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电性源瞬变电磁法在煤矿富水构造探测中的应用

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山东煤炭科技 2024年第8期42卷 137-142页

作者：徐世业高定州张瑞瑞北京探创资源科技股份有限公司北京100160

滋阳断层穿越东滩煤矿矿井边界,为水的赋存与运移提供了可能,对矿井生产安全构成潜在威胁。为消除安全隐患,使用对低阻异常敏感的瞬变电磁法探测采掘范围内的断层导水带分布情况,以进行针对性的排放治理,采用电性源瞬变电磁法,利用接地... 详细信息

滋阳断层穿越东滩煤矿矿井边界,为水的赋存与运移提供了可能,对矿井生产安全构成潜在威胁。为消除安全隐患,使用对低阻异常敏感的瞬变电磁法探测采掘范围内的断层导水带分布情况,以进行针对性的排放治理,采用电性源瞬变电磁法,利用接地线源,有效规避研究区内地表存在的诸多人文建筑和交通线路,减少地形影响。研究结果表明,电性源瞬变电磁法可以准确地分辨低阻薄层,为煤矿采区和采面设计提供可靠依据,从而提高矿井安全生产水平。

关键词：电性源瞬变电磁勘探煤矿富水性

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电性源瞬变电磁法频-时转换的效果分析

世界核地质科学 2024年第2期41卷 299-311页

作者：胡英才王瑞廷李貅西北有色地质矿业集团有限公司陕西西安710054 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710061 核工业北京地质研究院中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室北京100029

电性源短偏移距瞬变电磁法是近年来新提出的固体矿产深部电磁探测方法之一,较传统的回线源瞬变电磁具有探测深度深、仪器轻便和分辨率高等优点。但该方法由于偏移距较短,距发射源较近,正演中的频-时转换会受到转换方法及其他工作参数的... 详细信息

电性源短偏移距瞬变电磁法是近年来新提出的固体矿产深部电磁探测方法之一,较传统的回线源瞬变电磁具有探测深度深、仪器轻便和分辨率高等优点。但该方法由于偏移距较短,距发射源较近,正演中的频-时转换会受到转换方法及其他工作参数的影响,进而直接影响探测结果,因此有必要开展频-时转换效果分析评价。通过对影响频-时转换的因素以及常用的四种频-时转换方法(Guptasarma线性滤波法、折线逼近法、余弦变换的数值滤波法和正弦变换的数值滤波法)在电性源短偏移距瞬变电磁正演响应计算中的对比,从计算时间和转换精度两方面分析了在不同条件下的转换效果,为一维及高维度的瞬变电磁正演计算提供频-时转换方法参考。对比结果表明:1)影响时间域瞬变电磁场正演计算(即频-时转换效果)的精度不仅和转换方法本身有关,而且也和偏移距及地下介质电阻率等参数有关;2)通过正演模拟,在低阻探测区采用折线逼近法与正弦变换的数值滤波法相对Guptasarma线性滤波法和余弦变换的数值滤波法转换精度更高,整体误差更小,而Guptasarma线性滤波法的计算速度最快,早期计算精度较高,晚期计算精度较差;在高阻探测环境中,采用折线逼近法计算精度和速度均相对较好,Guptasarma线性滤波法、正弦变换的数值滤波法及余弦变换的数值滤波转换效果均较差,特别是在晚期。因此,对于未知的探测区域,若实现高精度的电性源瞬变电磁正演计算,采用折线逼近法进行频-时转换相对效果最佳。

关键词：短偏移距瞬变电磁频-时转换电性源

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电性源瞬变电磁法虚拟波场解析推导

物探与化探 2024年第5期48卷 1193-1198页

作者：李海赵攀李柯颖刘峥中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源研究重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国人民大学附属中学朝阳学校北京100028 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 河北省地球物理勘查院河北廊坊065000

瞬变电磁场至虚拟波场的转换是瞬变电磁拟地震处理的基础,瞬变电磁场满足扩散方程,而虚拟波场满足波动方程,二者之间通过Q变换相互转换。将瞬变电磁数据转换成虚拟波场属于积分反变换,具有典型的不适定特性,以往主要采用数值方法求解该... 详细信息

