详情

原文传递基于线圈电感和磁滞效应压制的固源瞬变电磁隧道超前预报方法

论文题名：	基于线圈电感和磁滞效应压制的固源瞬变电磁隧道超前预报方法
关键词：	隧道超前地质预报;瞬变电磁法;定源回线;电感计算;磁滞响应
摘要：	瞬变电磁法(Transientelectromagneticmethod简称TEM)作为一种地球物理探测方法已被广泛应用于各个研究领域。定源瞬变电磁作为一种常用的阵列形式，具有检测效率高、检测深度大的优点。而常在隧道中应用的定源回线瞬变电磁与传统的大定源瞬变电磁不同，为区分二者，将其称为固源瞬变电磁法。受隧道掌子面所限，以多匝小线圈作为发射线圈，其产生强烈的电磁干扰，尤其在靠近回线边缘时，因发射线圈和接收线圈互感产生的影响尤为明显。因此，在对固源瞬变电磁法测得的数据进行解释时需要先消除其中相关干扰的影响，然后再对非中心点的瞬态数据进行相关解译。　　针对瞬变电磁非中心点二次场响应计算问题，本文首先从瞬变电磁二次场的计算出发，提出了一种直观的瞬变电磁非中心点响应的近似计算方法，用以计算回线内任意点的瞬变电磁响应。在传统的等效导电平面法基础上，建立一种近似模型，在此基础上,推导出发射回线内任意观测位置的瞬变电磁响应的校正公式和校正算法。通过数值模拟进行一维半空间和层状地层的正演验证，结果表明，校正系数可以定量的反映不同时间道下瞬变电磁响应随偏移距的变化规律。　　实际固源瞬变电磁探测过程中，容易受到其他因素的干扰，导致实际探测得到的非中心点瞬态响应出现异常，表现为实际信号变化规律不同于二次场变化规律。针对这一问题，根据以往的探测经验和相关的理论分析，需要结合现场的探测条件和地质信息,进一步对线圈电感的影响和磁滞响应的影响进行压制和去除。分别研究讨论了不同偏移距下，线圈电感和磁滞响应的各自变化规律及其影响因素。然后对添加了电感影响和磁滞响应的瞬变电响应进行了正演计算，讨论了二者对于瞬变电磁响应的干扰，以及总响应随的变化规律。基于对于非中心点响应影响因素的研究，提出基于线圈电感和磁滞效应压制的固源瞬变电磁解释方法。　　通过对不同地质情况的均匀层状地层的实测数据进行噪声消除和二次场校正，处理后的瞬态响应反演结果符合实际地层的钻探情况，且二次场随偏移距的变化规律与理论分析结果一致。最后将本文中方法应用到某隧道实际超前预报工程中，准确圈定了异常体的范围和深度，并通过超前钻探验证了结果，成功预报了掌子面前方的含水溶洞。　　本文的研究首先基于等效导电平面模型，对回线内瞬态响应随偏移距变化的影响因素及其变化规律进行了研究和讨论;然后在此基础上提出了一种校正计算方法，以此用于瞬变电磁法非中心点响应的快速近似解译。最后，在二次场响应变化规律的研究基础上，进一步研究了回线内瞬变电磁响应的影响因素，提出了一种基于线圈电感和磁滞效应压制的固源瞬变电磁解释方法。本文为固源瞬变电磁的进一步研究和数据解释提供了一定的理论依据和基础，同时也可以为瞬变电磁非中心点的正演计算和反演研究提供参考。
作者：	马啸寅
专业：	土木水利
导师：	邱道宏;苏茂鑫
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023