论文题目: 瞬变电磁法勘探中的低阻层屏蔽问题研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 矿产普查与勘探
作者: 石显新
导师: 陈明生
关键词: 瞬变电磁法,时域有限差分法,联合时频分析,低阻层,屏蔽,华北型煤田
文献来源: 煤炭科学研究总院
发表年度: 2005
论文摘要: 瞬变电磁法(简称TEM法)是近年来发展很快并得到广泛应用的一种时间域电磁勘探方法。由于这种方法对低阻体特别灵敏，且工效高、装备轻便，故在矿产勘探、构造探测、水文地质与工程地质调查、环境地质调查等众多领域都有着广阔的应用前景和巨大的发展潜力，是目前煤田水文地质勘探的首选方法。然而，正是因为TEM法对低阻体敏感，当低阻体或低阻层位于欲探测地质目标体上面时，将会对这种方法的探测深度及分辨率造成不利影响。随着TEM法应用领域与范围的不断扩大，低阻层对其探测的影响日益突出。实际上，当低阻层覆盖在勘探目的层之上时，低阻层对TEM场具有屏蔽作用。特别是当地表为巨厚低阻覆盖层时，将会对TEM法的探测深度有很大影响，此时，TEM法勘探所需的探测时间加长，导致晚期资料的信噪比下降，以致达不到预想的勘探深度，不能取得理想的探测效果。因此，低阻层对TEM勘探的影响应当引起高度重视，开展低阻屏蔽层对TEM法勘探的影响研究，对于TEM法勘探的理论和实际应用都具有重要意义。 本文所完成的工作主要有：(1)针对目前在中、深度TEM法勘探中应用最多的中心回线装置，推导出水平层状介质TEM响应的解析解，用G-S方法计算了典型地电模型的TEM场衰减曲线，研究了当中间层为低阻层时对TEM法探测的影响；(2)实现了二维时域有限差分法(简称FDTD法)对TEM场响应的数值模拟，通过FDTD法数值模拟和G-S方法计算结果详细分析了地面勘探或水域勘探中低阻体或低阻层对TEM场的响应特征和屏蔽效应；揭示了低阻异常体对感应涡流的聚集作用、低阻覆盖层对TEM场扩散的减速作用及延时效应；(3)应用时—频表示或时—频分布研究了TEM场能量在低阻层中的聚集和损耗，从能量的角度分析了低阻层对TEM场的屏蔽作用；(4)通过应用实例详细分析了低阻覆盖层对TEM法探测的影响，并指出在实际TEM法勘探中应注意的问题。 本文通过对TEM勘探中低阻层屏蔽效应的研究，取得的创新性成果为： (1)在缓变的时域电磁场中实现了TEM场的FDTD数值模拟。在中、深层勘探情况下，TEM场是缓变的，其波动性已经很不明显，扩散特征起支配作用，波动方程退化成了扩散方程。由于FDTD法直接从时域Maxwell方程的旋度方程求解，在应用准静态近似后磁场的旋度方程不能构成显式的时间递推迭代公式，因此，需引入虚拟
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 瞬变电磁法发展概况及展望
1.3 瞬变电磁法勘探原理
1.4 时域电磁场中大地的电磁学性质
1.4.1 常见矿物和岩石的电阻率
1.4.2 影响岩石电阻率的因素
1.5 实际工作中岩石电阻率的测定
1.5.1 电测井资料
1.5.2 样品测试
1.5.3 实地测定
1.6 本文的主要工作
1.6.1 研究思路
1.6.2 技术路线
第二章 时域Maxwell方程与电磁波方程
2.1 有耗介质中的电磁波方程
2.1.1 中深度探测的延时和准静态近似
2.1.2 瞬变电磁场的扩散方程
2.2 重叠回线装置的解析解
2.2.1 Maxwell方程的通解
2.2.2 n层大地上电磁场的表达式
2.3 Gaver-Stehfest逆拉氏变换
2.4 典型地电断面的瞬变场衰减曲线
2.5 视电阻率与视深度计算
2.6 本章小结
第三章 时域有限差分法
3.1 时域有限差分法的基本原理
3.2 Yee氏算法和虚拟位移电流
3.3 数值稳定性分析
3.4 数值色散问题
3.5 本章小结
第四章 瞬变电磁场扩散方程的时域有限差分计算
4.1 边界条件的确定
4.1.1 瞬变电磁场的因果关系
4.1.2 场的向上延拓
4.1.3 快速Fourier变换
4.1.4 三次样条插值
4.2 源的处理
4.3 均匀半空间线源的解析解
4.3.1 Dawson积分的计算
4.3.2 余误差函数
4.4 本章小结
第五章 瞬变电磁场的数值与解析分析
5.1 均匀大地的瞬变电磁响应—烟圈效应
5.2 均匀半空间中异常体的瞬变电磁响应
5.3 地下存在低阻层的瞬变电磁响应
5.3.1 地表为低阻覆盖层的瞬变电磁响应
5.3.2 地下存在低阻层的瞬变电磁响应
5.4 海域瞬变电磁响应
5.5 瞬变电磁响应的联合时—频分析
5.6 本章小结
第六章 应用实例及效果
6.1 河北邢台金牛能源公司东庞矿突水陷落柱勘探
6.1.1 测区地质概况与地球物理特征
6.1.1.1 地质概况
6.1.1.2 水文地质概况
6.1.1.3 地球物理特征
6.1.2 施工参数选择
6.1.3 探测结果分析
6.2 安徽皖北煤电集团公司任楼煤矿水文地质勘探
6.2.1 概况
6.2.2 瞬变电磁法勘探的可行性分析
6.3 安徽淮北矿业集团公司许疃煤矿陷落柱探测
6.3.1 地质概况
6.3.2 施工参数选择
6.4 孟加拉国巴拉普库利亚(BARAPUKURIA)煤矿水文地质构造探测
6.4.1 概况
6.4.2 探测结果分析
6.5 本章小结
第七章 结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
个人简历
发布时间: 2006-11-01
参考文献
- [1].基于矢量有限元的回线源瞬变电磁法三维正反演研究[D]. 李睿恒.中国地质大学2018
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- [3].地空瞬变电磁法逆合成孔径成像方法研究[D]. 张莹莹.长安大学2016
- [4].瞬变电磁法三维正演及非线性共轭梯度反演研究[D]. 刘晓.中国地质大学(北京)2016
- [5].井—地瞬变电磁法浮动系数空间交汇与等效电流环反演方法研究[D]. 王鹏.中国地质大学2017
- [6].基于矢量有限单元法的大回线源瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 李建慧.中南大学2011
- [7].矩形小回线源三维瞬变电磁场响应特征及堤坝渗漏探测研究[D]. 邓中俊.中国地质大学(北京)2015
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