瞬变电磁场至虚拟波场的转换是瞬变电磁拟地震处理的基础,瞬变电磁场满足扩散方程,而虚拟波场满足波动方程,二者之间通过Q变换相互转换。将瞬变电磁数据转换成虚拟波场属于积分反变换,具有典型的不适定特性,以往主要采用数值方法求解该积分反变换。在数值求解中,需对求解方法和参数进行优化,以获得最佳求解效果。为此,本文推导了电性源瞬变电磁法电场响应的虚拟波场解析解。从均匀半空间电磁场响应的解析解出发,借助于拉普拉斯变换对,得到了阶跃响应和脉冲响应的解析表达式,从而建立起瞬变电磁场和虚拟波场的解析变换对。该解析变换对能够用于测试数值求解方法的准确性和稳定性,还能用于检验虚拟波场特性,从而形成有效的虚拟波成像方法。

关键词：瞬变电磁电性源虚拟波场解析解

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电性源时域地空电磁数据小波去噪方法研究

地球物理学报 2013年第9期56卷 3145-3152页

作者：李肃义林君阳贵红田培培王远于生宝嵇艳鞠地球信息探测仪器教育部重点实验室吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130061

基于飞艇的时间域地空电磁探测系统,具有勘探深度大、效率高、空间分辨率高、飞行控制容易等优势.但在低空飞行测量过程中,飞艇飞行高度、航迹、姿态等受风向、大气气流、地形、地面局部温度场变化等影响而发生变化,导致固定在艇囊前端... 详细信息

基于飞艇的时间域地空电磁探测系统,具有勘探深度大、效率高、空间分辨率高、飞行控制容易等优势.但在低空飞行测量过程中,飞艇飞行高度、航迹、姿态等受风向、大气气流、地形、地面局部温度场变化等影响而发生变化,导致固定在艇囊前端的接收线圈发生运动,切割大地磁场,产生了电磁噪声、运动噪声、基线漂移等,从而影响电磁数据的电阻率成像质量.因此,研究地空电磁信号中多种噪声的去除方法,对数据的反演解释非常重要.由于地空电磁信号中有效信号频带与部分噪声频带相重叠,使用传统滤波或消噪方法具有一定局限性.因此,本文提出一种综合小波去噪法:根据地空电磁信号的特点,采用sym8小波基;基于小波多分辨率分析原理,利用小波高尺度近似分量估计基线漂移,以校正电磁数据中的基线;基于小波阈值收缩原理,采用5层小波分解、极小极大阈值配合硬收缩函数的消噪方法,来压制数据中的其余噪声.最后,通过异常环模型的理论响应和实测数据进行算法的验证,结果表明这种综合消噪法对多种噪声均有很好的抑制作用,是一种实用有效的时间域地空电磁数据消噪方法.

关键词：地空电磁系统电性源小波去噪运动噪声基线漂移

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电性源瞬变电磁短偏移探测方法

中国有色金属学报 2013年第9期23卷 2365-2370页

作者：薛国强闫述陈卫营中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室北京100029 江苏大学计算机科学与通信工程学院镇江212013

为了解决大深度、高分辨探测地下矿产资源的难点问题,基于近区测深的优越性,提出一种电性源短偏移瞬变电磁装置(SOTEM),并对该装置下的探测技术进行研究。通过对时间域近场响应特性以及探测深度等面探测能力的分析,认为SOTEM明显优于长... 详细信息

为了解决大深度、高分辨探测地下矿产资源的难点问题,基于近区测深的优越性,提出一种电性源短偏移瞬变电磁装置(SOTEM),并对该装置下的探测技术进行研究。通过对时间域近场响应特性以及探测深度等面探测能力的分析,认为SOTEM明显优于长偏移瞬变电磁(LOTEM)。接地线源短偏移瞬变电磁法比回线源瞬变电磁法易于施工,且探测深度较大和探测精度相对较高,是一种值得推广的方法。

