均匀介质中MRS方法三维模型的核磁共振响应

MRS方法三维含水体的核磁共振正演计算涉及两个难点：①激发场表达式的快速计算,该表达式为包含双重Bessel函数乘积的积分式,将该表达式分为两个积分区间,第一积分区间应用贝塞尔函数的汉克尔函数表述式及其大宗量渐近特性,将其转化为Fourier正（余）弦变换,采用快速计算方法实现数值计算;另一积分区间的计算直接应用一般的数值积分算法即能获得较高的计算精度。②三维含水体的空间离散化,提供柱坐标和直角坐标中的两种离散方法,可对任意形状的三维含水体进行构建。在此基础上,开发出相应的正演程序,并进行几种常见的三维含水体的MRS正演,对其初始振幅曲线进行规律总结。结果表明,三维含水体的MRS振幅响应与层状含水层振幅响应类似,使用收发共圈的工作模式将难以辨别地下含水体的空间形态。     

核磁共振与瞬变电磁三维联合解释方法

传统核磁共振地下含水量解释多采用基于均匀半空间或层状导电模型的一维反演,分层给出地下含水信息.然而,这些方法忽略了地下复杂电阻率分布信息对结果的影响,也不能很好地反映局部三维含水构造.本文从三维电介质中核磁共振响应的正演理论出发,提出首先利用瞬变电磁数据进行基于等效导电平面法的快速电阻率成像,然后将成像结果作为核磁共振三维反演的电性模型,进行联合解释.激发磁场的分布采用有限元法直接求解,通过引入伪δ源实现电流源的加载,并强加散度条件排除了三维磁场模拟中"弱解"的影响.针对核磁共振灵敏度矩阵的病态性和数据中存在的干扰信号,提出考虑罚项的非线性拟合目标函数,利用线性化方法进行核磁共振反演.模型数据表明该方法能较准确反映地下三维含水构造,实测算例进一步证明了方法的有效性.本研究将促使核磁共振方法在岩溶、裂隙水、孤立水体等复杂水文地质条件及隧道、矿井灾害水源探测等方面得到有效应用.     

含水溶洞的地面核磁共振响应数值模拟研究

针对目前水平层状含水层的地面核磁共振响应特征已研究的比较透彻,而含水溶洞的响应特征却鲜有涉及的现状,本文给出含水溶洞地面核磁共振响应的计算方法.在文中,作者使用华军对双重Bessel函数无限积分的计算方法,实现了大回线源激发磁场的快速计算.再通过对地面核磁共振正演公式的离散化,实现了三维结构含水体的地面核磁共振正演计算...     

层状导电介质中地面核磁共振响应特征理论研究

水平层状导电大地中层状含水层地面核磁共振响应的数值计算技术涉及到导电介质中回线源 磁场的计算以及地下含水层中质子磁矩在线圈中产生感应信号的体积积分. 文中采用直接数 值积分技术,对具有振荡核函数的Hankel变换进行积分,以求取回线源磁场的径向与垂向分 量,计算并研究了回线产生的径向与垂向磁场分量随空间位置的变化规律. 基于磁场空间分 布特点,利用不等间距空间剖分技术计算地面核磁共振的体积积分,模拟了不同模型的地面 核磁共振响应并讨论了其影响因素. 结果表明,结合能对任意层状导电介质中磁场进行稳定 快速计算的直接数值积分技术与不等距空间模型剖分技术,可正确模拟地面核磁共振响应. 导电性是产生地面核磁共振信号相位的先决条件,但影响响应振幅强度与相位的因素还有含 水层的埋深、厚度以及装置大小等.     

含裂缝页岩核磁共振横向弛豫响应正演模拟及T2谱特征分析

裂缝的精细探测是页岩储层油气可动性评价的关键,核磁共振技术可实现多种尺度孔隙中流体的测量,已被广泛应用于非常规储层评价.然而,含裂缝页岩的核磁共振响应特征尚不明确.为此,提出一种基于三维CT数据建立的孔隙-裂缝双相介质模型方法,采用数值模拟方法系统研究了裂缝参数的核磁共振测井响应特征.模拟结果表明：裂缝的存在影响页岩的核磁共振T₂谱分布,裂缝张开度增大导致T₂谱向右偏移,纵横比增大造成T₂谱向左偏移;裂缝页岩的孔缝配置关系对页岩连通性起主导作用,孔缝配比减小,可动流体呈线性增长.     

