利用CSAMT电磁场响应提取激电效应的方法初探

在传统的CSAMT电磁场一雏正演中加入柯尔-柯尔模型,模拟可极化地电断面的CSAMT电磁场响应.通过对均匀半空间、H型地电断面的理论计算,分析了柯尔-柯尔模型参数对CSAMT的Ex、Hy影响特征.基于电场相对磁场对激电效应的反映更加灵敏,提出分别利用Hy与Ex分量反演电阻率、厚度以及激电参数的方法.反演计算表明,该方法克服了电阻率、厚度、激电参数一同反演时受初始模型影响太大,容易陷入局部极小值的问题,可以在一定程度上提取出合适的激电参数.     

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.     

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.     

基于油气藏两种极化模式的海洋可控源电磁法激电效应研究

海洋可控源电磁法(MCSEM)已日益成为海洋油气勘探的重要方法,但在传统MCSEM的数值模拟和反演解释中,通常考虑的是非极化海底介质模型,这与油气藏会产生激电效应的实际情况并不相符.在前人的研究基础上,本文总结了油气藏产生激电效应的两种模式:外生黄铁矿极化模式和油气藏自身极化模式.在典型的海洋4层地电模型基础上,本文设计了包含外生黄铁矿的海洋6层地电模型.基于这两种模型,通过推导MCSEM一维正演公式,引入Cole-Cole模型,本文分别计算了上述两种极化模式下MCSEM的激电响应,分析了各参数对两种模式下激电响应的影响特征,并对两种极化模式共同作用所产生的激电效应特征做了分析.结果表明,外生黄铁矿极化和油气层自身极化都会产生较明显的激电效应,而激电效应的强弱与观测频率、模型参数和激电参数有关.在相同的激电参数下,外生黄铁矿极化所产生激电效应的影响主要集中在小收发距处,而油气层自身极化所产生的激电效应则主要影响较大收发距处的场值.两种极化模式共同作用的效果相当于两种极化模式分别作用时的叠加.     

含激电效应的航空瞬变电磁数据横向约束反演

受激电效应影响,航空瞬变电磁响应曲线经常出现异常快速衰减和符号反转现象,使用Cole-Cole模型的等效电阻率代替原模型实电阻率能很好的解释该现象,但由于激电多个参数的引入,使得反演多解性问题更加严重.本文基于Cole-Cole模型实现了航空瞬变电磁一维正演,采用横向约束反演同时计算激电参数及层厚,增加约束条件改善多解...     

陆地可控源电磁法三维勘探的激电效应影响研究

可控源电磁法(CSEM)的正演模拟与反演解释中常忽略激电介质的影响.本文基于电磁三维正反演开源平台ModEM,分别开展了陆地CSEM三维正反演以及考虑激电介质的陆地CSEM三维正演研究,并与一维模型解析解对比验证了三维计算的准确性.数值模拟结果显示,模型含激电效应与不含激电效应的电场E_x频率响应差异明显,激电效应会导致电场E_x幅值减小、相位增加,且对E_x的影响程度与激电异常体的频谱特性及观测的收发距均相关.合成数据的陆地CSEM反演结果显示,数据中含激电效应会使得反演出的异常体在深度、规模和电阻率值上都与真实异常体存在较大偏差,忽略观测数据中的激电效应会明显影响观测的准确性.本文研究表明当陆地CSEM三维观测资料中包含激电效应时,有必要考虑其影响.     

高密度电法数值模拟及其在寻找北京人头盖骨化石中的应用

为寻找埋藏在地下两米以内深度装有文物的木箱,采用高密度电阻率方法进行了探测.在完成三维正演与二维反演数值模拟的基础上进行了野外数据的反演解释工作,利用三维局部异常体的正演响应特征及二维反演结构与真实模型的对应关系,对实际的数据进行了认识解释,得到了目的层的异常体可能是地道而不是木箱的初步结论.实际表明,利用高密度电法来进行浅层的探测是可行的.     

