海洋可控源电磁法几类偶极源探测海底高阻薄层的分辨率分析

针对海洋可控源中几类典型偶极源发射装置,建立各向异性地层高阻油气藏模型,采用基于格林函数的海洋一维地层解析方法,借助电磁场的互易性质,计算得到不同偶极源激发的电磁响应曲线。分析了不同偶极源的电磁响应特征,比较了各电磁场分量振幅和相位归一化曲线幅值。结果表明:垂直电偶极子源的各场的振幅归一化曲线对异常的反应最大,水平电偶极源对高阻层的分辨率高于垂直磁偶极源,水平电偶极源的轴向观测模式和水平磁偶极子源的赤道观测模式均有较好的分辨率,这两种模式下测量的与测线平行的电场和与测线垂直的磁场的分辨率最佳,且存在着最佳收发距,相位也有着近似相同的变化规律。      

海洋可控源电磁法2.5维有限元正演模拟研究

为了消除源点的奇异性问题,在源点利用delta函数离散。设计一维的层状模型,验证海洋可控源2.5D有限元数值模拟算法的正确性和精度;考虑到在海中洋流、海底地形起伏变化大以及海底介质电性结构复的影响,海洋可控源电磁的发射源会发生倾斜、旋转、位置偏离测线,因此定义了任意取向的发射源。实际应用证明,发射源姿态变化以及不同发射频率和油气层参数,对海洋可控源电磁场响应都有很大地影响。     

三维直流电场积分方程中奇异性的近似处理

直流电场积分方程的核函数是磁并矢格林函数,其数学表达式与电并矢格林函数的数学表达式完全不同。因此,在处理直流电场积分方程的奇异性时不能直接利用文献中针对电并矢格林函数所提出的奇异性消除公式。为了寻求处理磁并矢格林函数奇异性的有效途径,参考文献中针对电并矢格林函数的奇异性消除方法,提出了针对磁并矢格林函数的拟源并矢概念,并求出了当包围奇异点的小邻域为球体、立方体等不同形状时的拟源并矢。如果将这些拟源并矢代入到电场的积分方程中,可以得到只含有正常非奇异积分的数值计算方案。将这个计算方案用于实现关于直流电场的拟解析近似理论,则可以使三维直流电场的快速数值模拟成为可能。     

计算任意方向矿井瞬变电磁场

为了满足矿井瞬变电磁法实际井下施工的需求,以全空间水平层状介质为背景建立模型,计算垂直和水平偶极子源的瞬变电磁场,进而得到任意角度的瞬变电磁场。从电磁场矢量位出发建立方程,根据边界条件求解,得到场分量的数值表达式,利用快速汉克尔变换求得频率域的场,再利用余弦变换多项式法变换到时间域。根据井下线圈架设方位的不同,计算了三层模型的磁场分量,皿、只随时间变化呈衰减趋势,在较早的一段时间内衰减很慢,基本保持稳定,之后迅速衰减,双对数坐标下具有线性规律。当架设方向不同时,磁场随时间变化规律不变,量值发生变化。这里还提出引入电偶极子源到井下进一步完善施工技术。     

地一井瞬变电磁三维交错网格有限差分正演及响应特性

为了研究地-井瞬变电磁响应特征,获得不同井位低阻薄板异常体的响应规律:首先采用交错网格有限差分技术离散二次场满足的频率域赫姆霍兹方程;然后结合虚框叠加等效和虚拟界面法将发射源和接收位置扩展到任意层位,解决了全空间背景格林函数的计算问题;之后利用MUMPS求解器求解频率域二次场,再经过余弦变换,获得井中任意位置的瞬变电磁响应;最后采用三维模型对本文算法的正确性进行验证,设计了均匀半空间和嵌入低阻薄板的三维模型,获得垂直磁场的三维分布,分析均匀导电半空间中低阻薄板对地-井瞬变电磁三维响应的影响特点.结果表明:本文三维地-井瞬变电磁计算方案的计算精度与前人基本相同;水平导电薄板的存在主要影响板体附近及穿过薄板的井中瞬变响应,最大的特点是在异常体位置附近的中期时间道响应出现变号现象.本文的研究为定性解释地-井瞬变电磁法异常提供一个技术手段,也为地-井瞬变电磁三维反演奠定基础.     

