二维地质体的瞬变电磁响应特征.pdfVIP

维普资讯 23(2)：252～256 地 震 地 质 V0l+23 NO 2 2001年 6月 SEISM OLOGY AND GEOLOGY June，2001 二维地质体 的瞬变 电磁场 响应特征 陈明生” 闫 述 石显新” 解海军 1)煤炭科学研究 总院西 安分院 ，西安 710054 2)西安文通大学电子与信息工程学院，西安 710049 摘 要 直接从时间域 出发，应用时域有限差分方法 (FDTD)分析地下和地面 的瞬变响应 由 于二维情况便于 图形表示 ，采取 了线源二维地 电模 型。通过对二层均匀地 电结构和含二维低 阻体时 地面垂直感生 电动势 曲线 的计算 ，说 明瞬变场响应有滞后现象 ，即异常地质体一旦引起 瞬变响应 ，就 会往后延时 ，并使响应延续较长时间。在实际的工程勘察 中，曾用 3～5ms 后的延迟 时间探测过较 溲的异常体 ，如 20m 至 150m深度范围内的地下老窑采 空区，并取得 了较好 的探测效 果，上述数字模 拟结果为 以往的实践 提供 了理论依据 。 关键词 瞬变 电磁场 时域有 限差分 扩散 滞后 1 引言 瞬变电磁法是通过接地 电极或不接地 回线通 以脉冲 电流 ，而在地下建立起一次脉冲磁场， 并在一次磁场间歇期间 ，在时域接受感应的二次电磁场。由于早期信号反映浅部地 电断面 ，晚 期信号反映较深部的地 电断面 ，由此可达到测深 的 目的。 对于瞬变 电磁法 的测深原理 ．Nabighian(1979)以 “烟圈”效应形象地加 以阐明：地表接受 的 二次 电磁场是地下感应涡流产生 的，其涡流 以等效 电流环 向下并 向外扩散 ，形如 “烟 圈”。随着 时间的推移 ，“烟圈”的传播与分布将受到地下介质 的影 响 ，这就是瞬变 电磁法探测地下地质情 况 的简单原理 。 以往对于瞬变电磁场信号的分析 ，大多先从频率域 出发 ，导 出水平分层大地上接收线 圈中 的感生 电动势 ，然后再用拉 氏变换转换到时问域 。本文直接从时间域 出发 ，应用时域有 限差分 方法 (FDTD)(Oristaglioetal，1984)分析地下 和地面 的瞬变 响应 。由于二维情况便于 图形表 示 ，我们采取 了线源二维地 电断面 的模型进行计算 。首先 由无源 Maxwell方程可导 出似稳 电场 的扩散 方程 ： V2E( )一 (r) (r) ： 0 (1) (1)为矢量扩散方程 ，进一步简化为沿走 向方 向电场的标量扩散方程 02E a E 8E … 一 Oz2 ,ua万 在直角坐标系下将求解空问剖分成矩形 网格 ，构成五点差分格式 (李荣华等 ，1984)，进一步 * 国家 自然科学基金项 目资助 。 维普资讯 2期 陈明生等 ：二维地质体 的瞬变 电磁场响应特征 253 推得离散差分方程 ，给 出边界条件 ，进行有 限差分计算 。在计算 中，源作为初始条件 引人 ，为 了 处理地表上 的边界条件 ，还用到 了快速 Fourier变换 和三次样条插值。本文主要对一些计算结 果作简要