水域瞬变电磁法的研究与应用

论文摘要

瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Methods,简称TEM）,是近些年来发展比较迅速的一种电法勘探分支方法,其探测深度大,适应性强,具有灵敏度高、分辨率强,且在野外时仪器轻便,采集数据快速,成本低等诸多优点。在城市建设、交通、水利、环境保护、考古等方面广泛应用,成功地解决了众多的实际问题,有着十分广阔的应用前景,是地球物理勘探领域中的重要方法之一。瞬变电磁法是一种时间域电磁感应法。它是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场,在一次场间歇期间利用同一回线或另一回线来接收感应二次磁场,该二次磁场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳定磁场。就理论基础而言,频率域电磁法和时间域电磁法是相同的,两者都是研究电磁感应二次场的。但是,由于时间域方法是在一次场不存在的情况下观测二次场,其主要的噪声源不同于频率域方法,因此,瞬变电磁法显示出了更多的优点。本论文主要以中国石油工程设计有限公司西南分公司的研究项目“物探技术在穿越工程中的应用”（项目编号:XN10D/WX39）为依托完成的。第一章回顾了瞬变电磁法的发展历程,并简要介绍了水上瞬变电磁法的应用现状;第二、三、四章,介绍了瞬变电磁法的基本理论、特点及野外工作方法,并以一种软件为例,介绍了数据处理方法及流程;第五、六两章主要通过不同的参数对比,进行水上瞬变电磁法的模拟研究,并将瞬变电磁法应用于嘉陵江及涪江两个水上工程实例中,结合地质资料及钻孔资料分析,评价其应用效果;最后为结论。本文的主要研究成果如下:（1）为了对实际的水上瞬变电磁勘探有进一步的研究,采用ATEM-3型瞬变电磁仪,重叠回线工作装置,在水面上分别进行了叠加次数、单匝线圈面积、连接线长短以及多匝线框大小等一系列的装置参数对比模拟试验。经过模拟试验,对TEM仪器装置各种参数的地球物理意义有了更深入的理解,初步探索出适合在野外水上应用瞬变电磁法时的参数设置。（2）在模拟试验的基础上,将瞬变电磁法实际应用于嘉陵江及涪江的水上勘探中。并将勘探结果与钻孔资料及在相同工区进行的地震勘探解释结果对比分在水上工程勘察中取得较好的效果,但TEM应用于水上的方法技术还不是很成熟,仍然存在诸多不完善的地方。（3）总结了瞬变电磁法应用于水上工程勘察的经验及效果,提出了野外水上采集数据、资料处理方法、解释等需要注意的问题。同时也指出了将TEM应用于水上勘探时需要改进及解决的问题,为今后的进一步工作奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 主要研究内容、研究思路及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 水上瞬变电磁法的基本理论
• 2.1 电磁学基本理论
• 2.1.1 时间域和频率域麦克斯韦方程
• 2.1.2 时间域与频率域电磁场关系
• 2.2 时域可控源电磁法（瞬变电磁法）原理
• 2.2.1 瞬变电磁法的基本概念
• 2.2.2 瞬变电磁场的特点
• 2.3 瞬变电磁法的激发场源
• 2.3.1 常用激发场波形及频谱
• 2.3.2 观测信号波形的特征
• 2.3.3 发送波形参数对观测结果的影响
• 2.3.4 关断效应影响的计算
• 2.4 低阻层对瞬变电磁场的屏蔽作用
• 2.4.1 原理
• 2.4.2 时域有限差分法（简称FDTD）简介
• 2.4.3 均匀半空间中低阻异常体的瞬变电磁响应特征
• 2.4.4 低阻覆盖层对瞬变电磁场的屏蔽作用
• 2.5 本章小结
• 第3章 瞬变电磁野外工作方法与技术
• 3.1 回线组合类型
• 3.1.1 主要的回线组合类型
• 3.1.2 剖面曲线特征
• 3.2 选择回线组合类型的影响因素
• 3.2.1 一般准则
• 3.2.2 目的物的参数
• 3.2.3 电磁噪声
• 3.2.4 地质噪声环境
• 3.3 回线边长的选择
• 3.4 接收最早取样时间的选择
• 3.5 本章小结
• 第4章 TEM 数据处理
• 4.1 数据处理准备工作
• 4.2 数据预处理
• 4.3 数据滤波处理
• 4.3.1 无相移数字滤波
• 4.3.2 三点滤波
• 4.3.3 卡尔曼滤波
• 4.3.4 函数拟合
• 4.4 本章小结
• 第5章 TEM 水上模拟试验
• 5.1 叠加次数的对比试验
• 5.2 单匝线圈面积的对比试验
• 5.3 连接线长短的对比试验
• 5.4 多匝线框大小的对比试验
• 5.5 本章小结
• 第6章 水上瞬变电磁勘探工程实例分析
• 6.1 TEM 在嘉陵江穿越工程中的应用
• 6.1.1 工程地质概况
• 6.1.2 野外数据采集
• 6.1.3 数据处理
• 6.1.4 效果分析
• 6.1.5 与其它物探方法的结果对比
• 6.2 TEM 在涪江工程中的应用
• 6.2.1 工程地质概况
• 6.2.2 野外数据采集
• 6.2.3 数据处理
• 6.2.4 效果分析
• 6.2.5 与其它物探方法的结果对比
• 6.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果