浅层不均匀体大定源瞬变电磁响应分析

【摘要】大定源回线装置广泛应用于地面瞬变电磁法中，是一种非常高效的勘探方式。大定源回线的工作方法是地面铺设较长的发射回线，利用阶跃波发射电流场源激励，发射电流关段瞬间在地下会产生涡旋电流。在一定范围内的发射线圈中心，可观测到由地下不均匀体产生的二次电磁场，随时间的变化按照指数规律衰减，进而通过接收线圈测量得到的异常信号，分析出地下不均匀体的导电特性、体积大小和位置，能够找到地下不均匀体和解决各种地质问题。然而，在野外实验中，采集到的数据中往往出现一些负响应值，不能正确反映地下导体的情况，需对这种负值响应产生的原因进行研究。大多数学者主要从激发极化效应引起衰减曲线中的“符号反转”现象进行研究，并发现在极化率很小的低阻体上能够观测到明显的TEM“反号”现象；而对于集流效应的研究发现，在高阻岩层地区的晚期测道有时也能够观测到负的响应；除此之外，人们从磁效应、位移电流、物理数学公式推导等其他方面也进行了研究，发现这些因素不可能使瞬变电磁响应改变符号。本文主要从TEM的基本理论知识出发，研究地下浅层不均匀体中的感应涡流效应激发产生的瞬态场，使得电磁响应衰减曲线出现正-负-正的现象，导致接收到的瞬变电磁响应曲线出现过零情况。对于大定源回线装置下，地下存在浅层不均匀体时，忽略发射、接收线圈之间一次场的影响，接收到的瞬变电磁响应信号主要包括均匀大地的响应及不均匀体的响应。首先介绍了梯形波发射电流关段之后，中心回线方式下均匀大地的响应，仿真分析了电阻率对均匀大地瞬变电磁响应衰减曲线的影响。其次，对于浅层不均匀体的响应，采用异常线圈的电磁响应衰减曲线进行模拟，理论计算出时间常数不同的不均匀体等效的异常线圈参数模型，并引入梯形波发射方式下，异常线圈产生的瞬变电磁响应表达式，仿真异常线圈的参数与位置不同时，瞬变电磁响应剖面曲线。然后，考虑到接收线圈固有的频率特性，仿真不同阻尼状态下接收到的均匀大地的实际响应。最后，研究了大地电阻率、不均匀体等效的异常线圈参数模型对接收线圈理想响应的影响，及当接收线圈处于不同阻尼状态时，对实际输出响应的影响。通过本文的研究发现，发射、接收采用中心回线方式时，在电阻率比较大的均匀大地中，地下浅层不均匀体的存在导致响应衰减曲线中的过零情况比较明显；由于接收线圈频率特性的影响，使得接收到的理想响应与实际响应衰减曲线存在明显的差异；对于不均匀体等效的异常线圈模型来说，当异常线圈的时间常数、半径、水平位置及埋深深度不同时，对瞬变电磁响应衰减曲线中过零情况的影响也不同。由此说明，受地下不均匀体感应涡流的影响，大定源瞬变电磁响应中可能会出现负响应值。
【作者】杨蒙蒙；
【导师】王言章；林君；
【作者基本信息】吉林大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】大定源回线；梯形波；异常线圈；衰减曲线；负响应值；

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