线圈参数及地形因素对航空瞬变电磁的影响
发布时间：2021-06-07 10:33
为了解决复杂地质条件下的浅层勘探问题,基于有限元法对航空瞬变电磁进行三维正演模拟,采用中心回线观测方式来研究磁场Hz的响应特征。首先验证了均匀半空间和层状地层响应精度,模拟表明,数值解与解析解在0.1 s前误差基本维持在5%以内,可以有效地进行正演模拟。然后讨论了发射线圈参数（高度、半径、电流、匝数）对磁场Hz分量的影响,结果表明,场值与发射线圈半径、电流、匝数成正比,不同发射线圈高度只是影响了早期响应,到晚期磁场Hz分量均趋向同一值;由于瞬变电磁对低阻异常反应更为灵敏,研究了埋有低阻异常体的起伏地形条件对Hz场值的影响,得出了有价值的结论。
【文章来源】：工程地球物理学报. 2020,17(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
正演精度验证
图1(a)、图1(b)、图1(c)分别是均匀半空间、H型地层、K型地层数值解与解析解的对比,图1(d)是三种地电模型的误差曲线。从图1(d)可以看出,在t=0.1 s前,误差基本维持在3 %以内,可以有效地进行正演模拟;在t=0.1 s后,误差曲线急剧上升,不能很好地说明问题,这是由于物理场外部边界使用的是狄利克雷边界条件,而模型本身大小不能满足无限远的条件,因此在后期磁场Hz有较大的误差。由图1(b)、图1(c)可以看出,对于层状地层,磁场Hz随时间迅速衰减;当遇到低阻层时候,场值Hz曲线呈现上凸趋势,其衰减变慢;当遇到高阻层时,场值Hz曲线呈现下凹趋势,其衰减变快,而且H型地层的磁场Hz畸变比K型地层畸变更严重,这也说明了航空瞬变电磁对低阻反映更为灵敏。综上所述,磁场Hz数值解和解析解基本拟合,验证了航空瞬变电磁三维正演的可行性。表1 不同地电模型参数Table 1 Different geoelectric model parameters 模型 第一层厚度/m 第一层电阻率/Ω·m 第二层厚度/m 第二层电阻率/Ω·m 第三层厚度/m 第三层电阻率/Ω·m 均匀半空间 ∞ 100 -- -- -- -- H型地层 200 100 50 10 ∞ 100 K型地层 200 100 50 1 000 ∞ 100
表2 不同线圈模型参数Table 2 Different coil model parameters 模型 线圈高度/m 线圈半径/m 线圈电流/A 线圈匝数 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在双对数坐标系下,由图2(a)可以看出,随着发射线圈高度升高,早期和中期磁场Hz的幅值逐渐下降,这是因为空气是绝缘的,线圈高度的增加拉大了线圈与观测点相对于电导体的距离,导致产生的涡流场较弱,从而使早期接收到的二次场值Hz减小;晚期线圈的高度对结果没有较大的影响,场值基本一致,也说明了晚期磁场衰减的速度基本一致。由图2(b) 、图2(c)、图2(d)可以看出,线圈不同的发射半径、发射电流、匝数的正演场值响应,形状基本一致,只是在幅度上有较大的差别,这说明线圈半径、发射电流和线圈匝数这三个参数只影响场值响应的强弱,而并没有影响场值的衰减速率。由图2(c)、图2(d)可以看出,两幅图的响应基本一致,从理论上,分别计算表2模型3、模型4的发射磁矩(M=ISN。其中,I为电流,单位为A;S为发射线圈面积,单位为m2;N为线圈匝数),模型3磁矩分别约为589万A·m2、11 781万A·m2、1 767万A·m2;模型4磁矩分别约为589万A·m2、11 781万A·m2、1 767万A·m2。由此可以看出,在其他条件一定的情况下,发射磁矩相同,正演出的结果也是相同的,图2(c)、图2 (d)可以间接说明以上规律。
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用——以贵州某煤矿为例[J]. 彭赟,李燕,杨淮. 工程地球物理学报. 2019(06)
[2]综合地球物理方法在武山铜矿水文地质调查中的应用[J]. 石科,许顺芳,胡正旺,杜劲松. 工程地球物理学报. 2019(06)
[3]复杂地质模型音频大地电磁反演研究[J]. 王彬,刘伟祖. 工程地球物理学报. 2018(06)
[4]电磁流量测井在水文地质勘探中的应用[J]. 孙旭东. 工程地球物理学报. 2018(05)
[5]三维起伏地形条件下航空瞬变电磁响应特征研究[J]. 赵越,李貅,王祎鹏,郭建磊,曾友强. 地球物理学报. 2017 (01)
[6]起伏地表频域/时域航空电磁系统三维正演模拟研究[J]. 张博,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2016(04)
[7]2.5维起伏地表条件下时间域航空电磁正演模拟[J]. 殷长春,张博,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2015(04)
[8]基于电场Helmholtz方程的回线源瞬变电磁法三维正演[J]. 李建慧,胡祥云,曾思红,路金阁,霍光谱,韩波,彭荣华. 地球物理学报. 2013(12)
[9]时间域航空电磁系统瞬变全时响应正演模拟[J]. 殷长春,黄威,贲放. 地球物理学报. 2013(09)
