Kết hợp đảo ngược và ứng dụng của DC và TEM toàn miền với Tối ưu hóa bầy đàn hạt

Geofisica pura e applicata - Tập 179 - Trang 371-383 - 2021
Yi Dong1, Jiulong Cheng1, Haijun Xie2, Fei Li3, Junjie Xue1, Laifu Wen4, Zhi Chen1, Junjun Jiao1
1State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, China University of Mining and Technology, Beijing, China
2College of Geology and Environment, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an, China
3Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control, North China Institute of Science and Technology, Beijing, China
4Hebei University of Engineering, Handan, China

Tóm tắt

Dữ liệu từ phương pháp điện từ tạm thời (TEM) bị ảnh hưởng bởi "hiệu ứng tắt" có thể tác động đến kết quả đảo ngược của nó và do đó có thể ảnh hưởng đến kết quả đảo ngược chung của dòng điện trực tiếp (DC) và TEM. Trong nghiên cứu này, các quy luật về kết quả đảo ngược của dữ liệu TEM bị ảnh hưởng bởi "hiệu ứng tắt" được tóm tắt, và tính cần thiết của việc đảo ngược TEM toàn miền được chứng minh. Dữ liệu tổng hợp từ DC và TEM bị ảnh hưởng bởi "hiệu ứng tắt" được sử dụng để kiểm tra tác động của việc đảo ngược chung giữa DC và TEM toàn miền, và kết quả được so sánh với phương pháp đơn lẻ. Tiếp theo, đảo ngược chung được áp dụng vào dữ liệu thực địa để phát hiện độ phong phú của nước trong các loại đá phong hóa, và các dị thường được phân định được xác định là chính xác và đáng tin cậy qua xác minh bằng lỗ khoan. Kết quả từ việc đảo ngược chung giữa DC và TEM bị ảnh hưởng đáng kể bởi dữ liệu TEM chịu ảnh hưởng của "hiệu ứng tắt", điều này gây hại cho việc diễn giải tinh vi. Tuy nhiên, ảnh hưởng của "hiệu ứng tắt" được giảm thiểu hiệu quả nhờ việc đảo ngược chung giữa DC và TEM toàn miền, và độ chính xác của kết quả đảo ngược chung cao hơn so với từng phương pháp. Tóm lại, việc đảo ngược chung giữa DC và TEM toàn miền được chứng minh là cần thiết để thực hiện xử lý và diễn giải tinh vi cho độ phong phú của nước trong các loại đá phong hóa.

Từ khóa

#Đảo ngược chung #TEM #hiệu ứng tắt #dòng điện trực tiếp #phân tích dữ liệu #tối ưu hóa bầy đàn