地-井瞬变电磁三维交错网格有限差分正演及响应特性

为了研究地-井瞬变电磁响应特征,获得不同井位低阻薄板异常体的响应规律:首先采用交错网格有限差分技术离散二次场满足的频率域赫姆霍兹方程;然后结合虚框叠加等效和虚拟界面法将发射源和接收位置扩展到任意层位,解决了全空间背景格林函数的计算问题;之后利用MUMPS求解器求解频率域二次场,再经过余弦变换,获得井中任意位置的瞬变电磁响应;最后采用三维模型对本文算法的正确性进行验证,设计了均匀半空间和嵌入低阻薄板的三维模型,获得垂直磁场的三维分布,分析均匀导电半空间中低阻薄板对地-井瞬变电磁三维响应的影响特点。结果表明:本文三维地-井瞬变电磁计算方案的计算精度与前人基本相同;水平导电薄板的存在主要影响板体附近及穿过薄板的井中瞬变响应,最大的特点是在异常体位置附近的中期时间道响应出现变号现象。本文的研究为定性解释地-井瞬变电磁法异常提供一个技术手段,也为地-井瞬变电磁三维反演奠定基础。     

磁源边长大小对电磁场扩散速度影响规律研究

全空间电磁场扩散速度计算的准确性,直接影响矿井瞬变电磁法探测结果的精度.基于电磁场全空间"双烟圈效应"理论,建立了全空间电磁场扩散速度数学模型.对不同边长磁源回线中心电磁场扩散速度进行了对比分析,并对巷道底板三层地电模型全空间理论视电阻率曲线进行了时深转换,结果表明回线边长大,较早时间段回线中心扩散速度大,但衰减速度快,影响浅部地层探测能力;较晚时间段,不同边长磁源回线中心扩散速度趋于相等,说明边长大小对深部地层探测能力影响小.提出了较早时间段电磁场扩散速度校正系数,改进了磁源回线电磁场扩散速度数学模型,为实际探测工作中磁源回线边长大小的选择提供理论依据.     

基于场延拓的海洋可控源电磁正演模拟及各向异性特征识别

海洋可控源电磁法近年来被广泛应用于海洋油气勘探之中,凭借对高阻含油储层的有效识别大大降低干井率,节约钻探成本。受沉积环境的影响,海底地层常常表现出宏观各向异性,而对海洋各向异性模拟算法进行研究可以更有效地进行海洋电磁数据解释。本文从频率域麦克斯韦方程出发,基于标量势分解理论,通过标量势函数与场的连续性条件,在波数域中将电磁场分别向海底深部和海水中延拓,并在海底耦合到发射源上完成电磁场的求解,进而利用汉克尔变换得到了空间域电磁场。通过对海底介质一维各向异性模型电磁响应特征的分析研究发现,覆盖层各向异性对电磁响应有明显的影响;然而,海底高阻层仅垂向电阻率和厚度对海洋电磁响应产生明显影响。通过极性图的方式可以对海底介质各向异性特征进行有效识别。     

海洋可控源电磁场视电阻率计算方法

这里提出了一种计算海洋可控源电磁场视电阻率的方法,分析了水平电场分量振幅与视电阻率之间的关系,并介绍了海洋可控源电磁场视电阻率解释方法的原理。利用1D模型和2D模型海洋可控源电磁场响应计算了视电阻率,验证了视电阻率解释方法的有效性,为海洋可控源电磁资料定性解释提供了一种新的方法。     

浅水域可控源海洋电磁测量中空气波的渐近表达与波场分离方法

可控源海洋电磁(MCSEM)勘探中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所重视, 它是由水平电偶极子源发射的电磁信号沿空气-海水界面传播与来自海底地层的有效信号相互作用产生的。在浅水域勘探时, 空气波淹没来自地层的有效信号, 使浅水域MCSEM实现油气层识别产生困难。基于层状介质模型, 采用电磁场的模式分解理论导出了半空间电阻率模型的空气波表达式, 利用该式将空气波在海水层的传播近似用海水-空气界面与海底地层之间的多次鸣震表达。结合源和接收器两边电磁场的传播特征, 导出了有限水深时空气波近似关系, 用于近似模拟空气波响应。为了对比不同方法压制空气波的效果, 基于上行波场和下行波场的分解方法, 获得了含油气高阻储层上上行波的异常幅度增大数倍的结果, 显示了波场分解方法压制空气波的良好效果。最后, 利用不含油气层的背景模型和含油气储层模型电磁响应的数值模拟结果, 比较空气波渐近表达和波场分离2种空气波压制方法可知:对于水平层状模型后者效果更好;前者可适用于崎岖海底地层的数据处理, 后者只适用于水平海底地层。     

