SOTEM多分量激电响应特性分析

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)具有探测深度大、分辨率高、施工方便等特点,在第二深度空间(500～2000 m)金属矿勘探中发挥了重要作用.实际测量中,当遇到具有激发极化效应的岩矿石时,SOTEM观测曲线会出现畸变和负值响应(符号反转)的现象.SOTEM激电效应的研究对金属矿勘探具有重要意义,为此,本文对SOTEM多分量激电响应特性进行分析.通过基于Cole-Cole模型的SOTEM一维正演计算,分析了不同装置参数(收发距,极化体埋深)和极化参数(极化体电阻率、极化率,频率相关系数以及时间常数)对常用的E_x、H_z和dH_z/dt电磁场的影响规律,研究结果表明水平电场分量受激电效应的影响最大,垂直磁场分量和垂直磁场分量的时间导数受到的影响要小得多,研究结果将有助于指导野外实际生产.     

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.     

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.     

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.     

激电和电磁效应对三维复电阻率正演结果的影响研究

复电阻率法(CR)又称为频谱激电法(SIP),是一种重要的激电分支方法,在矿产勘查中应用非常广泛.然而,在实际的频谱激电野外观测资料中,总是会受到不同程度的电磁耦合效应的影响.因此,研究同时存在激发极化效应和电磁效应的复电阻率性质,对频谱激电法的实际数据处理具有一定的参考价值.本文首先在均匀半空间条件下,进行了复电阻率法的正演模拟.分析了频率、收发距的改变对视电阻率和视相位的影响.然后在有低阻异常体存在情况下,同时采用三维积分方程法和三维有限差分法,研究了不同条件下视电阻率和视相位的变化.最后,根据对正演模拟结果的分析,总结出不同程度的电磁耦合效应对视电阻率及视相位的影响规律,为准确分析异常提供了依据.     

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.     

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.     

大地电磁倾子资料的三维正演研究

在实际复杂的三维地电条件下,倾子作为大地电磁法的重要解释参数之一,其正演模拟和响应分析对提高大地电磁法的探测精度具有重要作用.本文在简要阐述大地电磁三维正演基本理论的基础上,利用交错网格有限差分法开展了大地电磁三维倾子正演模拟研究,首先正演模拟单个低、高阻两种地电模型的倾子响应,结果表明倾子资料能够较好反映地下异常体的空间分布;在此基础上,设计了含有两个低(高)阻异常体和低阻垂直断层的复杂组合模型并计算了其三维倾子响应,结果表明,倾子具有对复杂的地电结构良好的空间分辨率,且倾子响应既保留了模型中每单个异常体的倾子响应形态,又表现出了异常体之间相互作用的整体响应情况,进一步加深了对倾子的响应特征和规律、以及倾子资料对异常体边界的识别能力的认识,为倾子资料从定性解释向定量解释发展提供参考和依据.     

大地电磁局部畸变异常特征三维数值模拟研究

局部畸变问题曾经困扰大地电磁资料反演解释几十年,大地电磁三维数值模拟技术的发展为剖析局部畸变特点和得到可靠的反演成像结果提供了技术基础。本文采用三维数值模拟成像方法对典型三维局部畸变模型进行模拟分析。三维数值模拟结果显示:电场分量垂直电性分界面的极化模式视电阻率曲线(对应二维情况下TM模式)在穿越低阻异常体界面时,曲线会先上移后下移,而在穿越高阻异常体界面时,曲线会先下移后上移,这与电性分界面处积累面电荷产生的二次电场有关。三维模型中XY模式、YX模式视电阻率和相位在三维异常体附近的水平变化是呈现近似垂向对称的,该现象与电场垂直跨越电性界面时视电阻率的变化规律是吻合的,当测线分别沿X方向和Y方向展布时,三维情况下的XY和YX模式分别对应二维情况下的TM模式。低阻小异常体对区域构造响应的畸变影响比高阻小异常体要严重。低阻小异常体对二维区域响应的两种极化模式视电阻率和相位都有非常明显的畸变影响,相比较而言对TE模式的畸变要大于TM模式,因此我们在做二维反演解释时,可优先考虑拟合TM模式数据。位于小异常体中心上方测点的三维畸变响应虽然与对应真实二维区域响应的差异比较大,但可以等效于某种二维模型响应,这种由局部畸变造成的假二维响应在实际野外数据的解释中是需要注意的。      

