本文關鍵詞： 瞬變電磁 圓錐型場源 互感系數(shù) 關斷時間 暫態(tài)過程 “煙圈”反演 擬MT反演　出處：《東華理工大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：傳統(tǒng)地面大尺寸瞬變電磁激發(fā)源常用于以深部探測為目的的水文地質勘查和金屬礦勘探等領域。隨著瞬變電磁法的應用范圍不斷擴展至煤礦巷道、工程隧道等地下有限空間以及城市和工程淺層探測,常規(guī)大尺寸激發(fā)源受到限制,小型裝置成為常用的工作裝置。傳統(tǒng)的瞬變電磁小型裝置主要以共軸和偶極裝置為主,為增強發(fā)射的初始電磁能量,通常采用多匝繞制的方法來增大發(fā)射磁矩,以此達到減少發(fā)射線圈邊長與面積的目的。但是,這種發(fā)射和接收線圈的重合繞制方式造成了線圈內(nèi)和線圈間的強互感耦合作用,進而使得關斷效應影響增強,淺部“盲區(qū)”增大。為此,本文從場源角度出發(fā),提出了一種圓錐型場源裝置,對其響應特征開展了理論研究。推導了該裝置內(nèi)各匝線圈半徑的計算公式,根據(jù)疊加原理的思想討論了圓錐型場源瞬變電磁的正演方法,應用快速漢克爾變換,G-S變換及正、余弦變換數(shù)值濾波算法進行了數(shù)值計算。對圓錐型場源一次場、二次場特征進行了分析,計算并比較了不同參數(shù)下圓錐型場源和多匝線圈的互感系數(shù)和關斷時間。研究發(fā)現(xiàn):對于等效磁矩為926.1Am2的多匝回線和圓錐型場源,前者的互感約為后者的9倍,關斷時間約為后者的8倍;增大圓錐型場源的高度可減小互感系數(shù),但其底半徑的進一步變化對互感影響有限;圓錐型場源一、二次場特征與多匝線圈相似,但其二次場和總場暫態(tài)響應強于多匝線圈。應用平移算法求取了圓錐型場源瞬變電磁的全區(qū)視電阻率,根據(jù)瞬變電磁場傳播的“煙圈”效應,對圓錐型場源瞬變電磁數(shù)據(jù)進行了“煙圈”反演;采用對應的時間-頻率轉換關系進行了圓錐型場源瞬變電磁測深數(shù)據(jù)到MT平面波場數(shù)據(jù)的等效轉換,以“煙圈”反演結果作為初始模型,應用最小二乘正則化反演技術對圓錐型場源全區(qū)視電阻率數(shù)據(jù)進行了擬MT優(yōu)化反演;以電阻率為100?·m的均勻半空間模型對兩種反演方法進行了驗證,結果表明改進后的反演電阻率與模型電阻率的相對誤差約為0.2%,而“煙圈”反演的相對誤差超過0.8%,并在此基礎上對二層、三層和四層典型地電模型開展了正反演計算;最后,在某礦集區(qū)開展了短剖面試驗,并采用兩種反演方法對實測數(shù)據(jù)進行了處理。研究結果表明:用最小二乘正則化方法改進后的反演電阻率更接近于模型電阻率,反演深度更接近層界面,具有一定的分層效果,其視電阻率擬合曲線與模型的重構誤差在10-4~10-3范圍內(nèi)。本文的研究成果表明,圓錐型場源裝置對于減弱線圈間的互感,提升小裝置瞬變電磁法的淺部探測能力具有重要的理論意義和應用價值。為了繼續(xù)豐富、完善本方法,今后的研究重點應集中于圓錐型場源響應的后延影響改正,濾波技術適用性以及多維正、反演成像等領域。
[Abstract]:Traditional large size transient electromagnetic excitation sources are often used in hydrogeological exploration and metal mine exploration for deep exploration. With the application of transient electromagnetic method to coal mine roadway. Limited underground space, such as engineering tunnels, as well as urban and engineering shallow exploration, the conventional large-scale excitation source is limited. The traditional transient electromagnetic devices are mainly coaxial and dipole devices. In order to enhance the initial electromagnetic energy of emission, the multi-turn winding method is usually used to increase the emission magnetic moment. In order to reduce the side length and area of the transmitting coil, however, the coiling of the transmitting and receiving coils leads to the strong mutual inductance coupling between the coils and the coils, which makes the effect of turn-off enhanced. In this paper, a conical field source device is proposed from the point of view of field source. The response characteristics of the device are studied theoretically, and the formulas for calculating the radius of each turn coil in the device are derived. According to the principle of superposition, the forward modeling method of conical field source transient electromagnetic is discussed, and the fast Hankel transform is applied to G-S transform and forward. The numerical filtering algorithm of cosine transform is calculated and the characteristics of the primary and secondary fields of conical field source are analyzed. The mutual inductance coefficient and turn-off time of conical field source and multi-turn coil under different parameters are calculated and compared. It is found that for multi-turn loop and conical field source with equivalent magnetic moment of 926.1 Am2. The mutual inductance of the former is about 9 times of that of the latter, and the closing time is about 8 times of the latter. Increasing the height of the cone field source can reduce the mutual inductance, but the further change of the base radius has limited influence on the mutual inductance. The characteristics of the first and secondary fields of conical field are similar to those of multi-turn coils, but the transient responses of secondary field and total field are stronger than that of multi-turn coils. The apparent resistivity of transient electromagnetic field of conical field source is obtained by using the translation algorithm. According to the "smoke ring" effect of transient electromagnetic field propagation, the "smoke ring" inversion of the conical field transient electromagnetic data is carried out. Using the corresponding time-frequency conversion relation, the equivalent conversion from the conical field source transient electromagnetic sounding data to the MT plane wave field data is carried out, and the "smoke ring" inversion result is taken as the initial model. Using the least square regularization inversion technique, the quasi-MT optimization inversion of the whole area apparent resistivity data of conical field source is carried out. With a resistivity of 100? The results show that the relative error between the improved inversion resistivity and the model resistivity is about 0.2%. The relative error of "smoke ring" inversion is more than 0.8, and on the basis of this, the forward and inverse calculations are carried out for typical electrical models of two, three and four layers. Finally, a short profile test was carried out in a mine concentration area. Two inversion methods are used to process the measured data. The results show that the inversion resistivity is closer to the model resistivity and the inversion depth is closer to the layer interface with the least square regularization method. The reconstruction error between the apparent resistivity fitting curve and the model is in the range of 10 ~ (-4) ~ (-3). The research results in this paper show that the conical field source device can weaken the mutual inductance between the coils. It is of great theoretical significance and practical value to enhance the shallow detection capability of the transient electromagnetic method for small devices. In order to continue to enrich, the method is improved. The future research should focus on the correction of the delayed effect of the conical field source response, the applicability of the filtering technique, and the multi-dimensional positive and inverse imaging.
【學位授予單位】：東華理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P631.325

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