层状场地中局部不均体对平面P波的散射

利用间接边界元方法,在频域内求解了层状场地中局部不均体对平面P波的散射。利用精确的土层动力刚度矩阵进行自由场反应分析,求得位移和应力响应。通过计算虚拟分布荷载的格林影响函数,求得相应位移和应力;根据边界条件确定虚拟分布荷载,最终得到问题的解答。研究了入射P波时,不均体宽度、埋深、厚度、入射角、入射频率度等参数对地表位移幅值的影响,并与相应自由场的结果进行了比较。不均体对P波散射有重要影响,在工程场地地震安全性评价中,应合理考虑局部不均体对场地设计地震动参数确定的影响。     

层状半空间中洞室对入射平面SV波的散射

利用间接边界元法,在频域内求解了层状弹性半空间中洞室对入射平面SV波的散射问题。通过自由场反应分析,求得假想洞室边界上各点位移和各单元应力响应。在洞室边界各个单元上施加虚拟分布荷载,求得位移和应力的格林函数。根据应力边界条件确定虚拟分布荷载,将自由场位移响应和虚拟分布荷载产生的位移响应叠加起来,即得到问题的解答。比较了层状半空间和均匀半空间中洞室对入射平面SV波的放大作用。结果表明,层状半空间情况有可能导致较大的地表位移幅值,尤其是对于较低频率入射波。     

垂直界面附近椭圆形夹杂对SH波的散射与地震动研究

利用复变函数法和Green函数法给出了SH波对垂直界面附近椭圆形夹杂散射问题的解析解答。首先,将待求的半空间模型沿垂直边界分割为区域Ⅰ和区域Ⅱ两个直角域。通过保角映射的方法将区域Ⅰ内椭圆形夹杂的外域映射为单位圆外域,并利用镜像方法构造出两个区域内满足直角域边界条件的散射波场及适用的Green函数;其次,利用界面契合思想,通过在界面处添加附加力系的方法建立起满足界面处位移和应力连续条件的无穷代数方程组,并截断有限项求解;最后,给出了求解地表位移幅值的具体算例。结果表明,入射波数、入射角度、夹杂位置、垂直界面以及材料参数都对地表位移幅值的分布有影响。     

海洋可控源电磁法多参数正演响应特征分析

鉴于介质的色散现象,充分考虑介质电磁参数(ε、μ、σ),获得各层介质中的电磁场和势函数。为了考察岩、矿石电磁参数、海水深度和海底地层厚度等变化时海洋电磁响应特征规律,给出典型地电模型和观测系统参数,借助高精度快速汉克尔滤波系数,采用30点高斯勒让德数值求积方法,计算水平电性源频率域可控源电磁法(CSEM)在海底各观测点电场Ez和磁场Bx的正演响应。结果表明,随海水深度变浅,电场Ez和磁场Bx振幅曲线变化幅度增大,空气波逐渐占据主导地位,当水深超过3km时,观测区内可以忽略空气波的影响;电场Ez分量对海底高阻层引起的异常大,而中低阻层引起的异常小,磁场Bx分量幅值对目标层电导率变化与Ez相同,因此,水平电性源频率域CSEM法不适宜探测海底低阻目标。并且对厚层目标层的探测能力高于薄层。针对岩层中磁导率变化的情况,海底沉积物电性均匀或者呈层状分布时,电场Ez和磁场Bx幅值均受到影响。此外,电场Ez和磁场Bx的幅值基本不受介电常数变化而影响。海洋可控源的探测效果与偏移距的选择有密切关系,有利偏移距范围为3000m^12000m。     