电场差分法理论研究

对均匀大地和二层大地的频率域电场差分法理论曲线进行的计算和研究表明,电场差分法是一种以目标地质体和围岩在电阻率和极化率方面的差异为基础,根据测量到的能明显反映激电响应与电磁耦合响应的比值随频率变化的P参数曲线在性态上的差异来圈划油气藏的一种电法勘探方法. 因为它圈划油气藏的物理基础是油气藏上方与围岩上方测量到的电磁耦合响应和激电响应的差异,所以在圈划油气藏方面,该方法与复电阻率法类似,同样具有找油气的优良性能. 此外,该方法与复电阻率法相比,具有对目标地质体和围岩的电阻率和极化率差异反映灵敏、效率高、成本低等优点,所以它是一种值得推广的找油气的电法勘探方法.     

MT激电效应的模拟研究及在油气检测中的应用

本文引入Cole-Cole模型来模拟大地的激发极化效应,对三层水平地层且中间层为极化层的大地电磁测深的视电阻率进行了理论计算,分析了极化参数对视电阻率曲线的影响规律.采用广义逆方法对三层水平地层且中间层为极化层的模型进行了反演研究,结果表明该反演方法能够较好地确定地层电阻率的同时获得地层激电参数,应用于实际资料的反演时,反演结果与已知含油气地层的实际参数十分吻合.     

VERTICAL FREQUENCY EFFECT SOUNDING IN INDUCED POLARIZATION AND GALVANIC RESISTIVITY METHODS *

It has been shown that for a polarizable layer as a transmission medium there is an indirect proportionality between the frequency effect (fe) in induced polarization (IP) and the wave number of the electrical induced field. Making use of this relationship for a two layered earth a polarization transform function has been obtained. Since the mathematical expression for the polarization transform function is the same as that of the resistivity transform function, it is possible to make direct interpretation for IP frequency effect field curves. Thus, AA or QQ type resistivity sequences can be interpreted from induced polarization response of a horizontally stratified earth without resistivity extrema. A depth factor has been defined in order to obtain the true depth using the apparent depth. In this way, some electromagnetic effects between horizontal layers with different polarizabilities can partly be eliminated.     

大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(二)——反演数据极化模式选择

针对大地电磁二维反演中TE、TM极化模式的选择问题,设计了多个二维、三维模型进行了正演计算,从数据对比和反演结果对比两方面入手,分析研究了三维模型和二维模型响应数据的差异、反演中极化模式的选择、以及三维模型数据的二维反演近似等问题.研究结果表明:在三维模型条件下,利用二维模型进行反演时,TE模式对模型的二维的近似程度要求远高于TM模式;当三维结构影响较明显时,利用TM模式数据进行二维反演比利用TE模式或利用TE+TM模式联合反演都更合理,反演结果中的虚假结构明显减少;对于TM模式,相位受三维畸变影响较小,视电阻率较大,所以二维反演中可适当加大相位的权;对于实测数据的二维反演,应优先考虑采用TM模式数据进行二维反演,其次是TM+TE模式,一般不要单独采用TE模式.     

Application of the 3D magnetotelluric inversion code in a geologically complex area

The WSINV3DMT code makes the implementation of 3D inversion of magnetotelluric data feasible using a single PC. Audio‐magnetotelluric data were collected along two profiles in a Cu‐Ni mining area in Xinjiang, China, where the apparent resistivity and phase curves, the phase tensors and the magnetic induction vectors indicate a complex 3D conductivity structure. 3D inversions were carried out to reveal the electrical structure of the area. The final 3D model is selected from the inversion results using different initial Lagrange values and steps. The relatively low root‐mean‐square (rms) misfit and model norm indicate a reliable electrical model. The final model includes four types of low resistivity areas, the first ones coincide with the known location of an orebody and further forward modelling indicates that they are not in full connectivity to form a low resistivity zone. The second ones are not controlled by magnetotelluric sites and embody little information of the observed data, they are considered as tedious structures. The third one is near to the regional Kangguer fault and should be treated carefully considering the effect of the fault. The last ones are isolated and existing at a limited level as the first ones, they should be paid more attention to.     

