地-井与地-空瞬变电磁联合解释方法研究

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1、分类号:P6310710-2014026024博士学位论文地-井与地-空瞬变电磁联合解释方法研究武军杰导师姓名职称李貅教授申请学位类别工学博士学科专业名称地球探测与信息技术论文提交日期2018年5月20日论文答辩日期2018年6月3日学位授予单位长安大学StudyonJointInterpretationofBoreholeandGround-airborneTEMdataADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：WuJunjieSuperv

2、isor：Prof.LiXiuChang’anUniversity,Xi’an,China摘要国内外矿业实践表明，已开发矿山的深部和外围是发现新矿床、扩大资源储量的重要途径。近年来，各矿业大国都加大了深部寻找大型富矿的地质勘查工作力度，并且取得了重大进展。在国外加拿大、澳大利亚等国，地-井TEM（BoreholeTransientElectromagneticMethod）被广泛地应用于深部找矿勘查中，并取得了许多令世人瞩目的找矿成果。井中瞬变电磁法通常是指在地面发射，利用专用探头在钻孔（井）中接收瞬变

3、电磁响应的装置形式。由于探头深入地下更加接近矿体，能够获得更加可靠的矿体信息。由于井中受近地表的干扰小，且利用钻孔进行探测，接收装置更加接近深部矿体，因而能获得钻孔周围数百米范围内的有用地质信息，从而提高了见矿率和找矿效果。在地面电磁法工作因矿体深度太大，或者受电性干扰因素（如导电覆盖、浅部硫化物、地表矿化地层等）影响大的地区，井中TEM法的优势就更加突出。但是由于井中瞬变电磁理论的复杂性，目前的数据处理解释方法仍以定性和半定量为主，难以满足实际定量化需求。而且，在实际解释推断中单个钻孔信息往往只能指示

4、钻孔附近矿体大致方位，难以提供更加准确的矿体信息，并且依赖于再次打钻才能实施下一次测量和解释推断。为解决以上问题，本论文中提出了利用地-空瞬变电磁法面上数据和钻孔中瞬变电磁数据联合解释的方法。地-空瞬变电磁法是在地面发射，搭载飞行平台在空中接收的一种半航空瞬变电磁方法，能够快速获取目标区域内有效地质信息，其数据具备较高的信噪比，尤其适合在地形复杂之山区开展作业。充分利用地面发射源，同时开展井中和空中TEM数据采集，并进行综合解释，能够同时在纵向和横向上获取更高的分辨能力，从而提高解释的可靠程度。论文中围

5、绕地-井TEM资料解释方法，针对目前数据处理解释中存在的问题开展了相关研究，主要包括发射场源的特性分析、电性源地-井瞬变电磁全域视电阻率定义方法研究、空井联合三分量矢量交会以及基于等效电流环的空井联合快速解释方法。文中给出了地-井、地-空瞬变电磁数值模拟方法，包括全空间一维模型的正演模拟方法和FDTD三维正演模拟方法。对磁性源和电性源地下、空中场的分布特征进行了分析研究，并通过正演模拟来研究均匀半空间瞬变场的空间分布以及一维、三维模型钻孔中的三分量瞬变响应特征。理论模型计算结果表明，相对于磁性发射源，电

6、性发射源系统可以通过加大发射功率，增大辐射面积，具有良好的深部找矿的探测潜力，电性源地-井TEM方法三分量瞬变响应曲线对于电性界面、异常体具有良好的反应。野外实际工作中可以参考文中场源特征分析结果，根据实际情况选择适宜装置开展测量。为研究电性源地-井TEM的解释方法，首先给出了层状介质电偶极子在地下的TEM响应，进而通过电偶极子叠加的方式获得了电性源条件下的TEM响应。利用感应磁场与均匀半空间电阻率的单调关系通过反函数定理进行了全域视电阻率定义。计算结果显示，不同深度测点的视电阻率曲线首支不同，而尾支基

7、本一致。这说明了全域视电阻率是测点周围有限范围内介质的综合反映，所以不同深度测点的视电阻率曲线首支所反映的范围是不同的。文中提出了空井联合矢量交会的方法，同时利用空中和井中数据进行三分量交会。理论模型计算结果表明，空井联合矢量交会结果与理论模型吻合良好，相较于单独地-空或地-井瞬变电磁法具有更高的解释精度。针对磁性发射源，文中提出了基于等效电流环的空井联合解释方法。理论表明受激发的导电体产生的涡旋电流早期分布在边缘或表面，之后向中心位置移动，即涡旋电流可以用不同时刻的等效电流环来等效，早期的电流环反映异

8、常体的边界，晚期的电流环主要反映异常体的中心。因此通过反演不同时刻等效电流环的几何参数，可以获得目标地质体的几何形态和空间参数。而利用等效电流环的场同时拟合空中和井中数据，其反演所获电流环参数更加准确可靠。野外实测资料数据处理解释表明，本文提出的空井联合矢量交会与基于等效电流环的解释方法具有良好的实用性。本文针对磁性源条件下的地-井和地-空瞬变电磁方法，建立了相应的空井联合的解释方法，方法快速、可靠、准确，可以为我国进一步深部找矿提供技术支