阵列源瞬变电磁堤坝探测研究

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1、分类号:P3110710-2015126003硕士学位论文阵列源瞬变电磁堤坝探测研究刘航导师姓名职称李貅教授申请学位类别理学学科专业名称固体地球物理学论文提交日期2018年5月23日论文答辩日期2018年6月1日学位授予单位长安大学ResearchonArraySourceTransientElectromagneticDetectionDamAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuHangSupervisor：Prof.LiXiuChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明

2、本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名

3、：年月日导师签名：年月日摘要近几十年内，为了满足人民生活及社会发展对水资源的需求，我国修建了许多堤坝水库，且堤坝水库总数量早已位居世界前列。但是，我国堤坝质量却不高且存在着数量众多的高危病险堤坝水库，这些病危堤坝水库由于年久失修，疏于管理，已经超负荷运行多年，随时可能出现渗漏，管涌，蚁穴等隐患，且时刻威胁着人民群众的财产及人身安全。随着科学技术的发展，很多学者对堤坝隐患探测进行了研究并将其应用到堤坝隐患探测中，例如高密度电法，核磁共振法等，皆有各自优缺点。目前需要找出一种能够无损，快速，高效且精确的探测方法，对堤坝内部的隐患进行探测，对我国数量众多的堤坝进行彻底

4、的隐患排查和工程修缮。瞬变电磁法作为一种快速、无损的探测方法，使用发射源激发一次场，瞬间关断后接收二次场，已经被广泛应用于矿产勘查，隧道突水突泥超前预报探测，采空区调查，矿井涌水，工程勘察选址等方面。本文主要在前人的研究基础上，将瞬变电磁阵列源引入到堤坝隐患探测方面。分析了阵列源的辐射特性，并对阵列源瞬变电磁探测堤坝隐患进行了模拟，为后期进行装备的制作及现场施工提供了理论支持。阵列源瞬变电磁法是一种体现“复杂发射，复杂接收”理念的电磁勘探方式。“复杂发射”是指，通过改变加载在发射源上的发射波形来获取被探测目标的最佳二次场响应。由于发射波形决定了场的频谱特征，可以

5、通过缩短、延长发射波形的脉宽或者改变发射波形，以此来获得被探测目标体的最佳响应。梯形波是目前瞬变电磁法应用最为广泛的发射波形，通过傅氏变换可知，缩短脉宽时间可以提高发射波形频谱中的高频谐波成分所占百分比，频谱成分中的低频成分的主要作用是增加穿透深度，而高频成分的主要作用是对探测目标的分辨作用。当高频谐波成分增多，就会对探测目标的分辨率大大增强，但是缩短发射波形脉宽会使得发射能量的减小同时也会造成频谱幅值的减小。通过使用阵列源并且增加阵列源规模的方法，可以在不增加发射电流的情况下提高发射源能量，提高频谱幅值，在I保证低频谐波成分不减少的情况下，增加高频谐波成分，提

6、高分辨率，压制噪声提高信噪比。本文通过三维时域有限差分方法模拟堤坝隐患响应，在前人研究的基础上修改了三维时域有限差分在辐射源处的加载方法，实现了阵列源的三维时域有限差分模拟；模拟并对比了不同规模阵列源及发射电流情况下的二次场三分量响应幅值，证实了阵列源可以通过扩大规模来提高响应幅值；模拟并对比了不同深度的河水及不同河水电阻率条件下的阵列源瞬变电磁响应的特征及其电磁场的分布；通过正演坝体渗漏，坝底渗漏，堤坝裂隙渗漏及管涌危害，分析其响应特征及电磁场分布，并发现了衰减电压的y分量较衰减电压的x分量对探测异常体在衰减曲线上显示更加明显。并与回线源对比得出阵列源在管状渗

7、漏隐患下有较好的探测效果。基于三维正演结果，本文所研究的阵列源探测堤坝隐患响应特征会对今后的仪器装备的制作及现场施工给予指导与帮助。关键词：瞬变电磁，阵列源，堤坝隐患，正演模拟IIAbstractInrecentdecades,inordertomeettheneedsofthepeople'slivesandsocialdevelopmentforwaterresources,Chinahasbuiltanumberofembankmentdams,andthetotalnumberofembankmentdamsranksamongthetopinthewo

8、rld.However,