基于镜像模型的矿井瞬变电磁全空间反演研究

常规的瞬变电磁反演用半空间响应乘以全空间响应系数来拟合观测数据,具有一定的局限性;直接进行全空间反演,瞬变电磁场的空间不可分性会导致反演结果的不稳定。针对以上问题,提出了基于镜像模型的矿井瞬变电磁全空间反演方法,编制了反演程序。对低阻模型、受巷道后方高阻影响的低阻模型、受巷道后方低阻影响的低阻模型进行了反演试算,结果表明:基于镜像模型的全空间反演方法能够准确反演出掘进工作面前方的低阻地质异常体,巷道后方的高阻体不会影响对前方低阻地质异常体的判断。     

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。     

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.     

大地电磁二维正演响应特征试算

采用基于有限差分的大地电磁二维正演程序,分别对单个低阻异常体、高低阻复合异常体和断层两侧高阻异常体模型进行了模拟计算,对比TE、TM视电阻率和相位特征以及TP振幅的响应规律进行模拟归纳并且总结出大地电磁二维正演的响应特征,为大地电磁方法的设计和数据解释提供参考与借鉴.通过计算结果表明:在二维大地电磁测深正演响应特征中,TE、TM视电阻率和相位以及TP幅值展现出不同的形态,其中TE模式可以更好地分辨纵向地质体异常,TM模式可以更好地分辨横向地质体异常.     

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。     

大地电磁三维矢量有限元正演模拟

从Maxwell方程出发,开展了三维大地电磁场所满足的边值问题研究,利用加权余量法导出了三维大地电磁有限元方程.介绍了三维矢量有限元六面体网格剖分方式、插值基函数选取,推导了三维大地电磁矢量有限元正演的单元刚度系数矩阵及离散格式.编制了三维矢量有限元大地电磁正演的Matlab程序.三维COMMEMI 3D-1模型的视电阻率曲线与国际通用的标准测试数据能很好地拟合,验证了作者编写的矢量有限元正演程序的正确性.通过对高、低阻异常体的阻抗张量形态分析,说明张量阻抗等值线图能用以大致判断异常体特性,丰富了大地电磁响应特征的表达方式.     

可控源电磁法倾子响应的三维正演

为克服天然场源的大地电磁磁场信号弱、易受电磁干扰、倾子资料计算难度大等不足,提出了可控源电磁倾子资料观测、处理与解释方法。通过可控源频域电磁法三维正演的磁场三分量,依据倾子定义计算了三维异常体在地面的倾子参数,绘制了异常体上方不同测点的倾子振幅、相位、实部与虚部曲线及纵、横剖面。结果表明,与场源平行的剖面上倾子响应的振幅、实部与虚部对地下横向不均匀异常体边界反演灵敏,能够有效反应出地下电性异常体重要信息,并且能够正确的与正演模型相吻合;倾子响应横切片图中表明,倾子相位能够显示地下电性异常体的位置,并能够很好的确定异常体的中心;研究不同频率条件下,地下电性异常体的倾子响应特征,发现倾子资料具有测深的功能。可见可控源电磁法倾子资料能够用于地下地质构造的解释,并能准确划分异常体边界的确定中心位置。说明可控源倾子电磁法有着很好的理论基础,具有良好的应用前景。     

海井电磁法一维正演研究

海井电磁法是将电偶极子发射源放置在海水中,在海底油气井中接收电磁场响应以监测海底油气藏开发过程中分布的方法,以较低的成本监测海底油气藏开发的技术。尽管该方法在我国还没有公开的研究资料,但在国际上,海井电磁已经逐渐受到海洋油气开发研究的关注,成为一个新的研究技术。本文针对此方法,在忽略井套管影响下,试算了多个海底电阻率一维模型,并讨论分析了不同方向的电偶极子源的响应特征,试算结果表明海井电磁法在油气监测上具有非常大的潜力和优势。     

联合QL近似与迭代Born近似法电导率散射成像

对于多维电磁响应的数值模拟和成像反演，积分方程法只需对异常体进行剖分和积分，不涉及复杂的吸收边界条件等问题，具有计算速度快和计算输度高等特点。用于电磁场数值模拟的近似法同样可以用于快速成像反演，它们的模型都是建立在散射电磁场积分方程的线性化基础之上的。联合运用QL近似法与迭代Born近似法进行电导率成像反演，将QL近似法得到的结果作为Born迭代法的初始模型，不用人为的设置初值，尽管方法简单，但却较为有效。     

井中磁源瞬变电磁三维时域有限差分数值模拟

应用时域有限差分法,采用显式差分方程,选取磁偶极子源作为初始条件和不同阶Mur吸收边界条件,对包含低阻异常体的均质全空间中磁偶源产生的瞬态场进行三维数值模拟,模拟计算井中磁源瞬变电磁场传播以及井旁三维低阻异常体的响应情况,简要分析特征规律.研究结果表明:时域差分法可在一定条件下保证正演模拟的精度和效果;场源激发条件和异常体情况不同,响应特征差异较大.     

