瞬变电磁_

《地球探测与信息技术基础》 课程作业 题目：    瞬变电磁法在地球勘探上的应用                                  姓    名：周桥立 班    级：064101 学    号：20101003648 授课教师：胡祥云 2013 年  04 月 20日 摘要 瞬变电磁法是近年来电法勘探领域一种重要方法，是根据地壳中岩石或者矿体的导电性及介电性等电学性质的差异，研究电磁场的空间或时间分布规律，从而解决各种地质问题。目前已经发展为探测油气、金属和非金属矿产的一种重要方法，并且在深部地质构造研究、工程勘察、油气、矿产、水、地热勘探等领域得到广泛应用。 目录 1．概述……………………………………………………………4 2. 瞬变电磁法……………………………………………………5 3．正演问题的研究………………………………………………8 4．瞬变电磁勘探的应用…………………………………………12 5． 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ……………………………………………………………14 参考文献…………………………………………………………15 1、概述 电磁场理论的应用已经遍及地学、生命科学、医学、空间科学、信息科学等几乎所有的技术科学领域,同时这些工程技术领域对电磁理论研究也不断地提出各种新的要求. 电磁法勘探是基于研究电磁波在导电介质中传播特性,从而达到研究地下地质体赋存特性的目的. 通过天然或人工场源在大地中激励的交变电磁场,研究电磁场的空间和时间分布, 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 观测到的磁场信号,得到地下目标体的电性分布特征的一种地球物理方法。 瞬变电磁测深法( Transient elect romagneticmet hod ,简称TEM) 是电磁法勘探中应用较广的一种,是近年来在工程地质勘察中普遍应用的时间域电磁探测方法. 它是利用阶跃波或其它脉冲电流场源激励,在大地产生过渡过程场,断电瞬间在大地中形成涡旋交变电磁场,测量这种由地下介质产生的二次感应电磁场随时间变化的衰减特性,从测量得到的异常信号中分析出地下不均匀体的导电性能和位置,从而推断矿体、工程基础、地下水、地质灾害、工程病态等地下目标体的分布性态. 该技术具有灵敏度高、分辨率强、探测深度大、灵活多变适应性强以及轻便、快速、廉价诸多优点,近年来发展十分迅猛,应用前景十分广阔. 目前,瞬变电磁法已经成为地球物理探测领域内的重要方法之一. 已广泛应用于水利、交通、城建、环保、考古等部门. 成功地解决了大量实际问题。 近年来，计算机技术的进步使瞬变电磁法的二维与三维正演模拟计算方法得到了迅速的发展，目前常用的有有限元法、有限差分法和积分方程法等。瞬变电磁法的三维正演模拟受到科学工作者的重视，深入研究三维瞬变电磁法以提高其应用水平和解释精度，具有重要的理论和现实意义。 2、瞬变电磁法 2.1 瞬变电磁法发展历史 20 世纪30 年代,最先提出利用电流脉冲激发供电偶极形成时域电磁场的是美国科学家,当时利用不同电导率地层界面电磁波的反射与地震反射波信号的相似性,进行了大量的实验和比较. 最早提瞬变电磁法工作方法的前苏联科学家,当时采用的是远区工作模式 . 到了20 世纪50～60 年代,前苏联科学家成功地完成了瞬变电磁法的一维正、反演,建立了瞬变电磁法的解释理论和野外工作方法之后,瞬变电磁法才开始进入实用阶段. 20 世纪60 年代以后,当意识到时间域电磁测深法可以利用远远小于期望探测深度的收发距时,该方法有了一个快速发展.随之“, 短偏移”、“晚期”、“近区”、等技术研究迅速发展起来. 美国等西方国家在20 世纪70～80 年代之间,短偏移法一直处于研究和试验阶段,80 年代之间,短偏移法一直处于研究和试验阶段,未被广泛运用,而长偏移法已得到了应用,特别是在地热调查和地壳结构的深部调查中. 随后一些专家对瞬变电磁法的一维正反演及方法技术进行了大量研究. 20 世纪80 年代后随着计算机技术的发展,欧美学者在二三维正演模拟技术方面,发表了大量的论文 . 与此同时,前苏联学者提出电磁波拟地震波的偏移方法,吸取了“偏移成像”的广义概念,在电磁法中确定了正则偏移和解析法偏移两种方法. 80 年代末,从激发极化现象理论出发,研究了时间域瞬变电磁法的激电效应特征及影响,解释了瞬变电磁法晚期电磁响的变号现象,并对三维极化体的瞬变电磁响应特征进行了数值计算 .在我国,对瞬变电磁法的研究始于20 世纪70年代,朴化荣、曾孝箴等人,他们将脉冲式航电仪用于地质填图和找矿中;方文藻、李貅等将大回线源瞬变电磁测深法广泛用于地热和地下水调查、工程调查和地质害调查,又将瞬变电磁法用于大地电磁测深曲线的静校正,取得了良好的效果。 以前,瞬变电磁法只局限于金属矿勘探,1992年以随着仪器的智能化与数字化,瞬变电磁法开始步入工程、环境、灾害地质调查中,如探测地下采空区,陷落柱等煤田灾害,划分地下断层、寻找地下水,金属矿产勘探、石油、煤炭等非金属矿产调查、工程场地地质勘察、隧道超前地质预报等领域. 取得了良好的效果.瞬变电磁法以其独特的优点广泛用于资源勘探和工程勘察中.。 2.2 瞬变电磁法的原理 发展电磁法（Electromagnetic method）： 根据探测环境的导电性和导磁性的不同， 利用电磁感应原理进行勘探的方法统称为电磁法。