海洋中的天然电磁场及其在海洋地质中的应用

近年来,海洋地球物理已在海洋地质调查中发挥着重要的作用,然而海洋电磁法的研究因受观测技术及仪器发展水平的限制,尚处于实验研究阶段.已发表的研究结果表明,海洋电磁法的研究不仅可用于浅海地质调查(了解大陆架内海海底的沉积层结构及勘探油气和砂矿等),同时也成为研究海底深部构造的有力工具,为全球深部构造研究提供了重要的地电信息.因此,有必要评述近年来海洋电磁学研究的进展,并讨论在海洋地质勘探中应用较为广泛的海洋磁大地电流测深的理论及实验的一些问题.关于开展与此有关的海洋电法勘探研究问题,作者已有另文介绍.     

变速海水运动感应电磁场数值模拟及特征分析

海水是一种高电导率的流体,根据电磁感应定律,运动的海水切割地磁场会在海水中产生感应电流,从而产生感应电磁场。本文从麦克斯韦方程出发,推导出一维速度场海水运动感应电磁场偏微分方程,利用电磁场水平分量在海表面和海底面上的连续性条件,得到海水运动感应电磁场表达式,并编写了Fortran计算程序。计算了常速度海水运动感应电磁场,并与格林函数法计算结果进行了对比,两种方法的计算结果一致。计算了变速度(即海水运动速度随深度变化)海水运动感应电磁场,并讨论了海水运动周期和海底介质电导率对海水运动感应电磁场的影响。计算结果表明:海水运动周期和海底介质电导率对常速度海水运动和变速度海水运动感应电磁场都有影响,但影响程度不同。在本文所述模型和参数条件下,海水运动感应电场和感应磁场振幅分别可达6μV/m和10nT,这与海洋大地电磁响应的量级相当。因而在处理海洋大地电磁数据时,海水运动感应电磁响应是不可忽略的噪音干扰,需要采用必要的压制手段。     

海浪感应电磁场的理论计算

根据麦克斯韦电磁理论,在地磁场中运动的海水将产生感应电磁场。利用一个简单的数学物理模型对感应电磁场在海水内部的分布进行了计算,结果表明海浪产生的电磁场明显依赖于海浪波动的周期及浪高。在100 m的海水深度内,海浪产生的磁感应强度的大小为纳特数量级,而电场强度的大小为几个微伏每米。在同一海水深度处,磁感应强度随海水波动的周期呈现近线性变化,而电场强度的大小有一个极值,该极值随海水深度的增加向长周期方向移动。海浪产生的电磁场是影响海洋电磁探测数据精度的主要噪声之一。     

电磁场作用下油水混合流流动特性研究

电磁分离是处理海洋船舶油污水的一种新方法。为了明晰海洋船舶油污水电磁分离过程，获得油水分离特性，本文采用二维数值模拟和欧拉多相流模型，研究了电磁场作用下油水混合流的流场分布及油相体积分数的变化规律和影响因素。研究结果表明：1）分离通道有效段内，向下的电磁力（洛伦兹力）使海水向下流动，电磁分离力使油珠向上运动；2）分离通道出口上部油相的体积分数随电流密度、磁场强度以及油珠直径的增大而增大，随油污海水入口流速的增大而减小。研究结果为油水混合流电磁分离装置的设计提供了有益的指导。     

利用海浪在地磁场中感生的电磁场研究海浪

海水是一种弱导电介质,当海水在地磁场中运动时,在其内部和周围空间激发感生电磁场。近数十年来,许多学者在海洋电磁场的研究上做了大量工作,对海流、内波和线性波动的感生电磁场给出了解析解。本文通过对表     

水下极低频电磁信号探测中的海流感应电磁噪声压制

水下极低频电磁信号探测在深远海探测领域应用前景广阔,然而极低频电磁信号易受海流运动感应电磁噪声影响,为了拓展极低频电磁探测在海洋中的应用,需要通过信号处理的方式压制噪声,提高信号信噪比。小波分析具有多分辨率分析及时频局部化的优势,适于处理海水运动感应电磁噪声等非平稳信号,本文将海流感应电磁场特征引入小波分析中,基于正演模拟及小波系数分析确定阈值的小波阈值去噪方法压制噪声,利用合成的包含大地电磁信号、海流感应电磁噪声的极低频信号进行实验,并利用南黄海海域电磁信号探测试验数据进行验证。研究结果表明,噪声压制后的极低频信号信噪比明显提高,信号在时频域识别能力得到改善。     

