CSAMT全区视电阻率转换及其效果分析

本文给出了一种把卡尼亚视电阻率换算为全区电阻率的便利方法.通过二、三层电性断面的模型试算及实测CSAMT资料的计算结果,说明在远区该方法的结果等于卡尼亚视电阻率,在近区和过渡区则明显改善了卡尼亚视电阻率的畸变.该方法能增加CSAMT的勘探深度,更好地反映地电断面的特征.     

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.     

CSAMT单分量数据解释方法

可控源音频大地电磁法(CSAMT)一直沿用大地电磁法(MT)的办法,通过计算电场分量与磁场分量的比值,求取卡尼亚视电阻率.而CSAMT场源已知,电场分量和磁场分量都与地下电阻率存在一定的关系,可以单独采用CSAMT电场分量或者磁场分量提取地下介质的视电阻率.本文通过分析电场分量与磁场分量的数据特性,提出利用CSAMT电场单分量数据进行视电阻率的计算,用改进的广义逆矩阵反演方法,使初始模型中的地电层数等于频道个数,克服了以往反演计算中层数较少的问题;实现全场区电场分量视电阻率曲线的拟合反演.同时对单分量视相位计算方法进行分析,结合山西大同地区积水采空区探测及数据解释结果,论证本文提出的单分量解释方法的有效性.     

频率域线源近区(过渡区)测深理论初步研究

对频率域无限长线源近区(过渡区)测深的理论基础进行了探索性研究。通过计算均匀半空间、层状介质等多个模型的线源响应,进而定义并计算全区视电阻率。结果发现,利用水平电场、垂直磁场分别计算的全区视电阻率均能较好地反映地下电性结构的变化。把水平磁场与水平电场联合通过二分搜索算法计算的全区视电阻率也能较好地反映地下电性结构的变化。在近区通过单分量定义的全区视电阻率与一维MT曲线吻合得很好,因此可以用成熟的MT反演技术来进行线源近区电磁资料的反演,从而把有源的问题转化到无源的问题。这初步表明频率域线源近区(过渡区)测深是可行的,但还有一些问题需要解决。     

频率域双极源全区视电阻率的计算及分析

频率域可控源电磁法由于其发射源的非偶极性,收发距受到发射场源功率的限制,在近区和过渡区,场源不能看做偶极子源,而是双极源.对于双极源数据在近区和过渡区的校正,若采用偶极予源校正,存在很大的误差,收发距一定时,偶极距越大,误差越大.双极源全区视电阻率利用半空间模型视电阻率等效地下复杂模型视电阻率计算全区视电阻率,对比偶极...     

尖锐边界反演在临江市六道沟可控源音频大地电磁测深数据反演中的应用

在实际大地电磁测深数据反演过程中,为了得到更加清晰的电性单元分界面,传统的Occam平滑反演方法遇到了挑战,本文讨论了sharp boundary inversion(SBI)反演的理论及其应用.通过模型试算,对比Occam和SBI的反演效果,证明了SBI反演划分层状介质的可靠性.本文对临江市六道沟地区实测可控源音频大地电磁测深(CSAMT)数据进行了全区视电阻率转换,然后对全区视电阻率进行Occam反演和SBI反演.最后对比已有地质资料,表明SBI反演能够用于CSAMT数据的处理中.     

多种频率域电磁法在冷水坑矿集区的应用效果对比

江西省冷水坑矿集区具有浅部斑岩型矿体与深部层控叠生型矿体的复杂组合.利用现代地球物理方法对矿集区地下深部结构进行了探测,对圈定地下容矿、示矿地质信息和认识地下深部成矿过程具有重要意义.本文以位于江西省贵溪市境内的冷水坑银铅锌矿田为试验研究区,开展了混场源音频大地电磁测深法(EH4)、音频大地电磁测深法(AMT)以及可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)三种不同频率域的探测试验,研究和总结了频率域方法以及不同仪器电磁法数据采集特点和应用效果,为频率域电磁法勘探提供借鉴和参考.通过对冷水坑矿集区典型勘探线上三种电磁方法的数据处理,绘制了视电阻率和相位单点测深曲线、原始拟断面及二维反演断面图.发现单点曲线形态基本一样.由于AMT在低频段受矿区工业干扰,视电阻率曲线呈45°上升;视电阻率、相位拟断面对地下电性分层结构基本一样,总体可分为三层,且分层结构较清晰;二维反演断面能够较好反映地下高低阻异常响应,但响应效果有所差异且CSAMT法效果较好.因此在干扰严重地区,建议选用人工源发射的可控源音频大地电磁测深法(CSAMT).     