时间域航空电磁法激电效应对电磁扩散的影响

由于激发极化效应的影响,时间域航空电磁晚期道信号经常会出现变号现象.基于电阻率的传统反演方法无法对变号数据进行正确反演,因此通常在数据处理中予以剔除.为深入了解极化介质的电磁扩散特征,认识航空瞬变电磁负响应的产生机理,本文研究时间域航空电磁系统的电磁扩散特征.我们以均匀极化、非极化半空间及层状介质模型为例,通过直接积分的方法求解频率域电场响应,并由欧姆定律得到电流响应,再经过汉克尔变换得到时间域电流响应.通过研究电流随时间在地下极化介质中的传播特征研究电磁扩散过程;通过对比不同激电参数对电磁扩散的影响,研究极化介质中感应电流与极化电流的扩散规律,从而合理地解释极化介质中负响应的产生机理.基于本文研究和分析结果,可加深对时间域航空电磁法中激电效应的认识.     

谱激电法中频率相关系数的应用

从电子导体激发极化（过电位）的电化学机理出发,导出了面极化系数的频谱表示式,得出面极化频率相关系数 c^（s）=0.5-1;从理论上证明了利用Cole-Cole模型描述体极化激电频谱的合理性,说明体极化频率相关系数c≤c^（s）.理论算例和实测结果表明,可以利用视频率相关系数在极化围岩背景上划分局部异常体,并按结构（矿物颗粒均匀程度和连通情况）区分引起激电异常的极化体.因此,在谱激电法中应重视这一参数的应用.     

利用Cole-Cole模型组合得到SIP真参数的联合频谱最优化反演

利用Cole-Cole模型组合和稀释系数理论，可以描述测量得到的视复电阻率频谱与地下多个电性体SIP真参数之间的正演关系。本利用此正演关系进行反演试算，并比较了几种Cole-Cole模型反演方案的效果；提出固定极化目标体和围岩体的极化率同时反演其它各SIP真参数的反演方案。结果表明在固定极化率为真值时，利用此反演方案可以稳定、准确、快速地得出地下电性体SIP真参数。     

复杂地下异常体的可控源电磁法积分方程正演

可控源电磁法具有分辨率高及抗干扰能力强等特点,是一种重要的地电磁勘探方法.目前,可控源电磁法的高精度正演计算一直是其核心研究问题之一.传统积分方程法一般采用近似积分公式、简单矩形网格和近似的奇异性体积分计算技术,制约了体积分方程法处理复杂地下异常体的能力,降低了计算精度.针对上述问题,本文基于完全积分公式、四面体非结构化网格和奇异体积分的精确解析解来高精度求解复杂可控源电磁模型的正演响应.首先,从电场积分公式出发,推导了可控源电磁问题满足的积分方程;其次,借助于非结构化四面体网格离散技术,实现了地下复杂异常体的有效模拟.最后,利用散度定理把强奇异值体积分转换为一系列弱奇异性的面积分公式,并通过推导获得了这些弱奇异性的面积分公式的解析解,从而最终实现三维可控源电磁问题的高精度积分求解.以块状低阻体地电模型为测试模型,采用本文提出的积分方程方法获得的数值解与其他公开数值算法解进行对比分析,其对比结果具有高度的吻合性,验证了算法的正确性;同时,设计了球状及复杂地电模型进行算法收敛性测试,进一步验证算法的正确性以及能够处理地下复杂模型的能力.     

Induced polarization in a 2.5D marine controlled-source electromagnetic field based on the adaptive finite-element method

The induced polarization (IP) in rocks and minerals is of significance to the marine controlled-source electromagnetic (CSEM) field. We propose an adaptive finite-element algorithm for the 2.5D frequency-domain forward modeling of marine CSEM that considers the induced polarization. The geoelectrical model is discretized using an unstructured triangular elemental grid that accommodates the complex topography and geoelectrical structures. We use the Cole–Cole model to describe the IP and develop a complex resistivity forward modeling algorithm. We compare the simulation results with published 1D model results and subsequently calculate the electromagnetic field for variable azimuth sources, IP parameters, and topography. Finally, we analyze the IP effect on the marine CSEM field and show that IP of oil reservoirs and topography affects the marine CSEM electromagnetic field.     

水下激发极化测深异常特征研究

利用有限单元法对水下激发极化测深进行数值模拟以研究其异常特征和适用条件.水下的电阻率测深和激电测深均可对水底地质体进行近距离探测,提高探测分辨率.而水底地形对视电阻率测深的影响很大.水底极化体有限元正演模拟的结果表明,水底地形对激发极化测深结果没有影响.采用水下激发极化法进行地质体探测是可行、有效的.通过计算不同水体和水底岩石电阻率对视极化率幅值的影响发现,水体电阻率是影响水下极化率测深的主要因素.由于海水的电阻率过低,观测视极化率异常微弱而不适合开展水下激电工作.     