瞬变电磁法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次磁场间歇期间利用同一回线或另一回线接收感应二次磁场，该二次磁场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳定磁场，如图1 所示。 图1. 瞬变电磁勘探远离示意图 瞬变电磁法中的一次磁场、二次磁场可由线圈的感应电动势反映， 将感应电动势进行数字化采集处理后， 即可得到二次场衰减曲线。瞬变电磁法的工作过程分为发射、电磁感应、接收和数据处理4 个部分， 按时间过程可分为早期和晚期两个阶段， 在不同阶段中感应场所提供的地质信息不同， 从而用途也不同。在断电初期， 感应电流多分布在地质体的表面， 形成表面电流， 所以涡旋电流大多分布在地质体表面。这一早期阶段的瞬变电磁过程主要反映出地质体的浅部信息， 热损耗使感应电流在地质体内扩散， 扩散速度与地质体 的导电率成反比。瞬变过程进入晚期阶段， 导电介质吸收使高频成份迅速减少， 低频成份占主要比例，电流分布趋于稳定， 热损耗速度减慢， 使感应电流产生的二次磁场衰减减慢， 此时涡流磁场之间的连续作用使瞬变电磁场相对稳定。瞬变电磁场也可分为近区、远区。在远区， 一次磁场是一种近似的不均匀平面波。电磁能量传播到地中， 在地质体中感应电流如同“烟圈” 一般，逐渐向地下扩散， 产生所谓的“烟圈效应”。 在各向同性介质中， 电磁场分布服从麦克斯韦方程组： 并且有下列关系式： J=σE B=μH D=εE 其中， H 为磁场强度， E 为电场强度， B 为磁感应强度， J 是电流密度， D 为电位移矢量， μ 为磁导率，ρ 为电荷密度， σ 为电导率， ε 为介电常数， μ0为自由空间磁导率。 瞬变电磁法主要观测感应电动势、磁场和电场3 种参数。在解决电磁场问题过程中， 由源直接激发的一次场和由感应而产生的二次场也同时遵从麦克斯韦方程组， 也需要满足一定的边界条件。在均匀介质中， 瞬变电磁场的矢量E, D, B 和H 在时间和空间上是连续的， 且一阶导数也连续。满足以上边界条件后， 求解出唯一的电磁场的空间分布。 2.3 瞬变电磁法的优缺点 瞬变电磁法的观测是在脉冲间隙中进行，不存在一次场源的干扰，这称之为时间上的可分性，脉冲是多频率的合成，不同的延时观测的主频率不同，相应的时间场在地层中的传播速度不同，调查的深度也就不同，这称之为空间的可分性。由这两种可分性导致瞬变电磁法有以下特点：把频率域法的精确度问题转化成灵敏度问题，加大功率，灵敏度可以增大信噪比，加大勘探深度：在高阻围岩地区不会产生地形起伏影响的假异常;在低阻围岩地区由于是多道观测,早期道的地形影响也较易分辨,可以采用同点组合,同一回线、重叠回线等,进行观测,使与探测目标的耦合最好,取得的异常强、形态简单、层能力强、线圈点位、方位或接收距要求相对不严格，测地工作简单，功效高，有穿透低阻覆盖层的能力，探测深度大;剖面测量与测深工作同时完成,提供了更多有用信息,减少了多解性。 因此瞬变电磁法探测具有如下优点：⑴由于施工效率高，纯二次场观测以及对低阻体敏感，使得它在当前的煤田水文地质勘探中成为首选方法；⑵瞬变电磁法在高阻围岩中寻找低阻地质体是最灵敏的方法，且无地形影响；⑶采用同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强；⑷剖面测量和测深工作同时完成，提供更多有用信息。 瞬变电磁法的工作效率高，但也不能取代其它电法勘探手段，当遇到周边有大的金属结构时地面或空间的金属结构时，所测到的数据不可使用，此时应补充直流电法或其它物探方法（见金属结构物对测量的影响一文）。同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时（例如在陕西南部某地铅锌矿区，地层表面充满石墨层）瞬变电磁法也不能可靠的测量，因此在选择测量时要考虑实测当地的地质结构。 三、正演问题研究 正问题是根据给定的地球模型求解地球物理电磁场理解值,反问题是根据实际测量的地球物理电磁场数据定性或者定量解释出地球内部的结构的过程。 3. 1　一维正演问题 对瞬变电磁法一维情况下的正演计算大多采用先在频率域进行讨论,得到层状介质下的电磁响应表达式,然后把讨论结果转换到时间域来. 从频率域到时间域响应的转换,可以采用的方法有: GAVER2STEHFEST 逆拉氏变换方法、延迟谱方法、线性数字滤波方法、折线化正余弦变换法.线性数字滤波技术是将汉克尔变换转换成卷积形式,离散化后形成数字滤波器. 滤波器的系数由已知变换对求出。这一变换主要涉及Hankel 变换,Hankel 变换方法有两种,一种采用线性数字滤波技术,利用Hankel 系数反积分方程离散化,并把积分形式变成求和形式。(流程图如图1) 计算精度与系数的个数多少有关系。另外一种办法是把足够长的积分区间分成两部分,求出贝塞尔函数的两个零点,在各区间内采用高斯积分求积,然后求和,这一算法精度较高,但是效率较低。 图2. 一维正演值计算流程图 折线化正余弦变换法是利用正余弦函数的导数性质和分部积分法则将积分转换成为对核函数导数的的正余弦变换. 对导数进行差商近似,将积分区间分段,并在每个段内用折线来逼近积分核函数,使核函数的二次导数变成一系列δ函数的和，该算法对缓变函数效果较好。