非均匀P-偏振电磁波在导电界面的类全反射横向偏移

利用非均匀P-偏振电磁波（电场平行于入射面）在导电界面反射系数所产生的附加相角导出了非均匀电磁波在导电介质界面的横向偏移，并给出了一个低频电磁波算例，绘制了横向偏移随入射角的变化曲线. 计算结果表明，入射角在相移常数临界角、衰减常数临界角和90°处，横向偏移曲线存在三个间断点；当入射角等于这三个角时，电磁波将沿界面传播；当入射角在这三个角附近时，横向偏移效应影响较大；在其他角度入射时横向偏移与波长在一个数量级. 论文还讨论了横向偏移效应对电磁波测井测量结果所产生的误差，并给出了误差计算方法和算例.     

基于方位电磁波的煤岩层界面及低阻异常体探测方法（英文）

以煤岩介质和煤岩界面作为电磁波传播响应研究对象,构建与煤岩电磁参数相关的地质模型。针对煤矿井下随钻方位电磁波探测技术在煤岩地质导向中的响应特性进行深入分析,研究煤岩界面探测识别方法及其适用性。模拟仪器在煤岩层响应特性规律,建立煤层顶底板界面的方位、仪器到煤层界面距离的计算方法。利用拟牛顿法对随钻方位电磁波电阻率仪器响应理论模型进行反演计算,并对模拟数据数据进行实时反演,降低了Jacobian矩阵的计算次数,提高了反演速度并降低了对初值的依赖性。基于正反演数值仿真模拟,获得低阻含水层、异常地质体（陷落柱、夹矸层等）方位电磁波探测的信号响应规律。通过正交线圈的定向电动势模拟成像方法研究,验证了高阻煤层中方位电磁波电阻率应用的可行性、能够为煤层界面、地质异常体探测及地质导向应用提供依据。     

非均匀电磁波在导电媒质界面反射的横向偏移

由电磁场边值关系给出了非均匀电磁波在导电媒质界面反射时反射系数所产生的附加相角. 利用这一附加相角导出了非均匀电磁波在导电介质界面的横向偏移,并进行了横向偏移的相关计算,绘出了横向偏移随入射角的变化曲线. 结果表明：在导电媒质界面反射电磁波的横向偏移随入射角的增大而增大,当入射角接近90°时,电磁波在界面要传播较长时间后才返回第一种媒质. 在同一入射角电场偏振化方向在入射面的电磁波要比电场偏振化方向垂直于入射面的电磁波的横向偏移大,随着电磁波频率的增加横向偏移变小.     

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.     

电场垂直入射面的非均匀电磁波在导电媒质界面的类全反射横向偏移

利用电磁波在导电媒质界面反射系数的附加相角，导出了电场垂直于入射面的非均匀电磁波在导电介质界面的类全反射横向偏移，并对横向偏移进行了相关计算，绘出了横向偏移随入射角的变化曲线. 结果表明：入射角在相移常数临界角、衰减常数临界角和90°处，横向偏移曲线存在三个间断点. 当入射角等于这三个角时，横向偏移为无穷大，即电磁波将沿界面传播；当入射角在这三个角附近时，横向偏移变得非常大.     

随钻条件下井旁界面声电效应的辐射电磁波响应特征

孔隙地层中存在着动电耦合现象,弹性波作用在声阻抗或者电化学性质差异地层会产生辐射电磁波.本文探讨了随钻条件下,利用孔隙地层中的动电耦合效应探测井旁地质体的可行性.为此模拟了井外存在声阻抗差异和电化学差异界面时声波诱导的辐射电场响应特征.求出柱坐标下介质中声场和电场函数表达式,由此计算并比较了均匀介质和弹性差异界面情况下井中接收到的电场.发现随钻条件下,井外的弹性差异界面会产生以光速传播的辐射电磁波.该电磁波反映了井外地质信息,并先于井中直达声波的伴随电磁场到达接收器,因而可以直接观测到.此外,还发现界面辐射电磁波可以用来探测油、水等电化学性质差异大而弹性阻抗差异小的界面;声源频率以及界面两侧地层性质差异程度是辐射电磁波幅度的影响因素.     