各向异性衰减薄层地震响应特征研究

薄储层的叠前地震响应特征研究,特别是针对具有速度各向异性的含流体薄层,对储层描述具有十分重要的意义.文中基于波动方程数值模拟方法,正演得到各向同性弹性、各向同性衰减、速度各向异性、各向异性衰减模型的地震波场,并对比分析了四种模型的纵波(PP)和转换横波(PS)地震反射特征.研究结果表明:在衰减介质背景下,引入各向异性,PP和PS波的反射波振幅较弹性介质均减弱,且衰减因素对薄层振幅的影响强于各向异性.同时,VTI各向异性衰减在单频PS振幅曲线上表现出强差异性,而HTI各向异性衰减则会影响PP和PS波单频振幅曲线的极值点幅值和位置,通过分析单频振幅曲线的极值点振幅和极值点位置对各向异性衰减薄层预测有指导作用,尤其对平时较难分辨的VTI各向异性衰减薄层,单频分析方法的优势更明显.     

考虑海底地形的三维频率域可控源电磁响应有限体积法模拟

为了提高海洋可控源电磁的地形响应模拟精度,探讨了三维交错网格剖分有限体积法求解频率域电磁场解的数值方法.在似稳场近似条件下,推导了有限差分法和有限体积法低频电磁场控制方程的离散表达式.通过对离散表达式的分析比较表明,有限体积法较之有限差分具有更高的计算精度,同时也具有与有限差分相当的计算效率.对含地形界面网格单元电导率采用加权平均处理,通过与二维有限元程序的计算结果对比,验证了该方法可以有效提高有限体积法对地形变化的模拟精度.应用有限体积法计算了一个三维带地形储层模型的可控源电磁响应,分析表明地形变化对电场分量影响明显,磁场分量对地形变化不敏感.     

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征对地质导向和原状地层评价具有重要意义,但钻井轨迹的复杂性决定其响应特征是多重因素综合作用的结果,且较难直接给出统一显式表达式.本文根据仪器在地层内的运动特征,建立了基于敏感区域体积元的随钻核磁共振测井响应方程和离散化计算方法;通过正演、反演结合的数值模拟,研究了单、双界面水平层状地层中,不同井斜角度、天线长度和目标地层厚度等条件下的随钻核磁共振测井响应特征,对关键结果给出了成立条件和定量关系.随钻核磁共振测井在斜井段中的T₂分布和孔隙度响应与直井中差异明显;井斜角越大,视地层厚度越大,地层界面在T₂分布和孔隙度曲线上的过渡段越长,T₂分布过渡起始位置已不能确定界面深度;仪器的最高纵向分辨率与天线长度、井眼条件和仪器参数有关;受围岩作用影响,较薄目的层的测井响应特征上可能出现异常"夹层".基于分析结果,对随钻核磁共振测井资料解释提出了建议.     

不排水条件下裂隙流体压力对引潮高的振幅比和位相差的响应

本文基于裂隙潮汐应力分析,提出了不排水条件下,单裂隙和多裂隙流体压力-引潮高的振幅比和位相差响应模型.基于响应模型的分析计算,绘制了单裂隙流体压力振幅比和位相差与裂隙产状的关系曲线,分析了岩体弹性参数(λ、μ)和Skempton系数(B)对裂隙流体压力振幅比和位相差的影响.结果表明,M2和O1波裂隙流体压力-引潮高的振幅比随裂隙倾角(DIP)增加而增加,位相差都在±165°～±180°( DIP＜ 15°)和0°～±10°(DIP＞15°)之间,且两波位相差符号相反;流体压力振幅比线性地响应岩体弹性常数(λ、μ)和Skempton系数(B)的变化,但位相差几乎不受裂隙和岩体弹性参数的影响.     

