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物探与化探  2021, Vol. 45 Issue (1): 114-126    DOI: 10.11720/wtyht.2021.1087
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瞬变电磁法感应电压场与B场探测效果的数值计算对比分析
李展辉1(), 杨淼鑫2, 曹学峰1
1.中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083
2.河北地质大学 河北省战略性关键矿产资源重点实验室,河北 石家庄 050031
A numerical study of transient electromagnetic sounding effect using the induced voltage and the B field data
LI Zhan-Hui1(), YANG Miao-Xin2, CAO Xue-Feng1
1. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resources, Beijing 100083, China
2. Hebei Key Laboratory of Strategic Critical Mineral Resources, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China
全文: PDF(7791 KB)   HTML
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摘要 

本文通过一维和三维正演程序分别生成了回线源瞬变电磁法的感应电压场和Bz场数据,并从多个角度对比了二者的探测效果。通过多个模型对比分析了这两种数据在当前主流硬件的数据采集精度下的最长有效延迟时间;通过全时视电导率计算与一维反演对比分析了两种数据的纵向分辨率和横向分辨率。结果表明,在本文采用的仪器精度水平和测量方式下,只有当模型中存在电导率≥0.036 S/m的高导异常体时,Bz场的有效观测延迟时间才可能比感应电压场更长;Bz场相比感应电压场虽然能够提前感知到地下异常体,但是在横向和纵向分辨率以及对异常体电导率的呈现程度上均比感应电压场差。在实际野外测量时,不建议仅开展Bz场测量,而是在有条件情况下,同时采集感应电压场和Bz场,充分利用感应电压场和Bz场各自的优势,达到最佳的探测效果。

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李展辉
杨淼鑫
曹学峰
关键词 瞬变电磁B感应电压视电阻率一维反演分辨率    
Abstract

In this study, the authors compared the loop source transient electromagnetic sounding effect between the induced voltage data and Bz data obtained by one-dimensional and three-dimensional forward modelling. The longest effective delay time of the two types of data under the current data acquisition accuracy of mainstream hardware was analyzed through a comparison of multiple models; the longitudinal and horizontal resolutions of the two types of data were analyzed through a comparison of apparent conductivity and one-dimensional inversion. The results show that, under the data acquisition accuracy presumed in this study, only when an abnormal body with a conductivity ≥ 0.036 S/m exists in the model can the effective delay time of the Bz data be longer than the induced voltage data. Compared with the induced voltage data, the Bz data can sense the underground anomaly in advance, but are worse in longitudinal and horizontal resolutions. The recovery of resistivity by Bz data is also worse than that by the induced voltage data. In the actual field measurement, it is not recommended to record only the Bz field. If conditions are allowed, the induced voltage and the Bz field could be collected simultaneously to obtain an optimized solution.

Key wordstransient electromagnetic method    B field    induced voltage    apparent conductivity    one-dimensional inversion    resolution
收稿日期: 2020-02-26      修回日期: 2020-06-04      出版日期: 2021-02-20
ZTFLH:  P631  
基金资助:国家重点研发计划重大科学仪器设备开发专项课题(2018YFF01013305)
作者简介: 李展辉(1986-),男,博士,2014年毕业于北京大学地球与空间科学学院,主要从事电磁探测方法的理论研究与应用工作。Email:zhanhuipku04@163.com
引用本文:   
李展辉, 杨淼鑫, 曹学峰. 瞬变电磁法感应电压场与B场探测效果的数值计算对比分析[J]. 物探与化探, 2021, 45(1): 114-126.
LI Zhan-Hui, YANG Miao-Xin, CAO Xue-Feng. A numerical study of transient electromagnetic sounding effect using the induced voltage and the B field data. Geophysical and Geochemical Exploration, 2021, 45(1): 114-126.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2021.1087      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2021/V45/I1/114
Fig.1  一维层状模型示意(a)及组成回线源的水平电偶极子AB与接收点C之间的参数R'与参数y'示意(b)
Fig.2  发射线框尺寸以及接收点的相对位置
Fig.3  图2所示发射线框中的发射电流波形
Fig.4  感应电压场和Bz场精度阈值时间随半空间模型电导率的变化
Fig.5  半空间模型电导率为0.036 S/m时感应电压和Bz场随延迟时间的衰减曲线
Fig.6  用于纵向分辨能力测试的高导异常模型示意(a)以及由此生成的100个参与实际计算的模型(b)
Fig.7  针对图6所示模型计算出的感应电压场(a)和Bz场(b)数据剖面
Fig.8  针对图7中感应电压场(a)和Bz场(b)计算得到的全时视电导率拟二维图
Fig.9  图6中模型第三层厚度分别达到58 m(感应电压视电阻率临界厚度)(a)和78 m(Bz视电阻率临界厚度)(b)时对应的感应电压视电导率和Bz场视电导率曲线
Fig.10  针对图7中感应电压场(a)和Bz场(b)反演得到的电导率拟二维剖面
Fig.11  图6中模型第三层厚度分别达到20 m(感应电压反演临界厚度)(a)和80 m(Bz反演临界厚度)(b)时对应的感应电压反演电导率和Bz场反演电导率曲线
Fig.12  用于纵向能力测试的低导异常模型示意(a)以及由此生成的100个参与实际计算的模型(b)
Fig.13  针对图12所示模型计算出的感应电压场(a)和Bz场(b)数据剖面
Fig.14  针对图13中感应电压场(a)和Bz场(b)计算得到的全时视电导率拟二维图
Fig.15  图12中模型第三层厚度分别达到72 m(感应电压视电阻率临界厚度)(a)和90 m(Bz视电阻率临界厚度)(b)时对应的感应电压视电导率和Bz场视电导率曲线
Fig.16  针对图13中感应电压场(a)和Bz场(b)反演得到的电导率拟二维剖面
Fig.17  图12中模型第三层厚度分别达到100 m(感应电压反演临界厚度)(a)和208 m(最后一个模型)(b)时对应的感应电压反演电导率和Bz场反演电导率曲线
Fig.18  用于横向分辨能力测试的三维异常体模型
Fig.19  正演计算中采用的航空瞬变电磁测量系统发射波形(时间零点为电流关断至零的时刻)
Fig.20  针对图18中的模型采用三维正演计算出的感应电压场(a)以及Bz场(b)剖面
Fig.21  针对图20中感应电压数据和Bz数据计算得到的全时视电导率拟二维剖面
a—由感应电压数据计算的全时视电导率拟二维剖面;b—由Bz数据计算的全时视电导率拟二维剖面;c—t=0.01 ms时刻感应电压与Bz场视电导率随水平距离的变化曲线;虚线表示第4、5、6号异常体在x方向的具体位置;蓝色倒三角形和红色倒三角形分别为对应视电阻率曲线的峰值
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