三维复电阻率模型电磁场正演模拟研究

复电阻率法是上世纪70年代发展起来的一种激电分支方法,自提出伊始就受到了国内外学者的广泛关注.很多学者开展了复电阻率电磁场正演计算,但缺少对正演结果的深入分析.本文采用体积分方程法,进行了复电阻率模型的正演模拟,通过对正演结果分析,得出三维复电阻率体的电磁响应是由累积电荷,电磁感应和激电效应共同产生的,并总结了三种效应的电磁响应规律,为准确分析异常提供了依据.     

水平多层大地上垂直磁偶极频率测深的全波视电阻率

本文根据视电阻率定义的原则,以及用不同的场量定义的视电阻率效果不同这一事实,提出一种新的全波视电阻率定义.在全区同时用均匀大地上电磁场的三个分量来分区定义祝电阻率.在远区视电阻率由磁场的水平分量求出,在近区由磁场的垂直分量或其实分量定义,而在过渡区则由电场的水平分量确定.用这种方法定义的视电阻率为电磁响应的单值函数,它随频率变化的曲线显著改善,能直观地反映地层电阻率随深度的变化,数值比较接近地层的真电阻率值,假极值效应明显压低.在计算中用切比雪夫多项式分段拟合均匀大地电磁响应的反函数,并给出一套系数,由此算出的视电阻率误差小于1％.     

三维电磁模拟技术及其在频率测深法中应用

利用现有的并矢格林函数和积分方程理论对轴向频率测深三维问题进行正演模拟，并讨论其精度．三维良导体或高阻体的存在对频率测深电场分量Ｅ_ｘ定义的视电阻率响应（振幅、相位）分布特征的影响各有其特殊的规律性．选择测量电极中心作为频率测深三维问题正演计算结果的记录点，既使视电阻率响应在异常体正上方获得最大异常，同时又使正演计算的拟断面图的异常分布与异常体之间有很好的对应关系．     

三维电磁模拟技术及其在频率测深法中应用

利用现有的并矢格林函数和积分方程理论对轴向频率测深三维问题进行正演模拟，并讨论其精度．三维良导体或高阻体的存在对频率测深电场分量Ｅｘ定义的视电阻率响应（振幅、相位）分布特征的影响各有其特殊的规律性．选择测量电极中心作为频率测深三维问题正演计算结果的记录点，既使视电阻率响应在异常体正上方获得最大异常，同时又使正演计算的拟断面图的异常分布与异常体之间有很好的对应关系．     

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律.结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常.     

CSAMT全区电阻率法数值模拟及应用探讨

常规的可控源电磁法理论在计算视电阻率公式上,多半采用其电磁场的渐近特征,难以直接反映全区视电阻率的值,及直观地显现地下介质的地质构造.文中采用水平偶极子激发的电磁场,提出了电场的全区精确表达式,直接计算出大地电阻率.利用汉克尔数值滤波算法和逆样条插值算法对水平层状电磁场进行正演计算,并与计算的卡尼亚视电阻率的对比和野外试验结果表明：该方法的结果在远区等价卡尼亚电阻率,在近区和过渡带则明显地改善了卡尼亚电阻率的非波场区场畸变,从而能更好地接近基底的真电阻率,更形象地反映了地下介质的垂向电性变化.     

电性双极源频率域全区视电阻率的计算及应用效果研究

研究了一种能够快速、准确、稳定的计算电性双极源频率域全区视电阻率的方法并分析了应用效果.首先研究了均匀半空间上双极源频率域电磁场和大地电阻率的关系,得到电场水平方向分量(E_x)、阻抗(Z_(xy))是大地电阻率单调递增函数的结论,结合二分法的思想,把求取全区视电阻率的过程当作一个用二分法对非线性方程求根的过程,利用二分法对理论模型数据计算了E_x和Z_(xy)定义的全区视电阻率,并与卡尼亚视电阻率进行了对比,结果表明计算得到的全区视电阻率不受过渡带影响,较真实客观的反映了地电断面的电性变化;对理论数据加入随机噪声后,E_x定义的全区视电阻率对干扰的抑制最大,Zxy定义的全区视电阻率及卡尼亚视电阻率对干扰的抑制较弱.对某工区实测CSAMT和AMT数据处理结果表明,全区视电阻率对CSAMT方法的非平面波效应有很好的改善作用,利用CSAMT全区视电阻率探测1 km范围以内的地质构造具有分辨率高、保真度高、不受过渡带和近区场影响的特点,证明CSAMT全区视电阻率方法可进行大深度第二空间找矿勘探的结论.     

基于Cole-Cole模型的中间极化水平层大地电磁IP效应研究

利用Cole-Cole模型的复电阻率公式表征的介质激电效应,对一维层状介质O型、H型、A型、K型和Q型地电断面中间极化的大地电磁模型进行了正演计算.利用视电阻率比值和相位比值参数来表征IP效应,详细讨论了各地电类型的激发极化效应.对大地电磁场激发极化效应与极化体厚度和埋深的关系进行了讨论.     