多通道瞬变电磁法频率域比值算法及视电阻率计算研究

视电阻率在电磁法勘探中起重要作用,可以作为初步解释结果,多通道瞬变电磁法通过大地脉冲响应的峰值时刻定义视电阻率.鉴于传统方法计算峰值时刻视电阻率需要恢复完整大地脉冲响应,本文通过研究大地脉冲响应及其频谱特征,提出一种新的频率域比值法.利用参考谱及其与一般谱的伸缩因子计算一般谱的峰值时刻,进而得到视电阻率.该方法只需大地脉冲响应单个频点幅度谱,从而不用估计整个大地脉冲响应.实际计算时,可以用大地脉冲响应多个频点幅度谱得到平均视电阻率.模拟数据与实测数据结果表明,在一维介质中,频率域比值法可以得到合理的视电阻率.     

无限长源二维各向异性地层中CSAMT有限元模拟

可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)基本上是基于电性各向同性理论的假设,而实际地层普遍表现为电性各向异性现象,因此研究各向异性地层条件下CSAMT方法的电磁响应具有重要的理论意义和应用价值.本文从有源Maxwell方程出发,推导出了二维各向异性地层条件下无限长线源频率域的电磁场响应,得到了一组平行于线源方向的电场分量E_x和磁场分量H_x的偏微分方程,并采用有限元法进行求解.模型的计算结果表明:不论是对均匀半空间还是一维层状介质中的各向异性二维体模型的计算,均能从结果中明显地看出各向同性背景场和各向异性异常体的存在;在计算中通过改变各向异性系数或各向异性旋转角,其结果在视电阻率和相位曲线上均存在显著区别.计算结果表明了在各向异性地层中,仍然采用各向同性的假设进行CSAMT资料的处理与解释,可能会带来比较严重的误差,这种情况下必须采用基于各向异性的地质模型对CSAMT资料进行处理和解释.研究结果对于提高CSAMT方法的勘探效果和应用水平具有重要的指导意义.     

瞬变电磁测深早期数据的修正

通过时间-频率转换关系,TEM数据可以转换成平面波场测深数据,从而可以对TEM资料进行拟平面波场处理解释.在对瞬变电磁视电阻率数据向平面波场测深视电阻率数据转换时,发现由于瞬变电磁使用晚期计算公式及装置问题,使测深曲线早期数据发生畸变.文中建立了视电阻率曲线进入晚期所满足的关系式,从理论上给出不同情况下瞬变电磁测深视电阻率曲线进入晚期的临界点.以瞬变电磁、大地电磁、CSAMT为例,对大量的模型进行正演计算,对计算结果进行对比分析,建立不同地表电性结构、不同时间延迟情况下,瞬变电磁早期数据误差的校正量板.     

CSAMT法对低阻薄层结构分辨能力的探讨

用一维有限元法实现可控源音频大地电磁(CSAMT)法的数值模拟技术,分别计算了TM 和TE两种模式下,电性层厚固定、中间低阻薄层电阻率发生变化时的频率-电阻率曲线;以及电性参数确定、但中间低阻薄层结构的厚度发生变化的一系列频率-电阻率曲线;当顶层厚度发生变化时,获得一系列的频率,电阻率曲线。分析了各曲线的特征,归纳了CSAMT法对薄层结构的分辨能力,为正确认识薄层结构的CSAMT频率电阻率响应提供很好的帮助。     

线源时间域电测深全期全区视电阻率求解

由于线源一维的正演国内外研究尚少,文中主要利用水平电场分量求取全区视电阻率。通过计算发现水平电场与电阻率之间是一一对应的关系,这使得定义全区视电阻率具有惟一性和可靠性。文中以水平电场定义视电阻率,然后利用二分搜索算法进行全区视电阻率求解。模型计算表明,该方法定义的全区视电阻率能较准确地反映地下电阻率信息。进一步研究发现:对时间域线源而言,在近区算不好晚期的数据,因为电磁波的传播、衰减很快,同样在极远区算不好早期的数据,而且探测深度是随收发距的增加而增大。最后,加入5%的随机噪声后与理论结果进行对比,得到了收发距与最大探测深度的关系。     

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％.     

基于二次耦合势的广域电磁法有限体积三维正演计算

与可控源音频大地电磁（CSAMT）相比,广域电磁法通过采用全区视电阻率定义,突破了卡尼亚视电阻率所需的远区条件限制,极大拓展了可控源电磁观测区域和探测深度.考虑到电偶源激发场的三维特征以及地下复杂三维结构,为提高广域电磁数据解释精度,本文实现了基于二次耦合势的广域电磁法三维正演计算.该算法利用Helmholtz定理将麦克斯韦方程转化为库伦规范下的磁矢势和电标势耦合方程,有效改善了离散所得大型线性方程组的谱性质,并通过强加散度条件来消除电场伪解的影响.此外,采用散射场方法,其中一次场使用准解析法求解,二次场使用有限体积法求解,克服了局部激发场源奇异性问题.通过与一维层状模型下电偶源产生的电磁场准解析解对比,验证了本文算法的正确性.在此基础上,利用本文的正演算法对比分析了广域电磁法与CSAMT对典型三维目标体的探测能力,结果表明在相同的观测条件下,广域电磁法能够更准确地反映地下目标体信息,拥有更优的分辨能力.     