三维随机断裂带的航空时域电磁响应数值模拟

传统的均匀分布异常体模型,不能准确描述地下介质的不规则性变化,采用随机介质进行替代,将使电导率这一物性参数更加接近于实际的电导率分布.本文结合地质结构中断裂带特征,采用Von Kármán函数建立三维随机介质模型,通过讨论Hurst指数与自相关长度对三维随机电导率模型建模产生的影响,进行参数优化建立所需的随机介质模型.利用一维傅里叶变换建立三维随机变化的条状断裂带异常体,三维傅里叶变换建立三维随机变化的背景围岩,准确地表征了油气藏断裂带特征.基于时域有限差分方法,实现了磁源激励下的三维随机介质航空时域电磁响应数值模拟.采用均匀半空间模型验证了数值模拟的正确性,分析了随机断裂带与均匀断裂带的电磁响应特征,结果表明随机断裂带可以准确描述地下介质的分布特征,而且与断裂带垂直方向的电磁响应特征清晰地描述了断裂带的倾向、走向与位置,为断裂带结构探测提供了理论依据和技术指导,三维随机断裂带模拟方法同样适用于其它三维随机介质的数值模拟.     

考虑流-固耦合梁式矩形渡槽横向地震响应研究

根据豪斯纳尔（Housner）理论, 建立了考虑槽内水体与渡槽槽身流-固耦合的横向地震响应计算模型,分析了槽身断面深宽比变化对渡槽结构抗震的影响,并对某大型渡槽进行了多工况地震时程响应计算. 结果表明,在地震波作用下,渡槽槽内大质量水体对渡槽的横向地震响应有较大的影响, 但水体的晃荡作用有明显的TLD效应. 若将水体视为刚体, 质量全部附加到槽体上,将严重地夸大水的地震惯性力作用,且在渡槽槽身断面选择时应考虑深宽比对墩身地震响应的影响, 以减小地震力.      

基于三维孔隙网络模型的纵波频散衰减特征分析

波场在含流体的孔隙介质中传播时会产生频散和衰减现象.波场的频散和衰减与孔隙介质的岩石物理属性有关,包括孔隙度、渗透率、流体属性等.现有的三维裂缝/软孔隙网络模型利用椭圆截面纵横比的变化模拟从扁裂缝、软孔隙到硬孔隙的多种情况,而未考虑同时包含孔隙和裂缝的全局性网络空间.为了更好地描述裂缝-孔隙空间,本文提出同时包含裂缝和孔隙的三维裂缝-孔隙网络模型,并给出渗透率的计算方法.通过体积平均法推导了三维裂缝/软孔隙网络模型和三维裂缝-孔隙网络模型的波动方程,利用平面波分析方法得到纵波频散/衰减曲线的表达式,同时应用数值模拟研究了总孔隙度、裂缝孔隙度、裂缝纵横比、裂缝数密度、孔隙流体黏度对纵波衰减和速度频散特征的影响.结果表明,在三维裂缝-孔隙网络模型下,总孔隙度、裂缝参数等对纵波频散衰减特征的影响与三维裂缝/软孔隙网络模型相似.具体表现为:纵波在高频段内出现频散和衰减现象.孔隙度的变化主要影响逆品质因子曲线峰值的大小;裂缝数密度主要控制速度显著变化的范围;裂缝纵横比对纵波速度和特征频率有显著影响.     

巢湖快速变化风浪场及其环境效应

浅水湖泊风浪过程对于湖泊生态系统具有重要的意义.基于巢湖风场、风浪和水环境参数同步高频观测结果,详细分析了快速变化风场下的风浪快速变化特征及其对湖泊水环境的影响特征.浅水湖泊风浪的有效波高和平均波周期均随风速的快速变化有较好的同步响应规律.在风速快速衰减阶段,相较有效波高,波周期有更好的稳定性.湖泊水体pH、水温、溶解氧会快速响应风浪的变化,随着风浪强度增强,对水体浊度、总磷浓度以及藻密度和生物量的扰动影响逐渐呈现.强烈的风浪扰动引起水体浊度变化的滞后时间可达3 d.快速变化的风浪场下,风浪的强烈扰动会改变水体固有的理化参数分布特征,扰动藻类常规的水体分布规律,风浪强度是造成差异的主要因子.     