关键词：电性源瞬变电磁法短偏移全场域响应

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电性源短偏移距瞬变电磁研究进展

中国矿业大学学报 2020年第2期49卷 215-226页

作者：薛国强陈卫营武欣郭文波岳建华于景邨中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院地球科学研究院北京100029 西安西北有色物化探总队有限公司陕西西安710068 中国矿业大学地球科学学院江苏徐州221116

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是近些年发展起来的一种大深度瞬变电磁探测装置,在深部煤田水文地质调查等领域已表现出巨大潜力.本文通过回顾SOTEM方法的研究历史,总结SOTEM在正演模拟、反演成像、施工方法、附加效应、仪器设备等方... 详细信息

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是近些年发展起来的一种大深度瞬变电磁探测装置,在深部煤田水文地质调查等领域已表现出巨大潜力.本文通过回顾SOTEM方法的研究历史,总结SOTEM在正演模拟、反演成像、施工方法、附加效应、仪器设备等方面的研究现状,并结合实际应用案例论证了SOTEM在深部探测中的优越性.研究结果表明:SOTEM相较于传统回线源装置具有更大的探测深度,可以达到2000 m左右;相对于传统的长偏移瞬变电磁法,收发距可缩小至1/6,精度提高1.5倍,SOTEM通过观测不同电磁场分量可以实现对高、低阻目标体的精准探测;地面SOTEM可以扩展为地-井SOTEM和地-空SOTEM装置,分别提高探测精度和探测效率,以适用于不同场景的探测.

关键词：煤田水文地质瞬变电磁法回线源电性源短偏移距

虚拟波场降速条件下电性源瞬变电磁垂直磁场分量的波场反变换方法

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地球物理学报 2023年第4期66卷 1743-1757页

作者：范克睿王刚鲁凯亮郑新李貅孙兴邦山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东科技大学青岛266590 山东科技大学土木工程与建筑学院青岛266590 长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学地球物理场多参数综合模拟实验室(中国地球物理学会重点实验室) 西安710054 山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061

通过波场反变换从瞬变电磁信号中提取虚拟波场是定位电性界面和刻画地下导电目标形态的有效手段.波场反变换过程中,降低虚拟波场速度有利于改善虚拟波场对电性界面的分辨能力.然而,波场变换核函数随时间、虚拟时间以及虚拟波场速度变化... 详细信息

通过波场反变换从瞬变电磁信号中提取虚拟波场是定位电性界面和刻画地下导电目标形态的有效手段.波场反变换过程中,降低虚拟波场速度有利于改善虚拟波场对电性界面的分辨能力.然而,波场变换核函数随时间、虚拟时间以及虚拟波场速度变化的动态范围极大,且随虚拟波场降速而进一步扩大,造成波场反变换问题高度不适定,制约了虚拟波场提取的精度和效果.对此,在虚拟波场降速的条件下,本文以核函数在无穷区间上积分的解析解为准绳,通过最优化与数据拟合得到了经验公式,确定了波场反变换所需的最优积分区间;在适应采集时间与虚拟波场速度的同时,最大限度缩短了积分区间长度,降低了核函数变化的动态范围,压制了波场反变换方程的病态程度.此外,通过引入精细积分方法求解波场反变换方程,提高了波场反变换方程的求解精度.为验证方法的有效性与可靠性,对正演模拟的电性源瞬变电磁垂直磁场分量及其时间导数分量进行了波场反变换;结果回代后的拟合数据与正演数据的相对误差小于5%.在所提取的虚拟波场记录中观察到了合理的运动学特征,如实反映了低阻目标层深度、厚度和二次场观测时间范围的变化.在计算条件相同的前提下,通过降低虚拟波场速度,改善了波场反变换的精度和效果.降速后提取的虚拟波场记录对低阻层上下界面的刻画更为清晰.在对实测数据的处理中,本文的虚拟波场降速、积分区间最优化和精细积分求解方法得到了合理可信的虚拟波场提取结果,为进一步利用虚拟波场开展低阻目标体成像提供了数据保障.