全程瞬变电磁法浅层勘探数据的处理方法

快速、高效的地面勘探技术是解决工程建设中遇到的浅层地质问题的关键.基于半空间瞬变电磁勘探理论,利用多匝重叠小回线装置,通过物理实验模拟全程瞬变电磁勘探技术,探讨剔除法处理后的地质异常体对半空间重叠小回线浅层瞬变电磁的响应特征及变化规律.结果表明：瞬变电磁对浅层高低阻异常体响应明显,等值线响应变化规律性强.纯背景条件下剔除仪器自身因素造成的干扰数据体,并对剔除后得到的新数据体进行反演处理,可准确地反映被测地质体的浅层信息.剔除干扰数据体方法对提高瞬变电磁全程勘探能力行之有效,为相关研究提供了借鉴.     

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。     

瞬变电磁波测井三轴感应响应特征

瞬变电磁波测井的关键在于对不同界面的探测与识别,为提高仪器的灵敏度和探测距离,采用时间域瞬变电磁方法,模拟高精度三轴测井装置下的瞬变电磁波响应.结果表明:地层距离接收线圈越远,则异常出现的时间越晚,对异常的探测越不敏感;异常场的响应分析表明时间域远探测距离可达50 m左右;同时,瞬变电磁波测井响应对线圈的收发距并不敏感,因此可以采用较短的仪器长度达到频率域较长仪器才能做到的远探;瞬变电磁波遇到高阻层时传播速度加快,识别油-水层界面的能力增强可见瞬变电磁波测井拓展了薄层敏感性测井资料在储层评价方面的应用,对于电磁波测井领域的发展意义重大.     

基于电磁时间反演改进算法的输电线路故障测距

针对目前利用电磁时间反演算法进行故障测距时反演过程需要事先知道故障类型以及利用解耦后的模量进行测距存在死区等问题,本文提出了一种基于电磁时间反演的改进故障测距算法。该算法无需解耦,能够根据非故障相导体的耦合信号实现故障定位,当故障相未知时,可以在反演模型中假定故障相,即使假定故障相与真实故障相不符,也可以根据假定故障相的耦合电流有效地实现故障定位,解决了输电线路故障相未知时故障定位的问题。本文首先理论分析了非故障相耦合信号用于电磁时间反演故障测距的可行性,之后利用ATP-EMTP搭建了750 kV架空输电线路模型进行仿真验证。仿真结果表明该算法不受故障类型和过渡电阻的影响,有较高的准确度。     

四电极外流式电磁流量计仿真与实验研究

四电极外流式电磁流量计是一种新型的测量注入剖面流量的测井理想仪器,广泛应用于油田注水井、注聚井的流量测量.目前四电极外流式电磁流量计的研究主要在实际环境中开展,实验效率低、成本高.建立了四电极外流式电磁流量计的准确的有限元模型,将强耦合的方法应用在电磁-结构-流体耦合上,并在不同流速下开展了模型的响应及误差分析.研究表...     

时域电磁探测发射机损耗及热分析设计

电磁探测技术广泛应用于矿产勘察、考古研究、环境安全检测等多个领域,而时域电磁探测技术更有着深度大、效率高、成本低的特点,有广泛的应用前景.针对常见的时域电磁探测系统发射功率大、损耗及热效能较大,如何降低损耗和热效能的问题,利用PLECS仿真软件操作简便、稳定性好、器件全面以及仿真速度快等优点,从理论上计算了全桥变换器逆变电路的损耗,设计了一种新型的时域电磁探测发射机的热仿真模型,分析了不可控制整流电路和全桥变换器逆变电路的平均损耗,并计算了高频变压器两侧散热器最大热阻值.实验仿真表明,该方法简单准确,可以有效防止散热器过度设计,提升系统设计效率和工作效率,确保系统稳定,为进一步搭建样机模型提供了热仿真基础,很大程度上缩短了搭建模型的试验过程.     

电遥测钻柱信号传输的建模分析与信道特性改善

电遥测钻柱信息遥测系统由多节布线钻杆级联形成,用于井下随钻测量数据的高速率上传。由于信道传输的高频电压信号衰减严重,目前每隔约300米需要中继器进行信号续传,因此如何延长中继距离成为系统性能改善的关键。布线钻杆由布有同轴电缆的杆体及电磁耦合器构成,高频下布线杆体的同轴电缆可看做传输线,电磁耦合器可等效为高频变压器,将二者结合建立了布线钻杆的等效电路模型及电遥测钻柱信道的电压传输函数数学模型;通过外置补偿元件使传输线达到阻抗匹配以确立布线钻杆的电磁参数;通过改变补偿元件参数在传输线终端产生反射电压来加强传输线上的信号幅度,使信道的信号传输能力得到有效改善。研究表明,适当增大补偿元件电阻值可以大幅度提高信道的电压传输函数值,在目前信道带宽及信号检测灵敏度条件下中继距离可提高1倍,达到大幅度延长中继距离的目的。本文的研究可以为布线钻杆的电磁设计及电遥测钻柱信息传输系统的性能改进提供理论指导。