發(fā)布時間：2018-02-11 11:46

  本文關(guān)鍵詞： 位移電流 偶極子源 漢克爾變換 G-S變換　出處：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：利用地質(zhì)體的電性,結(jié)合不同的場源形式、工作方式、觀察要素等可形成不同的電磁探測方法。電磁法按照響應(yīng)的性質(zhì)可分為頻率域和時間域方法兩類,目前常用的頻率域電磁法所采用的頻率都較低,穿透深度大,地下2m~20m左右的深度成了它的探測“盲區(qū)”,而瞬變電磁法(時間域電磁法)的早期信號攜帶地下淺部結(jié)構(gòu)信息,而現(xiàn)有的儀器記錄或處理的數(shù)據(jù)幾乎全是晚期信號,使瞬變電磁法損失了淺部探測能力,從地表到地下20m左右也是它的探測“盲區(qū)”。地下淺層范圍(包含探測“盲區(qū)”)的勘查對農(nóng)業(yè)、地下水、廢物處理、考古和土壤工程都是非常重要的,也有利于對深部電磁法勘探資料進行解釋。要實現(xiàn)“盲區(qū)”探測,必須提高發(fā)射頻率或使用早期瞬變信號,此時就必須考慮位移電流的影響,而現(xiàn)有的電磁法理論和應(yīng)用研究幾乎都未考慮位移電流。針對以上這些問題,本文首先系統(tǒng)推導(dǎo)了偶極子源(磁偶極子、電偶極子)在典型結(jié)構(gòu)(全空間、均勻半空間、分層媒質(zhì))下計及位移電流的頻域電磁響應(yīng),將其轉(zhuǎn)換到復(fù)頻域后再轉(zhuǎn)換到時域,結(jié)合供電電流便得到不同時域響應(yīng)的逆拉氏變換形式。針對頻域響應(yīng)中涉及到的漢克爾變換,在Pravin指數(shù)函數(shù)展開的基礎(chǔ)上新增基函數(shù),提出計算漢克爾變換的改進方法,該方法具有簡單易行、可逼近凸函數(shù)、插值精度高和計算效果穩(wěn)定的優(yōu)點,為漢克爾變換的計算提供另一種可選方案。而在時域響應(yīng)的數(shù)值計算中,采用了具有純實數(shù)運算、計算精度高、所需頻點少和可用于計算復(fù)雜地電模型等優(yōu)點的Gaver-Stehfest逆拉氏變換法。最后分析了位移電流對頻域和時域電磁響應(yīng)的影響,并總結(jié)了以下規(guī)律:1)頻域內(nèi):高頻下計算更能表示有效研究深度的博斯蒂克深度時,必須考慮位移電流的影響,且可根據(jù)頻率、電阻率和相對介電常數(shù)大致確定博斯蒂克深度;頻率和介電常數(shù)的增大、電導(dǎo)率的減小,都將加深位移電流效應(yīng)的影響;與電偶極子相比較,磁偶極子可忽略位移電流影響的低頻范圍更大,且在高頻時更易受位移電流的影響;在分層媒質(zhì)下,若頂層地電參數(shù)確定的博斯蒂克深度小于頂層厚度,那么頂層的電導(dǎo)率和介電常數(shù)就決定了幅度響應(yīng)比隨頻率變化的規(guī)律,且電導(dǎo)率的減小和相對介電常數(shù)的增大,將使比值出現(xiàn)波動所對應(yīng)的頻率和幅度減小,電偶極子的比值在高頻時變化更劇烈。2)時域內(nèi):計及位移電流時兩種偶極子源的時域響應(yīng)到達測點的時間都晚于忽略位移電流時的到達時間;受0ike-ρ這一衰減因子的影響,G-S變換得到的時域響應(yīng)在小范圍內(nèi)出現(xiàn)了正負值交替現(xiàn)象;位移電流對斜階躍響應(yīng)的影響比階躍響應(yīng)大,對z1h斜階躍的影響在幾微秒范圍內(nèi),而對z1?h?t的范圍可擴展到幾十甚至幾百微秒;在非零關(guān)斷時,若仍按階躍響應(yīng)理論分析將產(chǎn)生較大誤差,且關(guān)斷時間越長,誤差越大;現(xiàn)有瞬變儀器只有關(guān)斷時間達10ns時,能部分測量計及位移電流對z1h和z1?h?t斜階躍響應(yīng)產(chǎn)生影響的信號;若關(guān)斷時間為T1s和采樣時間范圍為T2s~T3s(關(guān)斷后)的儀器要測量位移電流效應(yīng)對斜階躍響應(yīng)的影響信號,那么應(yīng)使(T1+T2)s小于t1s(t1指關(guān)斷時間T1對應(yīng)的計及位移電流時斜階躍響應(yīng)到達測點的時間),且(T1+T3)s的值應(yīng)盡可能的大,至少應(yīng)大于t2s(t2指計及和忽略位移電流時斜階躍響應(yīng)的相對誤差小于2%的時間)。
[Abstract]:Using electrical geological bodies, combined with the field source form, different ways of working, observation elements can form different electromagnetic detection method. According to the nature of the electromagnetic response can be divided into the frequency domain and time domain method of class two, the frequency domain electromagnetic method commonly used in the low frequency, large penetration depth underground, the depth of about 2m~20m to its detection "blind spots", and the transient electromagnetic method (time domain electromagnetic method) of the early signal carrying information of underground shallow structure, while the existing instrument records or data processing almost all advanced signal, the transient electromagnetic method loss detection ability shallow, from the earth's surface to about 20m and its detection "blind spot". The shallow groundwater range (including the detection of "blind spots") for exploration of agriculture, groundwater, waste disposal, archaeological and soil engineering is very important, but also conducive to the deep electromagnetic prospecting information The material was explained. The realization of "blind spot" detection, must improve the emission frequency or early transient signal, we should consider the effect of displacement current, and electromagnetic theory and Application Research of almost all of the existing without considering the displacement current. To solve these problems, this paper firstly deduces the system (magnetic dipole, dipole source the electric dipole in a typical structure (space), homogeneous half space, layered medium frequency electromagnetic) considering the displacement current