Three-dimensional tomography using high-power induced polarization with the similar central gradient array

Induced polarization (IP) 3D tomography with the similar central gradient array combines IP sounding and IP profiling to retrieve 3D resistivity and polarization data rapidly. The method is characterized by high spatial resolution and large probing depth. We discuss data acquisition and 3D IP imaging procedures using the central gradient array with variable electrode distances. A 3D geoelectric model was constructed and then numerically modeled. The data modeling results suggest that this method can capture the features of real geoelectric models. The method was applied to a polymetallic mine in Gansu Province. The results suggest that IP 3D tomography captures the distribution of resistivity and polarization of subsurface media, delineating the extension of abrupt interfaces, and identifies mineralization.     

重力剖面和激电测深联合勘测在涡河断裂研究中的应用

为查明涡河断裂的位置、性质等参数,选择重力剖面和激电测深联合勘测方法,对指定区域进行物探勘测工作。结果表明:由密度差异引起的重力异常位置和岩石电阻率、极化率异常位置基本吻合,说明以重力剖面和激电测深为手段的联合勘测是查找断裂的有效方法。     

Two-dimensional inversion of spectral induced polarization data using MPI parallel algorithm in data space

Traditional two-dimensional (2D) complex resistivity forward modeling is based on Poisson’s equation but spectral induced polarization (SIP) data are the coproducts of the induced polarization (IP) and the electromagnetic induction (EMI) effects. This is especially true under high frequencies, where the EMI effect can exceed the IP effect. 2D inversion that only considers the IP effect reduces the reliability of the inversion data. In this paper, we derive differential equations using Maxwell’s equations. With the introduction of the Cole–Cole model, we use the finite-element method to conduct 2D SIP forward modeling that considers the EMI and IP effects simultaneously. The data-space Occam method, in which different constraints to the model smoothness and parametric boundaries are introduced, is then used to simultaneously obtain the four parameters of the Cole—Cole model using multi-array electric field data. This approach not only improves the stability of the inversion but also significantly reduces the solution ambiguity. To improve the computational efficiency, message passing interface programming was used to accelerate the 2D SIP forward modeling and inversion. Synthetic datasets were tested using both serial and parallel algorithms, and the tests suggest that the proposed parallel algorithm is robust and efficient.     

空间波数混合域磁异常场积分解三维数值模拟

本文提出一种空间波数混合域磁异常场三维数值模拟方法.该方法利用磁位三维空间域积分为卷积的特点,沿水平方向进行二维傅里叶变换,把空间域磁位满足的三维积分问题转化为不同波数之间相互独立的垂向一维积分问题.保留垂向为空间域,优势之一在于便于浅层单元剖分可适当加密,随着深度增加,单元剖分适当稀疏,可以准确模拟任意复杂地形和磁性体的磁异常,兼顾了计算精度与计算效率;优势之二在于一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征磁化强度,可得出单元积分的解析表达式,计算精度高、效率高.该方法充分利用一维形函数积分的高效和高精度、快速傅里叶变换的高效性及算法高度并行性,实现了磁异常场高效、高精度的数值模拟.设计棱柱体模型,将模型解析解与空间波数混合域法的数值解对比,结果表明该方法计算精度高、效率高.设计了组合棱柱体复杂模型,对比分析了标准FFT扩边法与Gauss-FFT法的计算精度与计算效率,总结了标准FFT的扩边系数选取策略.针对任意复杂地形条件下的磁异常模拟问题,本文提出一种适用于起伏地形条件下的磁异常场快速计算方法,并对其有效性进行了验证.     

基于BTTB矩阵的快速高精度三维磁场正演

本文改进了一种快速、高精度空间域三维正演算法,用来计算地下场源在水平观测面产生的磁异常ΔT场及其梯度场,以解决传统空间域正演计算效率低的问题.算法采用长方体对场源区域进行剖分,观测点与场源剖分单元体中心点在水平面上的投影重合.改进的算法具有以下三个特点:(1)采用无解析奇点的解析解公式计算磁异常,保证计算精度.(2)通...