含激电效应的CSAMT一维正演研究

地电体对频率域电磁波激发源的响应为电磁感应和激电效应的综合响应.传统CSAMT法进行数据正反演时认为大地介质电阻率是与频率无关的实数,而实际上因为激电效应,地下可极化体的电阻率是一个与频率相关的复数.为推进二者总体响应研究,并扩展激电法的应用范围,同时提高电磁法勘探的精度,本文基于Dias模型,以复电阻率代替不考虑地电体极化效应的直流电阻率,对CSAMT场源一维层状模型进行了正演模拟,为提取CSAMT信号中所含激电信息提供理论基础.结果表明,考虑激电参数后,视电阻率及相位响应曲线出现明显异常（包括远场、过渡场、近场）;极化前后振幅比值异常峰值、相位差值异常峰值可直观体现激电异常;异常峰值与极化层层厚、埋深以及电阻率变化有连续的对应关系.认为从频率域电磁法信号中提取激电信息有乐观的前景.     

有限元直接迭代算法及其在线源频率域电磁响应计算中的应用

采用有限元直接迭代算法实现了线源频率域测深电磁响应的二维正演计算. 首先给出了线源正演问题的有限元直接迭代格式,然后由迭代法进行求解. 在处理奇异源问题上,采用向内递推的组合网格技巧,在源点附近可进行局部加密,并实现粗细网格的对接,从而较好地解决了奇异源附近的计算问题. 还提出一种迭代求取全区视电阻率的方法,避免了远近区的划分. 通过对均匀半空间、层状介质和二维模型电磁响应的计算,获得了与大地电磁测深相似的视电阻率曲线,验证了算法的正确性;通过对计算结果的分析,在理论上说明了线源频率域近区测深的可行性.     

大地电磁测深中相位微分的研究

大地电磁测深研究中,长期以来使用视电阻率和相位作为解释参数,但视电阻率和相位均存在一定的局限性。本文从理论上研究了相位微分的性质,探讨了Bostick电阻率和Cagniard电阻率同相位微分之间的关系,通过实例说明了相位微分的使用方法。结果表明,一维和二维TM模式的相位微分是一个很好的参数,对H型模型和A型模型都能得到较准确的地质体参数。     

层状介质二维电阻率扰动反演方法

为解决考古、工程地质和地下水污染勘查中某些探测靶体与周围介质间电性差异不大的地质问题,本文提出了层状介质背景下二维电阻率扰动反演方法．根据观测得到的背景剖面视电阻率断面,确定出背景场的电性层结构,利用电阻率扰动方法计算出敏感矩阵,通过广义逆矩阵法求解出电阻率的增量．在商丘地下夯土城墙的应用表明,该方法有效地抑制了夯土城墙的旁侧效应和地下水噪声的影响,揭示出地下夯土城墙的埋深与几何形态．     

3D DEMAP数值模拟与观测实验

为推动电磁剖面(EMAP)技术向找矿勘探领域发展,本文针对密集阵列剖面(DEMAP)测量方式,利用三维积分方程法对层状介质中赋存三维地质异常体的电性结构进行了数值模拟,并在青海野马泉铁锌矿集区西部进行了大地电磁(MT)与DEMAP的野外对比观测实验.数值模拟结果显示,DEMAP观测方式获得的结果受偏移距影响,造成的视电阻率和相位误差与偏移距大小和地下电性结构的复杂性密切相关,但在整体上,统计误差≤10%.通过对野马泉矿集区的实验结果分析可得,DEMAP与MT的视电阻率断面和相位断面具有较好的一致性.本文从理论和实验上都表明DEMAP观测技术是一种有潜力的、经济、快速、有效的找矿手段.     

Advances in the combined interpretation of seismics with magnetotellurics1

Five examples, obtained during exploration for hydrocarbons in the Pannonian Basin of Hungary, are used to show how the interpretation of seismic sections can be usefully complemented by results from MT surveys. Selection of the most appropriate MT quantities, considered to be proper ‘MT attributes’ for the purpose of visualization as well as recognition of the subsurface structures and the different inversions of MT data is essential for practical integration of seismic and MT surveys. A new technique providing a semiquantitive MT-attribute pseudosection for the purpose of visualization of the subsurface structures is proposed. The procedure utilizes derivative functions of the phase of MT impedance for visualization and derives estimated depths from the Bostick transformation of Cagniard apparent resistivities. On the basis of the MT-attribute pseudosections, constructed from the phase derivatives and transformed resistivity data, depths are estimated for interfaces between geological formations with significant resistivity contrast. In particular examples, the interface between the Tertiary sediments and the older basement rocks as well as tectonic fracture zones with decreased resistivity can be resolved.     