response, convert it to a complex frequency domain and then converted to time domain, combined with the power supply current is not at the same time domain response of the inverse Laplace transform. For Hankel transform frequency response involved in based on the foundation, the new function of Pravin index function, put forward the improvement method of calculating Hankel transform, this method is simple, approximate convex function, interpolation accuracy and calculation stability The advantages, provide another alternative for computing Hankel transform. And in the numerical calculation of time domain response, with a pure real operation, high accuracy, less required frequency and can be used for the calculation of complex geoelectric model and other advantages of Gaver-Stehfest inverse Laplace transform method. Finally analyzes the influence of displacement current the frequency and time domain electromagnetic response, and summarizes the following rules: 1) in frequency domain: high frequency calculation more Bostic said the depth of effective depth research, must consider the effect of displacement current, and according to the frequency, resistivity and relative dielectric constant of approximately determined Bostic depth; increasing the frequency and the dielectric constant of the conductivity. The effect will be reduced, deepen the displacement current effect; compared with the electric dipole and magnetic dipole frequency range of displacement current may be omitted more affected, and at high frequency is more susceptible to the displacement current Effect; in layered media, if Bostick depth determine the top-level geoelectric parameters is less than the top thickness, so the top of the conductivity and dielectric constant determines the amplitude response of the ratio varies with frequency, and the decrease of conductivity and relative dielectric constant increases, will make the ratio of value of frequency and amplitude corresponding to the decrease of volatility the change of.2 ratio, more intense electric dipole in high frequency domain and time domain): two kinds of displacement current dipole source in response to the arrival point time is later than the arrival time ignore the displacement current; 0ike- P this attenuation factor influence, time domain by G-S transform in response to positive and negative value alternation in a small range; the displacement current step response effect on the oblique order response than the step of z1h, ramp effect in a few microseconds range of Z1? H? T range can be extended to dozens or even hundreds of micro In non zero seconds; turn off, if according to the step response theory will have a greater error, and the turn off time is longer, the greater the error; the existing transient instrument only the off time of 10ns, part of gauge and displacement current of z1h and Z1? H? T oblique step response the influence of the signal; if the shutdown time is T1s and the sampling time range is T2s~T3s (turned off) of the instrument to affect the signal measurement of displacement current effect in response to the ramp, so should be less than t1s (T1+T2) s (T1 refers to the total displacement and current off time T1 corresponding to the ramp response arrive at the measuring point in time), and (T1+T3) the value of s should be as large as possible, at least should be greater than T2S (T2 means considering or neglecting displacement currents when the oblique step response of the relative error is less than 2% of the time).

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P631.325

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本文編號：1502985