為了解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的淺層勘探問題,基于有限元法對航空瞬變電磁進行三維正演模擬,采用中心回線觀測方式來研究磁場H_z的響應(yīng)特征。首先驗證了均勻半空間和層狀地層響應(yīng)精度,模擬表明,數(shù)值解與解析解在0.1 s前誤差基本維持在5%以內(nèi),可以有效地進行正演模擬。然后討論了發(fā)射線圈參數(shù)（高度、半徑、電流、匝數(shù)）對磁場H_z分量的影響,結(jié)果表明,場值與發(fā)射線圈半徑、電流、匝數(shù)成正比,不同發(fā)射線圈高度只是影響了早期響應(yīng),到晚期磁場H_z分量均趨向同一值;由于瞬變電磁對低阻異常反應(yīng)更為靈敏,研究了埋有低阻異常體的起伏地形條件對H_z場值的影響,得出了有價值的結(jié)論。 

【文章來源】：工程地球物理學(xué)報. 2020,17(03)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

正演精度驗證

圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)分別是均勻半空間、H型地層、K型地層數(shù)值解與解析解的對比,圖1(d)是三種地電模型的誤差曲線。從圖1(d)可以看出,在t=0.1 s前,誤差基本維持在3 %以內(nèi),可以有效地進行正演模擬;在t=0.1 s后,誤差曲線急劇上升,不能很好地說明問題,這是由于物理場外部邊界使用的是狄利克雷邊界條件,而模型本身大小不能滿足無限遠的條件,因此在后期磁場Hz有較大的誤差。由圖1(b)、圖1(c)可以看出,對于層狀地層,磁場Hz隨時間迅速衰減;當(dāng)遇到低阻層時候,場值Hz曲線呈現(xiàn)上凸趨勢,其衰減變慢;當(dāng)遇到高阻層時,場值Hz曲線呈現(xiàn)下凹趨勢,其衰減變快,而且H型地層的磁場Hz畸變比K型地層畸變更嚴重,這也說明了航空瞬變電磁對低阻反映更為靈敏。綜上所述,磁場Hz數(shù)值解和解析解基本擬合,驗證了航空瞬變電磁三維正演的可行性。表1 不同地電模型參數(shù)Table 1 Different geoelectric model parameters 模型 第一層厚度/m 第一層電阻率/Ω·m 第二層厚度/m 第二層電阻率/Ω·m 第三層厚度/m 第三層電阻率/Ω·m 均勻半空間 ∞ 100 -- -- -- -- H型地層 200 100 50 10 ∞ 100 K型地層 200 100 50 1 000 ∞ 100

表2 不同線圈模型參數(shù)Table 2 Different coil model parameters 模型 線圈高度/m 線圈半徑/m 線圈電流/A 線圈匝數(shù) 1 50-100-150 50 150 15 2 50 10-50-100 150 15 3 50 50 50-100-150 15 4 50 50 150 5-10-15在雙對數(shù)坐標系下,由圖2(a)可以看出,隨著發(fā)射線圈高度升高,早期和中期磁場Hz的幅值逐漸下降,這是因為空氣是絕緣的,線圈高度的增加拉大了線圈與觀測點相對于電導(dǎo)體的距離,導(dǎo)致產(chǎn)生的渦流場較弱,從而使早期接收到的二次場值Hz減小;晚期線圈的高度對結(jié)果沒有較大的影響,場值基本一致,也說明了晚期磁場衰減的速度基本一致。由圖2(b) 、圖2(c)、圖2(d)可以看出,線圈不同的發(fā)射半徑、發(fā)射電流、匝數(shù)的正演場值響應(yīng),形狀基本一致,只是在幅度上有較大的差別,這說明線圈半徑、發(fā)射電流和線圈匝數(shù)這三個參數(shù)只影響場值響應(yīng)的強弱,而并沒有影響場值的衰減速率。由圖2(c)、圖2(d)可以看出,兩幅圖的響應(yīng)基本一致,從理論上,分別計算表2模型3、模型4的發(fā)射磁矩(M=ISN。其中,I為電流,單位為A;S為發(fā)射線圈面積,單位為m2;N為線圈匝數(shù)),模型3磁矩分別約為589萬A·m2、11 781萬A·m2、1 767萬A·m2;模型4磁矩分別約為589萬A·m2、11 781萬A·m2、1 767萬A·m2。由此可以看出,在其他條件一定的情況下,發(fā)射磁矩相同,正演出的結(jié)果也是相同的,圖2(c)、圖2 (d)可以間接說明以上規(guī)律。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]瞬變電磁法在積水采空區(qū)探測中的應(yīng)用——以貴州某煤礦為例[J]. 彭赟,李燕,楊淮.  工程地球物理學(xué)報. 2019(06)
[2]綜合地球物理方法在武山銅礦水文地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J]. 石科,許順芳,胡正旺,杜勁松.  工程地球物理學(xué)報. 2019(06)
[3]復(fù)雜地質(zhì)模型音頻大地電磁反演研究[J]. 王彬,劉偉祖.  工程地球物理學(xué)報. 2018(06)
[4]電磁流量測井在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[J]. 孫旭東.  工程地球物理學(xué)報. 2018(05)
[5]三維起伏地形條件下航空瞬變電磁響應(yīng)特征研究[J]. 趙越,李貅,王祎鵬,郭建磊,曾友強.  地球物理學(xué)報. 2017 (01)
[6]起伏地表頻域/時域航空電磁系統(tǒng)三維正演模擬研究[J]. 張博,殷長春,劉云鶴,蔡晶.  地球物理學(xué)報. 2016(04)
[7]2.5維起伏地表條件下時間域航空電磁正演模擬[J]. 殷長春,張博,劉云鶴,蔡晶.  地球物理學(xué)報. 2015(04)
[8]基于電場Helmholtz方程的回線源瞬變電磁法三維正演[J]. 李建慧,胡祥云,曾思紅,路金閣,霍光譜,韓波,彭榮華.  地球物理學(xué)報. 2013(12)
[9]時間域航空電磁系統(tǒng)瞬變?nèi)珪r響應(yīng)正演模擬[J]. 殷長春,黃威,賁放.  地球物理學(xué)報. 2013(09)
[10]磁偶極子源航空瞬變電磁對飛行高度的響應(yīng)特征[J]. 閔剛,王緒本,毛立峰,胡清龍,邱林.  物探與化探. 2012(04)

碩士論文
[1]瞬變電磁場直接時間域響應(yīng)及其應(yīng)用[D]. 郭華.遼寧工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：3216413