反应位移法抗震设计中地基弹簧系数取值的探讨

随着城市轨道交通工程抗震性能越来越受到关注,反应位移法作为一种简捷的抗震设计方法被大量应用于地下结构抗震设计中。地基弹簧系数的确定方法是反应位移法抗震设计中最为重要的因素之一,本文选取试验法、李英民法、MIDAS法和有限元法,结合北京典型地层,对比分析这四种方法地基弹簧系数取值对地下结构的弯矩、轴力和剪力的影响规律。结果表明:(1)在反应位移法计算中,地基弹簧系数取值对结构内力响应具有重要影响,对结构轴力和剪力的影响较大,而对于弯矩的影响相对较小;(2)地基弹簧系数获取方法优选试验法,在无地勘资料情况下,经验公式和有限元法可作为备选方法;(3)综合考虑四种不同地基弹簧系数确定方法对结构内力影响程度,为保证结构设计的安全性,可对试验法下结构内力进行系数修正,修正系数建议值为1.10。     

利用大地电磁资料对玄武岩成像的可行性

The magnetotelluric （MT） method has been among the favorite supporting tools for seismic imaging of sub-salt and sub-basalt targets. In this paper we present an example from Kachchh, India （where basaltic rocks overlie Mesozoic sedimentary rocks）, and discuss the feasibility of using MT method as an exploration tool in this geological setting. Our results highlight the difference in magnetotelluric response caused by the thin intrabasalt layering. The key issue addressed in this paper is what MT can and cannot provide in such geological settings. First, we compute apparent resistivity and phase response curves using representative resistivity-depth models and borehole data from the study area. Later, we compare these results to assess the plausibility of using MT to image the sub-volcanic sediments at Kachchh. Finally, we substantiate our discussion through one-dimensional inversion of the field observed MT data from this region that exhibits poor sensitivity of MT for thin basalt layers.     

海岸效应对近海地区大地电磁测深数据畸变作用研究

在近海地区采集的大地电磁测深数据通常受到海岸效应的影响,使得大地电磁测深数据发生畸变,因而很难利用大地电磁测深资料较为可靠地获得地下深部的电性结构.本文通过正演模拟方法,分析和总结海水深度变化和海底地形变化对近海地区大地电磁测深数据的畸变影响.当测区与海岸线的距离小于目标频率的大地电磁场趋肤深度时,高导海洋的存在会严重影响测区内电磁场的分布.由于海岸效应的影响,大地电磁测深视电阻率曲线和相位曲线均会发生不同程度的畸变,在低频部分,这种畸变作用尤为明显.大地电磁测深一维Occam反演方法和二维非线性共轭梯度反演方法,对近海地区浅部地层具有较好的反演效果.随着海水深度的增加和海底地形的复杂变化,两种反演方法均会出现不同程度的假异常,为地质解释工作造成了影响.近渤海地区的实测大地电磁测深数据在低频部分可能受到海岸效应的影响而导致视电阻率曲线的严重畸变.     

二维大地电磁各向异性参数对视电阻率的影响研究

大地电磁法是广泛应用于深部地质结构探测、油气和矿产资源勘查等领域的一种地球物理方法.电性各向异性对电磁观测数据有很大影响,但介质各向异性参数对不同模式视电阻率的影响还较少有较为系统的研究.本文基于Maxwell方程组,推导了二维大地电磁场在任意各向异性介质中电场和磁场相互耦合的变分方程,结合有限单元法及并行计算编写了二维大地电磁任意各向异性正演程序,采用三角形网格剖分.验证程序正确性后,以倾斜板状体作为模型来研究三个主轴电阻率及三个旋转欧拉角和四种模式的视电阻率之间的关系.结果表明,主轴各向异性时,xy模式视电阻率几乎只受x方向电阻率影响,yx模式视电阻率主要受y方向电阻率影响,但同时也受z方向电阻率一定影响;三个欧拉角中只有倾角不为零时,yx模式视电阻率受倾角大小的影响较大,xy模式视电阻率几乎不受倾角的影响;只有走向角不为零时,四种模式的视电阻率同时受x、y两个主轴电阻率和走向角的大小的影响.     

地震作用下横断层地质金属成矿带电法找矿成果研究

深部矿产资源勘探是未来勘探的必然趋势.地震作用下的横断层地质构造对金属矿、 能源矿等矿产资源的分布具有重要影响,拥有较大的找矿潜力.对于地震作用下横断层地质等条件复杂的场合,采用高密度电阻率法、 激发极化法和可控源音频大地电磁法等单一电法勘探可能存在找矿效果不佳的问题,有必要研究更为有效的找矿技术方法.首先阐述了激发极化法、CSAMT法等电法勘探的基本内容和各自优缺点;然后,在分析地震作用下横断层地质特征的基础上,研究并提出了基于激发极化法和CSAMT的综合找矿法.基于激发极化法和CSAMT的综合找矿法能有效反映地下地电差异,在大深度范围有效反应地电断面电阻、 极化率参数,互相校正验证;结合已有地质物探资料,推断地下异常,提高横断层的金属矿产勘探效率和效果.将本文的研究成果应用于某横断层地质区域的金属矿勘探实践,取得了良好的勘探效果.实践表明本文所提方法有效、 可行.     

多层地电断面视电阻率的高精度计算

目前地电的方法在我国已应用到地震预报的研究中,为了了解与地下力学场变化相联系的地电变化,需要了解台址下勘探体积内的电阻率分层情况,从而正确地认识各种影响因素对地电阻率的作用。