瞬变电磁法小回线装置浅层探测技术研究

摘要

瞬变电磁法是地球物理勘探的主要技术手段之一，目前已经在矿产探测、石油钻井、地下水探寻、海洋和航空等领域得到了广泛的应用。随着社会经济的发展和城市建设的扩张，人们对工程地质环境等问题越来越关注，因此，近地表高分辨率浅层瞬变电磁探测技术业已成为该领域研究的热门方向。然而由于瞬变电磁探测系统本身存在着一些不足，诸如发射电流存在着关断时间、接收机采样率低以及接收线圈过渡过程等因素，导致瞬变电磁法在浅层探测中存在着盲区。
　　 本文针对瞬变电磁法中心回线方式小回线装置浅层探测技术展开探讨，主要研究了以下内容：
　　 ①基于电路理论，对接收线圈等效电路进行了深入的研究，给出了等效电路阻尼系数与接收线圈分布参数之间的关系以及临界阻尼电阻的计算方法，分析了不同阻尼系数时接收线圈的负阶跃响应特性。
　　 ②分析了非磁性导电体在负斜阶跃激励下的全程瞬变电磁响应信号特征，研究了一次感应电动势及其过渡过程和二次感应电动势及其过渡过程；分析了过渡过程影响下一次场响应、二次场响应与全程瞬变总响应之间的关系，为提取全程瞬变二次场响应信号奠定理论基础。
　　 ③基于均匀半空间负阶跃响应信号，研究了过渡过程对数据处理的影响，给出了阻尼系数对有效采样时刻的影响规律；研究了不同有效接收面积时，视电阻率误差随接收线圈半径的变化趋势，并给出了有效半径随有效接收面积的变化曲线，对工程应用中小回线装置参数的选取有一定的指导意义。
　　 ④研究了发射电流开始关断后一次场、全程瞬变二次场与全程瞬变总场之间的关系，给出了剔除一次场进而获取全程瞬变二次场的流程图，并且验证了剔除一次场以及消除接收线圈过渡过程的影响可提高浅层探测的分辨率和精度。
　　 ⑤研究了基于那比吉安“烟圈”理论的瞬变电磁一维快速反演方法，利用实验室构建的瞬变电磁探测系统，并配合GDP-32多功能接收机，对学校某防空洞进行了探测实验并取得了良好的效果。实验结果显示，在瞬变电磁法浅层探测中，过渡过程及一次场的存在对早期净二次场响应信号影响严重，对采样数据进行处理之后，成像效果变得清晰，浅层探测的分辨率有所提高。结果表明，本文所设计的瞬变电磁探测系统能够探测出防空洞的位置，具备了瞬变电磁浅层探测的基本功能，初步达到了浅层探测目的。