基于椭圆极化的核磁共振找水理论研究(英文)

核磁共振找水是目前唯一能够直接探测地下水的地球物理方法,本文在weichman等人改进的核磁共振理论的基础上,应用经典的Chave算法对含有贝塞尔函数的积分核进行积分,求得了地下磁场和垂直激发场的空间分布。通过计算地下垂直激发场的椭圆极化率,验证了垂直激发场的椭圆极化效应,发现当地下电导率较大时椭圆极化效应将导致垂直激发场严重畸变;地下垂直激发场的正旋和逆旋分量显示了椭圆极化效应对核磁共振找水激发和接收上的不同影响,发射线圈和接收线圈间的延迟相位揭示了相位延迟效应的存在性及其相关性质。将以上理论应用到共圈模式下的核磁共振找水响应函数中,得到了地下氢核的扳倒角、地面核磁共振找水核函数和单一含水层模型的响应曲线,发现椭圆极化效应和相位延迟效应将导致核磁共振找水响应发生明显改变,因此对核磁共振找水理论和实际研究考虑椭圆极化效应是十分必要的。     

火成岩核磁共振数值模拟与影响因素分析

核磁共振(NMR)在储层孔隙结构评价和孔隙度计算方面具有明显的优势,但是在某些火成岩地层核磁共振孔隙度比实际孔隙度偏低,这就限制了核磁共振测井在该类储层的应用.针对这一问题,首先开展了核磁共振的弛豫机理研究,从理论上分析了磁化率引起的附加内部磁场梯度是核磁共振孔隙度偏小的主要原因.然后,模拟了不同磁化率、含不同流体岩石以及不同回波间隔的核磁共振横向弛豫时间(T2)分布,分析了磁化率对核磁共振孔隙度的影响.模拟结果表明,对同一流体的孔隙模型来说,磁化率越大,其引起的扩散弛豫在总弛豫中的比重越大,T2分布前移也越明显,计算的孔隙度就越小.此外,岩心实验也证明磁化率核磁共振的影响较大.此项研究剖析了火成岩核磁共振影响因素,为该类储层的核磁共振测井解释提供了依据.     

分离线圈地面核磁共振找水正演

分离线圈地面核磁共振找水方法是将激发线圈与接收线圈分离开来的找水探测方法.文中阐释分离线圈地面核磁共振找水方法正演表达式;利用高斯积分方法计算了分离线圈正演公式中的核函数.通过分析核函数的变化规律,得出分离线圈地面核磁共振方法具有较高的横向分辨率.通过计算全空间的核函数矩阵,将地下含水模型离散化,实现分离线圈地面核磁共振找水3D模型正演快速计算.通过对比计算1D含水模型响应,本文的计算选取网格的越小,正演精度越高.文中计算装置对模型的响应,分析正演曲线随着模型的埋深与装置的不同呈现的变化规律,研究分离线圈地面核磁共振的分辨特性及探测特点.     

三维起伏地形条件下航空瞬变电磁响应特征研究

航空瞬变电磁法以其速度快、成本低、通行性好等的优势能够有效的应用于地质地形条件复杂的地区.目前对于航空瞬变电磁法的研究主要基于平坦地形的理想情况,对于地形效应的研究相对较少,然而实际应用中地形不可避免,若忽略地形影响将对资料解释造成较大的误差,从而制约航空电磁方法的进一步发展.本文基于交错网格的时域有限差分方法对三维起伏地形条件下航空瞬变电磁进行正演模拟,在保证算法准确性的前提下给出大量模型算例.以经典地形模型为例,利用所给方法计算三维正演响应,结果显示起伏对于航空瞬变电磁数据有着显著的影响且影响主要集中在早期.而后,以实际地质资料为基础,构建起伏地形条件下包含多个异常体的三维复杂模型,计算了复杂模型的航空瞬变电磁响应,并给出三维全域视电阻率曲线,从而对地形效应的影响有了更加直观的认知.最后,通过大量模型讨论了地形的尺寸参数、电性参数、飞行轨迹与飞行高度等因素变化对于航空瞬变电磁数据的影响情况,并得出有价值的结论.     