大地电磁资料的灵敏度研究

本文研究了大地电磁资料对地球电性结构模型参数的灵敏度,它在反演解释中具有重要意义.通过研究均匀半空间中视电导率资料的灵敏度函数与计算分析实际观测资料的Fréchet导数和斜率表明,视电导率资料的灵敏度在地表最大,从地表向下呈指数衰减,频率愈高,电导率愈大,衰减也愈快.视电阻率资料和阻抗相位资料对高频、浅层和低阻层具有更高的灵敏度,几何参数的平均灵敏度高于电性参数的平均灵敏度,通常阻抗相位资料比视电阻率资料更灵敏.同时,根据阻抗实部定义的视电阻率与Kunetz定义的时间域大地电磁响应,反映地层电性差异的灵敏度最高. 文章还指出,在实际的反演解释中,如何正确有效地应用阻抗相位资料,提高分辨能力,仍是急待解决的问题.     

基于AMT数据构建地电模型的CSAMT最小收发距估算

在CSAMT的野外工作中,需考虑收发距影响,确保在远区采集数据.然而通过估计大地平均电阻率计算收发距准确度较差,需提出其他方法改进估计合适收发距的准确度.本文提出利用工区的音频大地电磁资料构建1D模型用于计算最小收发距,具体过程为:首先利用AMT数据进行一维反演,反演计算出一个层状地电模型;根据Bostick转换求取达到目的层勘探深度对应的最小频率;在此1D模型基础上进行赤道装置方式的CSAMT正演计算和MT正演计算,通过对比两者视电阻率误差,找出满足远区条件的最小收发距.通过理论数据模拟,展示了此方法的可行性,为CSAMT最小收发距估算提供了一种新思路.     

短偏移距电磁探测技术概述

由于人工源电磁探测效果与收发距离有一定关系,本文首先分析了收发距离为零的中心回线源瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method,TEM）视电阻率定义和算法特点,回溯了从圆形回线到矩形的修正式中心回线装置的发展过程;概述了从中心回线发展到接地导线源短偏移瞬变电磁（Short-Offset TEM,SOTEM）理论上的可行性;列举了将LOTEM（Long-Offset TEM）从数倍于探测深度的观测区推进到近源区后的探测实例.对于频率域人工源电磁法,介绍了起源于MT（Magneto-Telluric）的CSAMT（Controlled Source Audio-frequency Magneto-Telluric）与电磁频率测深法不同发展道路.电磁频率测深将观测区从远区推进到了中区;广域电磁法通过全区视电阻率新定义不仅提高了解释精度,而且将传统CSAMT远场观测模式推进到中区探测模式;最后指出,如能采用新的点微元假设计算方法,可有望分离自有场和辐射场,实现频域电磁近源探测.     

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.     

大地电磁测深垂直剖面响应分析

类比过源虚界面法,根据无源区电磁波在层状介质中传播时场的分布特点,计算大地电磁视电阻率的垂直分布情况.建立水平层状模型,从Helmoltz方程出发,根据分界面处阻抗的连续性,推导层状模型任意深度处的阻抗,计算多个频率的视电阻率发现,随着频率的增高,所得视电阻率曲线划分地层能力越强.此外计算了多个频率薄层厚度不同时的视电阻率,对比可知高频时视电阻率曲线对低阻薄层的分辨能力最佳,对高阻薄层的分辨能力较差,这对研究地下水平层状介质垂直电性变化具有重要意义.     

矩形大定源回线TEM法全区视电阻率在煤田采空区勘探中的应用

大定源回线TEM法在煤田采空区勘探中发挥着重要作用.利用偶极子合成回线源方式和二分法计算大定源回线TEM全区视电阻率时,误差函数计算十分耗时.研究发现用自变量复杂化的双曲正切函数近似误差函数,不仅计算速度快,而且精度满足要求,方便了大量实测数据快速全区视电阻率计算.理论模型计算结果验证了该方法的正确性.对实测采空区大定源回线TEM数据进行全区视电阻率处理,结果基本消除晚期视电阻率存在的"边界效应",在早期道不存在晚期视电阻率假高值,接近地表真实电阻率,对近地表局部异常有较好反映,对探测埋深较浅的积水小煤窑具有重要意义.