附近不含水(或弱含水)采空区高阻特征明显,而河流附近含水回填区低阻特征明显;附近河流对回填区影响较大,横向可达500 m,回填区呈现明显的富水"漏斗",横向影响范围随深度增加缩小,富水强度随深度增加也减弱,基本与露天剥离回填空间范围相吻合,而附近河流对采空区及上部岩层影响较小,横向不超过80 m,纵向主要影响采空区上部含水层,对采空区补给较少,采空区基本不含水(或弱含水);尝试建立钻孔单位涌水量与视电阻率之间的关系式,并用瞬变电磁法定量探测区域单位涌水量从而确定富水性等级。     

孔内多点源直流电阻率三维正演研究

为验证孔内多点源地面三维观测方法的有效性,通过孔内多点源地表电位场理论公式推导、有限差分数值计算研究了多种地电模型的地表响应.结果表明,钻孔内多点源直流电阻率三维观测思路可行,能够很好地识别地下异常体的平面位置及电阻率高低.可见在工程勘察中,可以在钻孔内布置多个点电源地表三维观测,判定钻孔附近地下岩土层结构及含水区分布情况,为钻孔周围的勘察空白区提供补充,丰富工程勘察资料.