利用Hudson裂隙模型分析井径变化对声波测井响应的影响

裂隙性介质因其复杂的结构和可观的藏储量一直是资源勘查领域的重点研究对象。基于Hudson裂隙理论对裂隙介质中不同裂隙参数（数密度、角度、纵横比）下变化井径的井场响应进行数值模拟,得到如下结果：在裂隙数密度较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较大的情况下,斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较小的情况下,横波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙纵横比较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在频率-波数二维谱中,随着井径的增大,波动激发强度峰值所在的频率带以及波动的首次激发频率都向低频区域移动。由此认为：弹性波在裂隙性介质中传播时在受井径变化的影响下产生规律性响应,应用Hudson裂隙理论模拟裂隙介质的井场响应可以系统地分析裂隙参数和井径变化对声波传播规律的影响,进而指导实地裂隙储层声波测井勘探工作。     

节理面透射模型及其隔振性能研究

振动波入射到节理界面上,与软弱断层一样会产生波场的分解,能够起到隔振作用。根据线性变形节理的透反射规律研究发现,隔振后各点的波场可由透射P波与透射S波叠加而成,其能量分配服从Zoeppritz方程,不连续位移造成了透射波的衰减;法向刚度增加透射纵波系数会增加,而切向刚度与透射纵波无关,法向与切向刚度对透射S波均有影响,刚度增加透射S波振幅逐渐降低,逐步逼近于0;由于透射后波场相互干涉,不同波场延时不同,透射合成波与入射波相比,振幅降低,持续时间增加,波形尾段有畸变;总能量系数与节理面的刚度无关,而随入射角增加不断降低。     

水平井煤岩界面方位电磁波测井仪器探测性能

煤岩界面的预先、精准识别是实现智能化开采,提高开采效率和降低成本的关键技术之一,方位电磁波测井已在石油测井岩性界面识别中获得较好效果,但对煤岩界面识别情况的研究较少。为了研究方位电磁波在煤田测井环境中的适用性和探测性能,使用一维广义反射系数法计算磁场分量,并使用快速Hankel变换加快积分计算速度,模拟线圈系组合方式、频率、源距、线圈系半径、电阻率对比度、发射电流和电阻率各向异性对煤田方位电磁波测井响应的影响。结果表明:方位电磁波测井仪器能够分辨煤岩界面,对煤岩界面识别具有较大的应用潜力。线圈系半径和发射电流主要影响仪器响应信号的大小;在一定电阻率对比度范围内,幅度比和相位差在界面附近的幅值随电阻率对比度增大而增大,高阻地层电阻率各向异性对幅度比和相位差影响较小;仪器发射频率、源距、电阻率对比度同时影响方位信号最大探边深度。      

SH波上方垂直入射时界面附近椭圆夹杂与裂纹的动态响应

采用Green函数、保角映射等方法分析SH波上方垂直入射时弹性半空间中椭圆形弹性夹杂与任意方位裂纹的相互作用。首先,求解含椭圆形弹性夹杂的弹性半空间内任意一点承受时间谐和出平面线源荷载作用时的位移基本解,即Green函数,再结合裂纹切割法构造裂纹,得到SH波上方垂直入射时椭圆夹杂和裂纹同时存在条件下的位移场与应力场。作为算例,给出大量的数值结果,探讨不同参数情况下弹性夹杂周边动应力集中系数（DSCF）、地表位移及裂纹尖端动应力强度因子（DSIF）的分布规律,结果表明不同参数的变化会对三者的分布带来一定的影响。     

CSAMT电场y方向视电阻率的定义及研究

在准静态近似条件下,利用水平电偶源在均匀半空间表面激发电磁场的计算公式,讨论了可控源音频大地电磁法（CSAMT）水平电场y分量E_y的观测范围、特点和由其定义视电阻率的应用优势;E_y与常规标量CSAMT测量的E_x、H_y幅值范围不同,采集并利用E_y数据可以扩大CSAMT野外观测扇区,减少采集成本。依据电法及电磁法勘探中视电阻率定义的基本原则,提出了E_y视电阻率的定义,说明了其具备频率测深的意义;通过几种典型层状模型（均匀半空间,两层D、G,三层H、K以及四层KH、HK型）的数值计算,对比了E_y视电阻率和E_x、H_y、Z_xy、Re(Z_xy)等对应的波区视电阻率及E_x、Z_xy等对应的全区视电阻率对地电断面电性特征的反映效果。结果表明：E_y视电阻率的求取仅需测点的坐标和一个方向的电场值,计算方便、不必迭代,并且在曲线低频端收敛于一稳定值,可以明显改善非波区的畸变效应。