金属干扰环境下矿井瞬变电磁有限元正演模拟研究
朱姣1
姜志海1
殷长春2
邱长凯3
李毛飞1
高兆丰1
1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 徐州 2211162.吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林 长春 1300263.中国地质调查局发展研究中心,北京 100037
摘要：金属干扰一直以来都是影响矿井瞬变电磁探测数据可靠性的关键因素之一.不仅给数据解释带来误判、错判,甚至导致接收信号彻底无效,因此系统研究金属环境下的瞬变电磁响应特征至关重要.可采用三维矢量有限元法实现金属干扰环境下的瞬变电磁正演模拟.利用精细化四面体网格对全空间计算区域进行空间离散,同时引入二阶后退欧拉时间离散格式,将直接求解器MUMPS用于线性方程的求解,最终获得高精度的数值解.在验证算法精度的基础上给出金属干扰环境下的矿井瞬变电磁响应,证明非结构有限元法对交界面电阻率差异巨大、磁导率参数较大的含金属模型依然能够进行较好的模拟.为系统分析金属干扰环境下瞬变电磁响应规律,设计切合实际尺寸的典型块状金属和金属工字钢模型.以精细化四面体网格拟合金属模型界面并提取数值模型的电磁扩散剖面,分析金属体与接收线圈距离及金属体尺寸对响应信号的影响.非结构有限元法数值模拟结果表明:巷道内金属的存在使得电磁场信号产生畸变,感应电动势曲线在晚延时产生异常高值.并且金属体尺寸越大、距离越近,则感应电动势响应幅值更大、影响范围越广,甚至淹没目标含水地质体的信号.可移动的块状金属与连续的工字钢在响应特征上具有相似的规律,因此在工程实践中可通过调整距离等方式对其处理.
关键词：矿井瞬变电磁法金属干扰三维正演模拟矢量有限元全空间
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(42304085)江苏省自然科学基金资助项目(BK20231086)国家自然科学基金(42030806)
论文发表日期：2024-11-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 4578-4589 )
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