长偶极大功率可控源电磁波响应特征研究

地球物理学中关于电磁波勘探研究通常采用的是地球半空间模型.然而,对于几十公里的有限长电缆源（长偶极源）,远距离电磁波场探测必须要考虑电离层的影响,它是一个全空间问题.关于包含电离层、空气层和地球介质（我们称“地-电离层”模式）的电磁波场特征的研究在国外较少,国内几乎是空白.本文采用全空间积分方程法首先对小尺度的可控源电磁波场特征进行了研究,由于此时电离层的影响可忽略,它应该和半空间成熟的CSAMT模拟结果一致,对比结果表明,二者是一致的,验证了全空间模拟方法的可靠性和有效性.随后进行了50 km长电缆电离层和空气层高度都为100 km的“地-电离层”模式大尺度电磁波场模拟,以探讨大尺度可控源电磁波场的特征.给定频率的“地-电离层”模式电磁场的衰减曲线表明长电缆远距离电磁波场由于受电离层的作用存在衰减逐渐变小的过渡场和衰减变小的波导场.为了探讨复杂介质“地-电离层”模式电磁波特征,对“地-电离层”模式的典型地盾和地台多层介质模型进行了数值模拟,得到了偶极源长度50 km、电流200A、收发距离远达1600 km和2500 km的合理的电磁场结果.最后,对一简单含油储层结构模型进行了长偶极、大功率、远距离电磁波场响应计算.储层横向不均匀复杂结构模拟的结果表明,考虑电离层和大气层的“地-电离层”模式大尺度深层复杂介质模拟时,电磁场对深部目标体仍有很好的异常响应.     

随钻电磁波测井地层产状因素响应特征三维数值模拟

随钻电磁波电阻率测井是目前国内实时评价地层含油性和地质导向的主要方法,其在地层界面附近的响应特征是判定实际地层产状、实施地质导向的根本依据.因此研究地层产状因素对随钻电磁波测井响应的影响特征和规律,对判定地层界面、调整地层模型有重要的意义.本文以哈利伯顿EWR—PHASE4单发双收仪器为例,利用ANSYS软件采用矢量有限元方法对不同地层条件下的响应特征进行了三维数值模拟.数值模拟过程中通过控制网格大小,在保证计算精度的前提下减小计算规模、提高计算速度.最终得出了目的层厚度、倾角以及与围岩电阻率比值等因素对随钻电磁波测井响应的影响特征和规律,指出了犄角信号出现的条件,为随钻测井过程中实时正确判识地层产状提供了理论依据.     

TI介质射线追踪及其高斯束成像应用

射线追踪是一种高频近似前提下快速有效的波场近似计算方法,传统的基于弹性参数的各向异性介质运动学和动力学射线追踪方程,求解过程中需要处理Christoffel方程的特征值问题,因而计算效率比较低.为了解决这一问题,本文通过引入相速度和群速度,对运动学和动力学追踪方程进行修改和简化,有效地提高了各向异性介质射线追踪算法的计算效率.另外,我们将该算法应用到各向异性偏移中,实现了共炮域TI介质高斯束叠前深度偏移方法.VTI介质Hess模型和TTI介质洼陷模型的试算结果说明了该方法的正确性和有效性.     

多相流动电磁波成像测井测量敏感场计算

在多相流动电磁波成像测井研究中，测量敏感场是设计测量仪器和研究图像重建算法的前提工作. 本文用数值方法计算多相流动电磁波成像测井测量敏感场. 根据测量探头电极阵列的对称性，将三维敏感场问题划分为轴向和横向两个平面问题，然后应用有限元算法求解两个平面电势分布问题，对于不同介质模型，计算各种测量条件下测量区域内电势分布，进而根据电势分布计算测量敏感场. 结果表明测量敏感区域为发射电极到测量电极的弧形区域，在发射电极到测量电极的电势梯度线上，测量敏感函数近似于一个指数函数.     