芦山MS7.0地震余震期间大地电磁视电阻率变

以2013年4月20日芦山M_S7.0地震震后5月3—24日距主震震中约7 km处所观测到的大地电磁数据为基础, 分析地下电阻率变化与较大余震(M_S>3.0)活动的关系． 为确保用于地震异常分析的观测数据的可靠性, 基于大地电磁方法的特点, 使用稳定估算(robust)技术和相干度因子约束等方法得到各频点一定数量的自功率谱和互功率谱, 再根据视电阻率和相位曲线的分布形态, 剔除引起视电阻率和相位曲线突变的谱值之后得到高质量的视电阻率和相位曲线． 此外, 根据曲线形态和误差分布来判断数据质量, 剔除可能受到干扰影响的数据, 以获得能够真实地反映地下电阻率变化的视电阻率分析结果． 结果显示: 观测期内的yx极化模式的视电阻率值总体呈非单调的增大趋势, 最大增幅达27%; yx极化模式的视电阻率值几乎在每个相对集中的较大余震丛集后均会出现高值, 而较大余震丛集期间对应的则是视电阻率低值． 从物理机制上分析地震的电阻率效应源于微裂隙内孔隙流体的变化, 故推测芦山地震余震期间电阻率的增加趋势是由于震后应变释放区应力恢复和孔隙度恢复所致．      

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.     

Three‐dimensional modelling of magnetotelluric data to image Sehqanat hydrocarbon reservoir in southwestern Iran

A detailed magnetotelluric survey was conducted in 2013 in the Sehqanat oil field, southwestern Iran to map the geoelectrical structures of the sedimentary Zagros zone, particularly the boundary between the Gachsaran Formation acting as cap rock and the Asmari Formation as the reservoir. According to the electrical well logs, a large resistivity contrast exists between the two formations. The Gachsaran Formation is formed by tens to hundreds of metres of evaporites and it is highly conductive (ca. 1 Ωm–10 Ωm), and the Asmari Formation consists of dense carbonates, which are considerably more resistive (more than 100 Ωm). Broadband magnetotelluric data were collected along five southwest–northeast directed parallel lines with more than 600 stations crossing the main geological trend. Although dimensionality and strike analysis of the magnetotelluric transfer functions showed that overall they satisfied local 2D conditions, there were also strong 3D conditions found in some of the sites. Therefore, in order to obtain a more reliable image of the resistivity distribution in the Sehqanat oil field, in addition to standard 2D inversion, we investigated to what extent 3D inversion of the data was feasible and what improvements in the resistivity image could be obtained. The 2D inversion models using the determinant average of the impedance tensor depict the main resistivity structures well, whereas the estimated 3D model shows significantly more details although problems were encountered in fitting the data with the latter. Both approaches resolved the Gachsaran–Asmari transition from high conductivity to moderate conductivity. The well‐known Sehqanat anticline could also be delineated throughout the 2D and 3D resistivity models as a resistive dome‐shaped body in the middle parts of the magnetotelluric profiles.     

Definitions of apparent resistivity for the presentation of magnetotelluric sounding data1

A new definition of apparent resistivity for the presentation of magnetotelluric sounding data is proposed. The new definition is based on the frequency-normalized impedance function. Both the existing and proposed definitions of apparent resistivity are analysed theoretically and are compared using model curves computed for a 1D earth model. Apparent resistivity curves computed using the proposed definition are a better approximation to the true resistivity values of the subsurface layers. In addition, the layers are more noticeable on the apparent resistivity curves, which is an advantage, especially for the ascending and descending type of apparent resistivity curve.