基于时域航空电磁法的三维异常体全波形识别方法研究

发布时间：2020-08-21 02:20

【摘要】：矿产资源是国民经济建设的重要支柱,尤其在经济蓬勃发展的今天,资源已经不仅是必备的生产资料,更是各国竞争的有力筹码。我国矿产资源的占有量虽然很大,但是开发情况却不容乐观。随着金属矿资源供需矛盾日益突出,巨大的资源缺口成为长期制约我国经济社会发展的重要因素。在金属矿中,浅部容易发现和识别的矿产越来越少,老矿区周边的新矿、深部矿和隐伏矿成为找矿主体。金属矿勘查的难度急剧增大,传统的勘探技术已经不能满足探测需求,因此,迫切需要研究金属矿勘探的新技术、新方法。而时域航空电磁法作为矿产资源探测的有效方法,也需要进一步的研究和发展。时域航空电磁法的实际工作波形为梯形波,但以往研究的激励波形大多为阶跃波,针对梯形波激励下的全波形电磁响应的研究较少,且并未系统研究全波形响应在三维异常体参数识别方面的应用。本文针对时域航空电磁在全波形响应方面研究的不足,完成了以下工作:1、基于三维有限差分方法,采用不均匀大地网格剖分形式,计算了三维异常体的阶跃波感应电动势,针对高阻、高导模型建立了三维异常体样本库。2、研究了任意波形激励下的全波形卷积算法。本文通过幂指数拟合算法延长阶跃波感应电动势dB/dt,采用离散数值积分法计算阶跃波磁场响应,应用卷积方法算得任意激励波形下的全波形电磁响应。将逐渐改变关断时间的斜阶跃波感应电动势与阶跃波感应电动势进行对比,验证了全波形卷积算法的正确性。3、在计算了梯形波激励下的全波形电磁响应的基础上,分析了关断时间、异常体电导率及深度参数对有源段(即switch-off-time段)及无源段(即off-time段)异常体征分辨率的影响情况。研究发现,关断时间越小,有源段的分辨率较无源段的优势越大,当关断时间为0.05ms时,有源段分辨率较无源段高出245.1%;对高导和高阻模型,有源段的分辨率优于无源段,而且异常体电导率越大,有源段的分辨率优势越明显;对于浅层异常体模型,有源段分辨率优势明显,当深度增加时,有源段优势逐渐减弱,最终二者分辨率趋于一致。4、分别对有源段和无源段电磁响应进行属性提取,并采用逐步回归和主成分回归方法建立关于电导率和深度参数的全样本库回归方程;针对全回归方程精度较低的问题,对识别过程及回归方程进行精度优化;检验结果显示模型精度和校验精度在18%左右,理论检测证明全波形异常体参数识别方法的可行性。5、为检验全波形参数识别方法的实际应用效果,项目组采用时域航空电磁系统,分别在实验室和长春大鹅岛进行了异常环测试实验。室内实验的联合识别结果的相对误差低于20%,长春大鹅岛的室外实验相对误差低于25%。实际测试结果说明全波形异常体参数识别方法是有效的。本文对梯形波激励下的全波形电磁响应及其应用进行了系统研究,并通过实验验证了理论系统的正确性和可操作性,对时域航空电磁探测方法提供了更加完善的理论和方法指导。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.3
【图文】：

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及完全关断后发射线圈会向大地发射及扩散一次磁场，一次磁场在地下遇到良导体会产逡逑生涡流从而激发二次磁场［２．３］。载有地质信息的二次磁场在接收线圈中激发二次感应电逡逑场，最终响应会被机载接收装置采集记录。时域航空电磁法工作原理如图１．１所示［４］。逡逑＂逦接收装]逡逑＿览堘逦逦逡逑一＿邋一ｙ工．二？二＿》、一】〕．飞逡逑—逡逑图１．１时域航空电磁法工作原理示意图逡逑全波形电磁探测方法是指在电流关断期间（即有源段，Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ邋Ｓｗｉｔｃｈ－ｏｆｆ－ｔｉｍｅ，逡逑简称邋ｓｗｉｔｃｈ－ｏｆｆ－ｔｉｍｅ）及电流关断后（即无源段，Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ邋Ｏｆｆ－ｔｉｍｅ，简称邋ｏｆｆ－ｔｉｍｅ）逡逑均记录电磁响应数据，图１．２为梯形激励波示意图。相较于只在电流关断后记录电磁响逡逑应数据，全波形电磁探测不仅能实现前者探测深度大、信号稳定等效果，而且在对高阻、逡逑高导体的检测方面还有显著的优势。逡逑１逡逑

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并建立阶跃波感应电动势（以下简称为阶跃波响应）的样本库。逡逑２．１时域航空三维有限差分方法逡逑基于时域航空电磁探测系统，本文计算的三维地质异常体模型如图２．１所示。模型逡逑参数包括：地质异常体电导率％，深度尺寸围岩电导率（７，发射电流大逡逑小／及波形，发射－接收装置高度／／，发射线圈半径ｒ＆，接收线圈有效面积，发射－逡逑接收装置与异常体水平距离逡逑航空中心方式逡逑发射－接收装置逡逑高逡逑—）逦水平距离度逦邋ｆ逡逑逦ｒ—＊■逦测线逡逑１？＿＿＿嫌１＿逡逑十逦窗７逡逑Ｉ：：：：：：：：：；：：；：；：：：：：：：：：：：：：：逡逑５戒逛兹狨：兕ｈｈｈ戒丨品ｍｉｘ’逡逑图２．１时域航空电磁探测模型示意图逡逑２．１．１三维大地网格剖分及初始时刻逡逑如图２．２所示，采用非均匀剖分方式对大地进行网格划分，可以在精度允许范围内逡逑提高运算速度。剖分后将每个网格体看作Ｙｅｅ氏单位网格，按电场和磁场交替环绕的方逡逑式进行差分迭代［１８，１９］，如图２．３所示。逡逑５逡逑

【参考文献】