矿井瞬变电磁回线源全程瞬变电磁响应研究是一项关于矿井和隧道探测技术的研究,重点是分析和计算矿井中在均匀全空间介质里的方形小回线源所产生的全程瞬变电磁响应。这项研究由陈丁、程久龙等研究人员进行,并以首发论文的形式发表。研究的核心内容包括利用全空间磁偶极子的切向电场和水平圆形回线中心处垂直磁场的理论基础,应用互易原理和积分法推导出全空间任意点处的瞬变电磁响应,并对其结果进行特征分析。
该研究首先对矿井和隧道探测中瞬变电磁法的三种常用观测方式进行了简要介绍:重叠回线、共轴偶极和共面偶极。这些观测方式根据不同的探测需求被用于掘进头或掌子面超前探测以及顶、底板岩层富水性探测。这些探测技术通常使用边长为1.5m或2m的多匝方形回线作为发射线圈。
研究的关键在于没有关于全空间瞬变电磁响应的解析表达式,现有的方法主要是对晚期阶段进行磁偶极子的假设,这样的方法会带来较大的误差,并且无法利用早期和中期的数据信息。本研究尝试弥补这一空白,通过深入分析和建模,将瞬变电磁响应分为早期、中期和晚期三个阶段,详细描述了每个阶段电磁场的变化情况。
研究结果指出,在早期阶段,二次场Bz沿着45度方向向发射框中心传播,垂直磁场的时间导数∂Bz/∂t的传播规律与二次场Bz一致。此外,还发现二次场Bz的传播速度是大于∂Bz/∂t的传播速度。通过对全空间瞬变场磁场Bz及其时间导数∂Bz/∂t的核函数Y(ω)和Y’(ω)特征的深入研究,得到了更多关于全空间瞬变响应的重要发现。
关键词中提及的技术和概念包括瞬变电磁、全空间、全程瞬变响应、渐近展开、龙贝格积分和方形回线源,这些都是电磁探测领域中的重要概念和技术。例如,渐近展开法是求解复杂问题中所使用的一种数学技术,通过渐近方法将复杂函数在某一点附近展开成幂级数,以便于近似计算或分析。龙贝格积分方法则是一种用于数值积分的高效算法,它通过递归的积分过程来提高积分的精度。
研究者陈丁和程久龙的工作不仅有助于改进矿井和隧道探测的技术方法,也对其他相关领域的电磁探测技术有所贡献。研究成果对于提高矿井和隧道的探测精度、安全性和效率具有重要的理论和实际意义。同时,陈丁博士研究生和程久龙教授的工作也得到了国家自然科学基金和高等学校博士学科点专项科研基金的资助,这说明该研究得到了国家层面的重视和支持。