复杂地形条件下深埋地下洞室瞬变电磁法探测模拟实验研究.pdfVIP

复杂地形条件下深埋地下洞室瞬变电磁法 探测的模拟实验研究 韩吉民 王 巍 陈剑杰 (西北核技术研究所西安710024) 摘 要 为深入研究瞬变电磁勘探理论和技术方法的适用性，设计了不同地形条件(凸地形、凹 地形、斜坡以及不同坡度)下深埋地下洞室的探测实验，在满足相似性要求的前提下，通过缩比、 实际物性的模拟，测量得到与实际相同或成比例的响应场。研究了模拟实验方案的设计、实验材 料的准备、模型搭建、实验数据的采集与处理，得出了复杂地形条件下采用不同装置(重叠、中· 心，偶极)的球、柱体的瞬变电磁模拟响应特征。可为复杂地形条件下低阻球、柱体的异常识别 提供理论和数据基础，评估针对地下洞室、采空区的瞬变电磁探测技术的有效性。 关键词 瞬变电磁法 深埋地下洞室 模拟实验 复杂地形 1 引言 瞬变电磁法(TEM)是近年来国内外发展较快、地质效果较好的一种地球物理勘探方法。 它除了具有穿透高阻能力强、人工源随机干扰影响小的特点外，还具有施工方便、工作效率 高等一系列优点。一些简单形状的均匀导体及一维层状地层的瞬变电磁响应可以通过解析方 法得到，大部分的二维和三维地电模型及不同场源上的正反演问题，用解析法求解目前尚不 可能实现。模型模拟实验可以较好地控制实验条件，进行复杂物理问题的理想化，对模型实 验结果进行扩展以接近实际状态，达到更好地解决工作中实际问题的目的。 模拟实验，就是在满足相似性要求的前提下，通过缩比、实际物性的模拟，测量得出与 实际相同或成比例的场值，为异常识别建立模型、掌握针对目标地下洞室异常探测的有效瞬 变电磁技术提供数据基础，得出不同装置探测异常时的有效性和适用性。 2模拟实验原理 2．1 电磁法模拟测试的相似原理[1’2] 从物理意义来说t模型本身就是一个按比例缩小尺度、物性与原型相同的系统。模型研 究是基于电磁相似原理，满足相似性要求条件。在国际标准制中的电磁场表达式为 。 V×E=一乒(aH／at) (1) 式中，E表示电场强度，日表示磁场强度，卢为磁导率。 假设现场的地电参数(电导率口和磁导率卢)为盯和鳓，工作的频率为L，工作的时窗 为t。，则电磁场变化方程为 ～】22— 1 … ‘w州V腑P删1 磐+塑十磐一帆盯。鳓H ya)az三。,2． a2三2( 设缩小模型的地电参数为吒和胁，工作的频率为^，工作的时窗为t。，要保证两种条件 的场相同，必须保持两个方程相同，即方程式为 ‘w”u”P“1 ㈤、u7 a丁：’aj，：。a。： 簧+篆+簧咄属以H 模型系统的体积尺寸与实际原型尺寸的比例关系为1／a，口为缩比因子，即 z。一口矗 y。一ay．2。一舵。或dx。一1／adx。ay。一1／adx。dz。=l／adx。 将上式代入电磁方程(3)进行变换 ㈤”7 簧十笺+簧嘲。以胁去H甜三’a城’az三l…””一口2一 比较公式(2)和公式(4)则得 1 ‰％鳓一％仃。胁去． (5) ccI。％‰口2=％以