海洋复杂电磁环境模拟试验方法

本项目主要针对船舶工程、海洋电磁环境监测、海洋工程装备电磁兼容性评价的需求,开展各类船舶对复杂电磁环境适应性的研究。针对海洋电磁的强射频和电磁脉冲环境,研制了相应的场发生装置、校验方法和强射频复合     

基于海啸感应电磁场的海啸监测研究与应用现状

早期的海啸监测系统主要依赖地震监测网或海底压力计阵列网,但都存在诸如建设和维护成本高、监测范围有限等问题。对海啸的实际观测和模拟发现,广泛分布的海底电缆能够反映海啸运动产生的感应电磁场,由此发展出了更为便捷和经济的海啸感应电磁场监测方法。本文介绍了海啸感应电磁场的理论推导过程、不同海啸速度模型,以及对不同海底地形类型的海啸感应电磁场解析解的研究进展。对比分析海啸感应电磁场的电压、扰动磁场、矢量电磁场三种海啸电磁监测方法的优缺点后认为,矢量电磁场监测具有测量海啸传播方向的优势,利用矢量电磁测量结合现有的海啸监测系统能更快更准更实时地预警海啸。     

海洋调查中可应用电法吗?

大地电磁法在国内外是行之有效的探测技术,在石油勘探、防灾科学技术及地震监测等方面用处颇大,可补助传统地震波探测的不足或限制。但是,在以往的海洋勘测和调查研究中多用海洋重力、海磁、航磁及广泛采用地震波勘探诸方法,在海洋中电法却长期无用武之地。这是因为,...     

海洋遥感的特点与基础研究

本文评述海洋遥感的特点：动态性，信息对比度小，尺度大，电磁波谱特性与陆地不同。阐述三个方面基础研究：海洋光学研究，     

海洋可控源电磁数据预处理方法研究

海洋可控源电磁法是探测海底油气资源和矿产资源的一种新兴的海洋地球物理勘探方法。本文提出了一套海洋可控源电磁数据预处理方法,包括时频转换和预白处理、时钟漂移补偿、随机噪音估计、叠加窗口选择、方位校正、椭圆极化分析、主轴旋转以及合并航道数据等等,并用实例详细说明了各种处理方法及其应用效果。     

电磁海流计传感器性能的比较

电磁海流计在海洋调查和研究中起着非常重要的作用。当前被广泛应用的电磁海流计的传感器基本采用三种不同的结构形式：球形结构、盘形结构和环形结构。而三种结构形式的传感器具有各自不同的技术参数和性能。文章对不同结构形式电磁海流计传感器的特点进行简要的比较和分析。我们在研制和使用电磁海流计时，应根据不同的设计要求和特定的应用环境和条件，选择适当形式结构的传感器，力求得到良好的结果。     

海洋背景磁场模拟计算及东中国海表层磁场分布

海洋中海水的运动会切割地球磁场,生成微弱的电场,进而在海洋内部和周围空间激发感生电磁场,即约为地球磁场一万至十万分之一的微弱海洋背景磁场.文中针对海洋背景磁场的生成机制及近几十年来对海洋背景磁场的理论研究,结合世界磁场模型WMM2005,模拟计算了三种典型的海洋运动--海浪、海流、内波所产生的感应磁场,建立了海洋背景磁场的数值计算模型,并在此基础上设计开发了海洋背景磁场的模拟计算软件.最后用卫星多传感器资料驱动普林斯顿海洋动力学模式,得到的东中国海2005年海洋表层环流数据,模拟计算了东中国海海表层磁场分布,对其磁场变化与分布规律作了简要分析.     