复杂流体储层核磁共振测井孔隙度影响因素

孔隙度是评价储层的基本参数,核磁共振测井是确定储层孔隙度的有效方法.但是,实践中也发现复杂流体储层核磁共振测井孔隙度与地层实际孔隙度存在较大差异,影响了核磁共振测井的应用效果.根据含复杂流体储层的核磁共振测井孔隙度响应方程,分别从流体的纵向弛豫时间、横向弛豫时间、含氢指数以及井眼环境等方面系统研究了影响核磁共振测井孔隙度的各种因素,给出了各因素的影响规律及校正方法,为提高复杂流体储层核磁共振测井孔隙度的应用效果以及发展适合陆相地层核磁共振孔隙度测量方法提供理论基础与实验依据.     

隧道磁共振测深超前探测模型参数不确定度分析方法研究

地面磁共振方法探测地下水趋于成熟.随着研究的深入,磁共振技术在隧道超前探测方面也开展了应用.然而,由于隧道空间特殊环境限制,获取的磁共振信号信噪比极低,解释结果中各参数的确定性值得深思.基于这一问题,本文提出隧道磁共振测深超前探测模型参数不确定度分析方案,实际工作前,根据不同探测目标要求及环境噪声水平,优化仪器装置参数设计,提高解释结果准确性.本文首先在地面磁共振探测理论基础上,推导了考虑天线铺设角度影响的隧道矩形线圈激发场计算表达式,模拟了隧道准全空间磁共振测深正演响应.其次,基于后验模型协方差矩阵,计算模型参数标准偏差因子,划分参数不确定度等级.最后,构建三层含水模型,将第二层含水体作为观测目标.在仿真合成数据的基础上,分别探讨了电阻率、含水量、水体厚度、线圈边长、匝数、线圈旋转角度以及噪声水平等参数对目标含水体测定的影响.通过对比分析,得到如下结论：当探测目标前方地层的电阻率小于10 Ωm时,目标含水体的不确定度随着该电阻率的增大而降低;当该电阻率大于10 Ωm时,其不影响目标含水体的不确定度;目标体前方地层含水量的增大能够明显增加目标含水体的不确定度;目标层电阻率以及含水量对该层含水体的不确定度几乎不造成影响;目标层厚度越大其含水体的确定度越高;线圈边长和匝数的增大都能在很大程度上降低含水体的不确定度;线圈的偏转角度不影响目标体的不确定度;磁共振信号中噪声的幅度越大,含水体参数的不确定度越大.本文的研究结论有助于提高隧道磁共振探测数据反演参数的准确性,同时能够为实际探测提供预先优化参数的分析方案.     

实际井眼条件下过套管电阻率测井响应的传输线方程正演算法

过套管电阻率测井通过测量套管壁电势实现测量地层视电阻率,不同的地层模型对过套管电阻率测井会有不同的测井响应. 在传输线方程系数中本文考虑了径向含多个界面地层的影响,对轴向（井轴方向）呈层状、径向阶跃变化地层模型,给出了电势分布递推公式,计算了过套管电阻率测井响应,绘出了测井响应曲线. 算例表明,该方法有较强的轴向地层界面分辨能力;对径向均匀地层计算结果非常接近地层模型电导率,能较好地反映实际地层特征;对高电导地层,低电导水泥环有明显的测井响应;当径向存在多个地层界面时计算结果则为径向各层电导率的综合反映,不是某一径向层的电导率;算例显示该方法有较快（算例运行时间在1s内）的计算速度.