超低空航空瞬变电磁实时成像方法研究

发布时间：2020-06-01 11:53

【摘要】：航空瞬变电磁法(Airborne Transient Electromagnetic简称ATEM)自上世纪50年代问世以来,获得了长足发展,目前被广泛用于矿产勘察、地下水探测、地质灾害调查等方面。作为一种重要的瞬变电磁法,航空瞬变电磁法近年来以其工作效率高、探测面积广、勘探成本低、能够应付复杂勘探环境等优点受到了越来越多国内外地球物理学者的关注。但是,目前航空瞬变电磁法在地下浅层工作中还存在许多亟待改进和解决的问题,这就是本文超低空航空瞬变电磁法研究的立足点。一方面以往航空瞬变电磁法在拥有探测广度大,勘探深度大和高效工作效率的同时,丢失了探测精度,对地下浅层异常地质体的分辨率也是如此。另一方面,常规地面瞬变电磁法对浅层异常体也有很好的分辨率,但采用人工的工作方式工作效率很低,勘探成本高,且对于地质环境复杂的探测区域,人员无法进入,工作无法进行。针对以上两点,超低空航空瞬变电磁法的研究对于航空瞬变电磁法应用领域的拓宽和高效解决实际生产任务有着重要意义。在前人研究的基础上,本文提出了适用于航空瞬变电磁的全域视电阻率定义方法,解决了传统视电阻率定义方法存在的问题。针对超低空航空瞬变电磁法在探测地面浅层方面的优势,本文对地下未爆弹等浅埋深小型异常体模型进行了三维FDTD正演研究,在对异常体电磁场分布特征,衰减曲线等对比的同时,进行航空瞬变电磁全域视电阻率定义,研究超低空航空瞬变电磁法在理论上的可行性。与此同时,以正演数据为基础,利用MATLAB编程语言的中的GUIDE工具进行超低空航空瞬变电磁实时成像软件界面编写,通过对正演数据进行实时成像,为将来生产实践中超低空航空瞬变电磁中进行数据现场采集现场成像做一定的基础。本文从一维航空瞬变电磁正演出发,通过对超低空航空瞬变电磁装置,探测原理,全域视电阻率定义方法等方面的研究,对几个典型的浅层异常体模型进行三维FDTD正演模拟,分析正演计算结果,从理论上证明了超低空航空瞬变电磁的有效以及可靠性。利用MATLAB语言的GUIDE工具编写以正演模型数据为基础的软件界面,实现了超低空航空瞬变电磁法探测的实时成像。
【图文】：

航空电磁系统,直升机

根据测量平台的不同，时间域航空电磁法可以分为固定翼式系统和直升机固定翼式系统由于飞机自身属性，飞行速度快、可承载重量大、功率大等原因能够完成勘探深度大、面积广、地形起伏不大的勘探任务[26,27]。但获得这些优时也丧失了飞行的灵活性。目前的直升机系统在功率上要比固定翼式低，发射圈半径略大，飞行高度也较前者低，，如图 2.1 所示。相比之下，在浅层直升机的优势显而易见，超低空航空瞬变电磁法是在传统的直升机航空瞬变电磁法的做一定的改变，特点是飞行高度更低、发射接收线圈半径更小、发射功率更小层目标体具有更高的空间分辨率。超低空航空瞬变电磁法采用直升机或旋翼机下吊固定有发射和接收线圈的轻质硬架，此系统在继承了传统直升机系统较高机动灵活性的基础上，进一步提高了对浅埋深异常体的探测精度，填补了航空磁在地下浅层空间探测的空白。但直升机系统续航时间短，操作组装较为复杂勘探成本。

示意图,探测原理,示意图,回线

图 2.2 超低空 ATEM 探测原理示意图2.2 超低空航空瞬变电磁一维正演2.2.1 水平圆回线下各向同性水平层状介质的频域电磁场响应[28-32]图 2.3 航空一维层状模型示意图利用多匝回线进行激发和接收是瞬变电磁法常见的工作方式。图 2.3 所示，地下为水平层状介质，地面以上为空气，发射回线半径为a ,发射电流为0I ，发射高度 h ,接收高度为Z ,水平层状介质的电导率依次为1 ，2 ,…n 1 ,n ，每层厚度依次为1H，2H,…n1H ，考虑到问题的对称性，采用柱坐标系，以发射回线圆心
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P631.3

【参考文献】