轻便海流计

海流是海洋水文要素之一,是海洋调查和物理海洋学研究的重要课题。此外,在海洋工程、海上军事活动、海洋渔业以及水产养殖等工作中,也经常需要测定海流的速度和方向。在一般性海洋调查中,主要要求能够简便而迅速地得到相当准确的测量结果。 就测流仪器的发展过程而言,最古老的是漂浮法中使用的浮子,现已发展成雷达或声纳追踪的测流装置。近代的电磁海流计和声学海流计也显示了各自独特的优点。然而,目前应用最广的仍然是机械转子型海流计。因为它们在制造和使用方面仍然比较简单、可靠。     

海上风牧融合的难题与挑战

在海洋战略和清洁能源战略背景下,我国围绕海洋牧场和海上风电开展了规模化建设并取得了巨大成就。但工程成本高昂、海洋生境破碎化和用海冲突等问题日益显著,国内外由此开展了海上风电和海洋牧场融合发展的试点与探索。文章整理分析了国内外相关研究和试点工作,针对海上风牧融合发展的现状以及在经济和政策可行性、选址与规划、鱼种选择、配套设备开发、生态影响评估（噪声、电磁场、底座干扰和重金属迁移等）等方面的难题与挑战提出建议。     

机载超低频雷达探测海洋内波

机载超低频雷达探测海洋内波是海洋内波探测的新方法。海洋内波使海水电导率垂向分布发生扰动,当雷达发射的电磁波探测信号传播到内波扰动界面,电磁信号发生反射,部分反射信号再次穿透海面传播到空气中并被天线捕捉,雷达系统通过处理内波界面处的反射信号并抑制海面的反射信号实现对海洋内波的探测。根据麦克斯韦方程和海水的物理性质,推导出超低频电磁波在海水中的传播特性,研究海水温度、盐度变化对海水电导率的影响,根据KDV方程解和垂向特征函数解构造了海洋内波垂向结构,仿真了雷达接收到的海表面处、内波界面处的反射信号及其延迟时间,仿真结果表明,可以使用该方法探测海洋内波。     

时间域可控源电磁法探测海底天然气水合物可行性分析北大核心CSCD

海底天然气水合物储层和低阻沉积围岩之间存在明显的电阻率差异,观测这种电阻率差异所产生的电磁异常,有可能确定天然气水合物的分布范围和饱和度。通过建立不同孔隙度和天然气水合物饱和度的一维地电模型,分析时间域海洋可控源电磁(CSEM)响应和有效异常的特征,探讨时间域海洋CSEM法探测海底天然气水合物的可行性。     

时间域可控源电磁法探测海底天然气水合物可行性分析

海底天然气水合物储层和低阻沉积围岩之间存在明显的电阻率差异,观测这种电阻率差异所产生的电磁异常,有可能确定天然气水合物的分布范围和饱和度。通过建立不同孔隙度和天然气水合物饱和度的一维地电模型,分析时间域海洋可控源电磁(CSEM)响应和有效异常的特征,探讨时间域海洋CSEM法探测海底天然气水合物的可行性。     

可控源电磁发射系统运行参数实时监测技术

海洋可控源电磁(MCSEM)是应用地球物理方法探测海底油气资源的新方法,由于海上工作环境的特殊性,监测甲板温度、湿度以及船上装备的相关参数对安全、有效生产意义重大。基于对MCSEM生产工作和甲板工作模式的研究,设计了一套适用于MCSEM工作的甲板监控系统开发方法。主要是基于.NET Framework类库,应用C#和C++语言进行了监控软件的研发,设计了软件的网络结构、数据存储和用户界面,综合运用了Socket网络编程技术、多线程技术、ADO.NET数据库技术以及GDI+和OSG结合的显示技术,较好地实现了海洋可控源电磁勘探生产过程的监控。     

基于麦克斯韦理论的海底大地电磁探测技术

麦克斯韦理论为海底大地电磁探测技术奠定了坚实基础。大地电磁场的测量通常测取Ex，Ey，Hx，Hy,Hz。大地电磁仪的设计要点包括：高灵敏度、智能化、同步采集数据、锚系硬连接、承压密封和合理的下沉速度所观测的数据经计算机处理后，可获得被测海域的地球物理信息。