Tài liệu tham khảo

Albouy, Y., Andrieux, P., Rakotondrasoa, G., Ritz, M., Descloitres, M., Join, J. L., & Rasolomanana, E. (2001). Mapping coastal aquifers by joint inversion of DC and TEM soundings-three case histories. Ground Water, 39(1), 87–97. Ardali, A. S., Tezkan, B., & Gürer, A. (2018). On the salt water intrusion into the Durusu lake, Istanbul: A joint central loop TEM and multi-electrode ERT field survey. Pure and Applied Geophysics, 175(8), 3037–3050. Chen, K., Xue, G. Q., Chen, W. Y., Zhou, N. N., & Li, H. (2019). Fine and quantitative evaluations of the water volumes in an aquifer above the coal seam roof, based on TEM. Mine Water and the Environment, 38(1), 49–59. Chen, M. S., & Xu, Y. C. (2017). Suitable algorithm of transient electromagnetic turn-off effects and whole-stage apparent resistivity. Coal Geology and Exploration, 45(4), 131–134. in Chinese. Chen, X. B., Zhao, G. Z., Tang, J., Zhan, Y., & Wang, J. J. (2005). An adaptive regularized inversion algorithm for magnetotelluric data. Chinese Journal of Geophysics, 48(4), 937–946. in Chinese. Cheng, J. L., Li, F., Peng, S. P., Sun, X. Y., Zheng, J., & Jia, J. Z. (2015). Joint inversion of TEM and DC in roadway advanced detection based on particle swarm optimization. Journal of Applied Geophysics, 123, 30–35. Cheng, J. L., Li, M. X., Xiao, Y. L., Sun, X. Y., & Chen, D. (2014). Study on particle swarm optimization inversion of mine transient electromagnetic method in whole-space. Chinese Journal of Geophysics, 57(10), 3478–3484. in Chinese. Constable, S. C., Parker, R., & l., & Constable, G. C. (1987). Occam’s inversion: A practical algorithm for generating smooth models from electromagnetic sounding data. Geophysics, 52(3), 289–300. Demirci, I., Gundogdu, N. Y., Candansayar, M. E., Soupios, P., Vafidis, A., & Arslan, H. (2020). Determination and evaluation of saltwater intrusion on bafra plain: Joint interpretation of geophysical, hydrogeological and hydrochemical data. Pure and Applied Geophysics, 177, 5621–5640. Dong, Y. (2017). Study on all time apparent resistivity calculation of transient electromagnetic method. Chapter 4. Master thesis, Xi’an University of Science and Technology. (in Chinese). Dong, Y., Cheng, J. L., Xue, J. J., Wen, L. F., Chen, T., Wang, H. J., Chen, Z., & Tian, C. X. (2021). Research on pseudo-2D joint inversion of TEM and CSAMT based on well log constraint. Journal Environment and Engineering Geophysics, 26(1), 61–70. Farzamian, M., Ribeiro, J. A., Khalil, M. A., Santos, F. A. M., Kashkouli, M. F., Bortolozo, C. A., & Mendonca, J. L. (2019). Application of transient electromagnetic and audio-magnetotelluric methods for imaging the monte real aquifer in Portugal. Pure and Applied Geophysics, 176, 719–735. Fitterman, D. V., & Anderson, W. L. (1987). Effect of transmitter turn-off time on transient soundings. Geoexploration, 24(2), 131–146. Gao, J., & Zhang, H. J. (2016). Two-dimensional joint inversion of seismic velocity and electrical resistivity using seismic travel times and full channel electrical measurements based on alternating cross-gradient structural constraint. Chinese Journal of Geophysics, 59(11), 4310–4322. in Chinese. Godio, A., & Santilano, A. (2018). On the optimization of electromagnetic geophysical data: Application of the PSO algorithm. Journal of Applied Geophysics, 148, 163–174. Martínez-Moreno, F. J., Monteiro-Santos, F. A., Bernardo, I., Farzamian, M., Nascimento, C., Fernandes, J., Casal, B., & Ribeiro, J. A. (2017). Identifying seawater intrusion in coastal areas by means of 1D and quasi-2D joint inversion of TDEM and VES data. Journal of Hydrology, 552, 609–619. Massoud, U., Qady, G. E., Metwaly, M., & Santos, F. (2009). Delineation of shallow subsurface structure by azimuthal resistivity sounding and joint inversion of VES-TEM data: Case study near Lake Qaroun, El Fayoum, Egypt. Pure of Applied Geophysics, 166, 701–719. Pace, F., Godio, A., Santilano, A., & Comina, C. (2019). Joint optimization of geophysical data using multi-objective swarm intelligence. Geophysical Journal International, 218, 1502–1521. Pace, F., Santilano, A., & Godio, A. (2019). Particle swarm optimization of 2D magnetotelluric data. Geophysics, 84(3), E125–E141. Raiche, A. P. (1984). The effect of ramp function turn-off on the TEM response of layered earth. Exploration Geophysics, 15(1), 37–41. Raiche, A. P., Jupp, D. L. B., Rutter, H., & Vozoff, K. (1985). The joint use of coincident loop transient electromagnetic and Schlumberger sounding to resolve layered structures. Geophysics, 50(10), 1618–1627. Rajab, J. S. A., & El-Naqa, A. R. (2013). Mapping groundwater salinization using transient electromagnetic and direct current resistivity methods in Azraq Basin, Jordan. Geophysics, 78(2), B89–B101. Santilano, A., Godio, A., & Manzella, A. (2018). Particle swarm optimization for simultaneous analysis of magnetotelluric (MT) and time domain EM (TDEM) data. Geophysics, 83(3), 151–159. Santos, F. A. M., & El-Kaliouby, H. M. (2010). Comparative study of local versus global methods for 1D joint inversion of direct current resistivity and time-domain electromagnetic data. Near Surface Geophysics, 8(2), 135–143. Shi, Z., Liu, L., Xiao, P., Geng, Z., Liu, F. B., & Fang, G. Y. (2018). Simulation and analysis of the effect of ungrounded rectangular loop distributed parameters on TEM response. Journal of Applied Geophysics, 149, 105–113. Sun, H. F., Li, X., Li, S. C., Qi, Z. P., Wang, W. P., Su, M. X., Xue, Y. G., & Liu, B. (2013). Three-dimensional FDTD modelling of TEM excited by a loop source considering ramp time. Chinese Journal of Geophysics, 56(3), 1049–1046. in Chinese. Wang, P., Wang, Q., Wang, Y., & Wang, C. (2021). Detection of abandoned coal mine goaf in China’s ordos basin using the transient electromagnetic method. Mine Water and the Environment, 40, 415–425. Wang, P., Yao, W. H., Guo, J. L., Su, C., Wang, Q., Wang, Y., Zhang, B. W., & Wang, C. (2021). Detection of shallow buried water-filled goafs using the fixed-loop transient electromagnetic method: A case study in Shaanxi, China. Pure and Applied Geophysics, 178, 529–544. Xie, H. J., Li, J., Dong, Y., Li, G. Y., & Han, Z. H. (2021). Fast fisher discrimination of water-rich burnt rock based on DC electrical sounding data. Mine Water and the Environment, 40, 539–546. Xue, G., & Q., Hou, D. Y., & Qiu, W. Z. (2018). Identification of double-layered water filled zones using TEM: A case study in China. Journal Environment and Engineering Geophysics, 23(3), 297–304. Yang, C. H., Tong, L. T., & Huang, C. F. (1999). Combined application of DC and TEM to sea-water intrusion mapping. Geophysics, 64(2), 417–425.