隧道超前預報中的固源瞬變電磁正演方法.pdf

1、瞬變電磁法(Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM)是一種人工源時域電磁法，具有探測深度大、橫向分辨率高、低阻響應靈敏以及工作效率高等優(yōu)勢，在礦產(chǎn)勘查、水文地質(zhì)勘察和工程勘察等領域都得到了廣泛的應用。
　　在隧道超前地質(zhì)預報中，瞬變電磁法采用中心回線等動源類裝置，即在隧道掌子面上布置多匝方形或圓形等規(guī)則發(fā)射線框，利用接收回線（或探頭）在發(fā)射線框內(nèi)接收電磁信號，然后沿著掌子面上的測線同時移動發(fā)射

2、線框和接收回線（或探頭）進行逐點觀測。這種工作方式比較簡單，容易解釋，但也存在相應的缺點，比如:探測深度較小、互感干擾較強、覆蓋面小、數(shù)據(jù)量少、不利于整個掌子面的三維成像等。為了改進這些不足，本文提出了一種固源瞬變電磁法隧道超前預報方法。該方法采用定源類裝置，通過設計適合于隧道掌子面輪廓的半圓形不規(guī)則發(fā)射回線，在回線內(nèi)布置多條平行測線進行逐點或多點觀測。這樣一種工作方式可以充分利用隧道掌子面空間，也為日后發(fā)展固源陣列式觀測方法奠定基礎。

3、
　　因固源瞬變電磁法在發(fā)射和接收方式上都做了較大的改動，倘若直接利用現(xiàn)有的中心回線工作裝置正反演方法，其結(jié)果必定會出現(xiàn)較大的誤差甚至錯誤，所以，需要重新建立相應的正反演理論方法。鑒于研究時間限制，加上正演是反演的基礎，本文只針對固源瞬變電磁正演方法開展研究。該研究主要是基于水平電偶極子合成不規(guī)則回線源的方法，建立了均勻?qū)訝罱橘|(zhì)表面接收的固源瞬變電磁響應的理論表達式。采用線性數(shù)字濾波算法，獲得了水平電偶極子的瞬變電磁響應中的Han

4、kel積分和余弦積分，進而可以實現(xiàn)固源瞬變電磁的正演模擬。該正演方法使得瞬變電磁的發(fā)射回線可以不規(guī)則，接收點位置可以放置在回線內(nèi)非中心點位置，可適用于不同掌子面條件下的超前預報。
　　通過對同一模型的固源瞬變電磁正演模擬與傳統(tǒng)中心回線裝置的瞬變電磁模擬結(jié)果對比，初步驗證了固源瞬變電磁正演理論及數(shù)值計算方法的正確性。為了更好地了解固源瞬變電磁正演方法的應用效果和特點，構(gòu)建了三種隧道超前預報典型不良地質(zhì)體的地電模型——充水斷層、裂隙（