[10]磁偶极子源航空瞬变电磁对飞行高度的响应特征[J]. 闵刚,王绪本,毛立峰,胡清龙,邱林. 物探与化探. 2012(04)
硕士论文
[1]瞬变电磁场直接时间域响应及其应用[D]. 郭华.辽宁工业大学 2015
本文编号：3216413
【文章来源】：工程地球物理学报. 2020,17(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
正演精度验证
图1(a)、图1(b)、图1(c)分别是均匀半空间、H型地层、K型地层数值解与解析解的对比,图1(d)是三种地电模型的误差曲线。从图1(d)可以看出,在t=0.1 s前,误差基本维持在3 %以内,可以有效地进行正演模拟;在t=0.1 s后,误差曲线急剧上升,不能很好地说明问题,这是由于物理场外部边界使用的是狄利克雷边界条件,而模型本身大小不能满足无限远的条件,因此在后期磁场Hz有较大的误差。由图1(b)、图1(c)可以看出,对于层状地层,磁场Hz随时间迅速衰减;当遇到低阻层时候,场值Hz曲线呈现上凸趋势,其衰减变慢;当遇到高阻层时,场值Hz曲线呈现下凹趋势,其衰减变快,而且H型地层的磁场Hz畸变比K型地层畸变更严重,这也说明了航空瞬变电磁对低阻反映更为灵敏。综上所述,磁场Hz数值解和解析解基本拟合,验证了航空瞬变电磁三维正演的可行性。表1 不同地电模型参数Table 1 Different geoelectric model parameters 模型 第一层厚度/m 第一层电阻率/Ω·m 第二层厚度/m 第二层电阻率/Ω·m 第三层厚度/m 第三层电阻率/Ω·m 均匀半空间 ∞ 100 -- -- -- -- H型地层 200 100 50 10 ∞ 100 K型地层 200 100 50 1 000 ∞ 100
表2 不同线圈模型参数Table 2 Different coil model parameters 模型 线圈高度/m 线圈半径/m 线圈电流/A 线圈匝数 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在双对数坐标系下,由图2(a)可以看出,随着发射线圈高度升高,早期和中期磁场Hz的幅值逐渐下降,这是因为空气是绝缘的,线圈高度的增加拉大了线圈与观测点相对于电导体的距离,导致产生的涡流场较弱,从而使早期接收到的二次场值Hz减小;晚期线圈的高度对结果没有较大的影响,场值基本一致,也说明了晚期磁场衰减的速度基本一致。由图2(b) 、图2(c)、图2(d)可以看出,线圈不同的发射半径、发射电流、匝数的正演场值响应,形状基本一致,只是在幅度上有较大的差别,这说明线圈半径、发射电流和线圈匝数这三个参数只影响场值响应的强弱,而并没有影响场值的衰减速率。由图2(c)、图2(d)可以看出,两幅图的响应基本一致,从理论上,分别计算表2模型3、模型4的发射磁矩(M=ISN。其中,I为电流,单位为A;S为发射线圈面积,单位为m2;N为线圈匝数),模型3磁矩分别约为589万A·m2、11 781万A·m2、1 767万A·m2;模型4磁矩分别约为589万A·m2、11 781万A·m2、1 767万A·m2。由此可以看出,在其他条件一定的情况下,发射磁矩相同,正演出的结果也是相同的,图2(c)、图2 (d)可以间接说明以上规律。
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用——以贵州某煤矿为例[J]. 彭赟,李燕,杨淮. 工程地球物理学报. 2019(06)
[2]综合地球物理方法在武山铜矿水文地质调查中的应用[J]. 石科,许顺芳,胡正旺,杜劲松. 工程地球物理学报. 2019(06)
[3]复杂地质模型音频大地电磁反演研究[J]. 王彬,刘伟祖. 工程地球物理学报. 2018(06)
[4]电磁流量测井在水文地质勘探中的应用[J]. 孙旭东. 工程地球物理学报. 2018(05)
[5]三维起伏地形条件下航空瞬变电磁响应特征研究[J]. 赵越,李貅,王祎鹏,郭建磊,曾友强. 地球物理学报. 2017 (01)
[6]起伏地表频域/时域航空电磁系统三维正演模拟研究[J]. 张博,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2016(04)
[7]2.5维起伏地表条件下时间域航空电磁正演模拟[J]. 殷长春,张博,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2015(04)
[8]基于电场Helmholtz方程的回线源瞬变电磁法三维正演[J]. 李建慧,胡祥云,曾思红,路金阁,霍光谱,韩波,彭荣华. 地球物理学报. 2013(12)
[9]时间域航空电磁系统瞬变全时响应正演模拟[J]. 殷长春,黄威,贲放. 地球物理学报. 2013(09)
[10]磁偶极子源航空瞬变电磁对飞行高度的响应特征[J]. 闵刚,王绪本,毛立峰,胡清龙,邱林. 物探与化探. 2012(04)
硕士论文
[1]瞬变电磁场直接时间域响应及其应用[D]. 郭华.辽宁工业大学 2015
本文编号：3216413
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