关键词：瞬变电磁波场变换降速电性源垂直磁场

矿井地面-井下电性源瞬变电磁探测响应规律分析

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煤炭学报 2016年第8期41卷 2024-2032页

作者：李术才李凯翟明华孙怀凤王世睿山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东能源集团有限公司博士后科研工作站山东济南250014

为了避免井下瞬变电磁探测面临的金属强干扰、高瓦斯矿井防爆等要求,对矿井地面布置瞬变电磁发射源,在井下巷道、采场接收的瞬变电磁探测方法进行研究。采用三维时域有限差分法建立电性源瞬变电磁三维正演算法,研究地面电性源发射,井下... 详细信息

为了避免井下瞬变电磁探测面临的金属强干扰、高瓦斯矿井防爆等要求,对矿井地面布置瞬变电磁发射源,在井下巷道、采场接收的瞬变电磁探测方法进行研究。采用三维时域有限差分法建立电性源瞬变电磁三维正演算法,研究地面电性源发射,井下巷道接收的瞬变电磁响应规律。首先采用均匀半空间模型和层状模型研究地下接收瞬变电磁场的曲线形态特征以及对地层电阻率变化的敏感性,并考察接收排列的最佳方位角和收发距。以层状模型为例设置均布的5条测线接收排列,计算了不同接收点的瞬变电磁响应响应曲线,对比分析曲线形态,得到电性源瞬变电磁地面发射、井下接收采集范围和传播规律,即:1电性源磁响应在垂向(broadside)排列方向比在轴向(inline)排列幅值大,井下接收的最佳测线方向为垂直排列方向;2发射长度为1 km的电性源井下接收有效探测深度可达到1.5 km;3电阻率较高的煤层对接收点响应曲线的影响不大。其次,设计包含顶板水和底板水的模型,计算得到了不同类型含水层的响应规律,对比曲线可以发现明显的异常差异。最后,设计一个包含断层的复杂模型,得出了倾斜充水断层影响下的瞬变电磁响应曲线。得到地面发射-井下接收的瞬变电磁方法的采集范围和传播规律,最佳方位角为垂直排列方向;地面发射-井下接收的瞬变电磁方法对顶板水和底板水有一定的分辨和识别能力;地面发射-井下接收的瞬变电磁方法能够初步对倾斜充水断层的电磁场响应进行识别。该方法仅要求接收机在井下,易于进行本安设计。

关键词：电性源瞬变电磁地井装置千米深井

海底电性源频率域CSEM勘探建模及水深影响分析

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地球物理学报 2010年第8期53卷 1940-1952页

作者：刘长胜 Mark E．Everett 林君周逢道吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室长春130026 吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130026 Department of Geology and Geophysics Texas A&M UniversityCollege StationTX 77843USA

为了探索我国海域油气和水合物等高阻目标体CSEM勘探的可行性和方法技术,本文研究了在海水中水平电性源激励下有限水深海洋地电模型的频率域电磁响应,为进一步的1D和3D仿真计算奠定了理论基础.在推导电磁响应公式时,首先给出了各层介质... 详细信息

为了探索我国海域油气和水合物等高阻目标体CSEM勘探的可行性和方法技术,本文研究了在海水中水平电性源激励下有限水深海洋地电模型的频率域电磁响应,为进一步的1D和3D仿真计算奠定了理论基础.在推导电磁响应公式时,首先给出了各层介质的Lorentz势,然后根据Coulomb势与Lorentz势的关系,得到了各层介质的Coulomb势.各层介质中的电磁场均可以由Lorentz势或者Coulomb势计算得到,但在有限元计算时Coulomb势具有优势.长导线源的电磁场和势函数可以由电偶源的电磁场和势函数沿导线长度积分得到.文中具体给出了海水中水平电偶源和长导线源在海水层的电磁场公式,并根据该公式计算了不同水深环境下海底表面的电磁场分布,分析了海水深度对海底油气储层电磁异常的影响.结果表明,随着水深减小,异常幅度和形态特征发生明显变化.当水深很浅时(如50 m),只有同线方向的E_x和E_z两个电场分量存在明显异常.最后,以两个已知海底油田为例,计算了不同水深环境下可观测到的电场异常,展示了电性源频率域CSEM在海底勘探中(包括浅海环境)的良好应用前景.对于该方法实用化过程中还需进一步解决的问题,文中结尾部分也进行了初步探讨.

关键词：海底勘探可控源电磁法电性源建模仿真