二维频率测深边界单元法正演计算

在二维层状介质中含有横向非均匀体的地电断面情况下，对电偶源的偶极长度作了延长，并选取了适当的基本解及无穷远边界条件，因而将相应的含源谐变电磁场的边值问题转化为较简单的边界积分方程．用边界单元法求出了相应的电磁场分量，进而计算阻抗视电阻率，并对这一算法作了相应的检验．     

基于电场矢量波动方程的三维可控源电磁法有限单元法数值模拟

从可控源电磁法的基本原理出发,推导了基于电场矢量波动方程的三维边值问题,利用广义变分原理,把边值问题转换为变分问题,并引入散度条件,避免了伪解的出现,使有限元计算在理论上更加完备.在准静态近似条件下,把水平电偶极子在空中和大地的远区电场闭合表达式作为有限元计算中的区域外边界条件,解决了边界条件加载的困难;把应用于地震模拟中的伪delta函数引入到可控源电磁法中的三维有限元模拟中,消除了源点的奇异性,提高了方程组的稳定性.通过对均匀大地和层状介质模型的模拟,检验了程序的正确性,并对典型的地质体模型进行了数值模拟,分析了其变化规律.     

均匀半空间瞬变电磁场直接时域响应数值分析

近源时域电磁场具有信号强、探测深度大和精度高等优点,但传统瞬变电磁场理论中偶极子近似在近源区会引起较大误差,推导瞬变电磁场直接时域解析式是解决这一问题的关键.本文在点电荷微元假设下通过时域格林函数,采用分离变量等方法推导出了上半空间一次有源波动场和反射波的时域解析式和下半空间二次无源波动场的时域解析式,结合均匀半空间瞬变电磁场的边界条件给出了均匀半空间瞬变电磁场的直接时域解析式,进而利用第一型曲线积分,通过沿回线源叠加推导出圆回线源在瞬变电磁场中的直接时域解析式.然后在半空间表面上,与传统的电偶极源假设下的表达式作了比较.数值结果表明两者在远源区的计算结果相差甚微,而近源区则存在很大误差.本文利用真正点元（点电荷）严密推导给出的均匀半空间表面上瞬变电磁场的直接时域解析式适用于全场区探测,克服了偶极子假设下只适用远场区的不足,为瞬变电磁法的进一步发展和实际勘探提供了新的理论基础.     

Coulomb 规范下地电磁场的自适应有限元模拟的理论分析

地电磁场的直接求解法存在伪解现象，且电磁场分量在界面上的不连续性与节点型有限元的基本要求矛盾. 本文将Coulomb 规范下磁矢量势-电标量势与自适应有限元相结合，提出了地球物理电磁场计算的快速、高精度方法. 首先从地电磁场一般边值问题出发，给出了Coulomb 规范下磁矢量势-电标量势的公式系统，分析了求解域内势的连续性. 采用Galerkin 加权余值法推导出积分弱解形式和Delaunay非结构化四面体单元时Hierarchal 基函数的有限元方程. 基于超收敛恢复技术，提出了适用于电磁场的后验误差估计方法，阐述了地电磁场自适应计算的策略及迭代算法，分析了计算时间消耗和误差收敛性质，表明本文方法可以用最优的计算资源得到呈拟指数收敛到准确解的数值结果，从而为后续的数值计算奠定了理论基础.     

Numerical modeling of the 2D time-domain transient electromagnetic secondary field of the line source of the current excitation

To effectively minimize the electromagnetic field response in the total field solution, we propose a numerical modeling method for the two-dimensional (2D) timedomain transient electromagnetic secondary field of the line source based on the DuFort-Frankel finite-difference method. In the proposed method, we included the treatment of the earth-air boundary conductivity, calculated the normalized partial derivative of the induced electromotive force (Emf), and determined the forward time step. By extending upward the earth-air interface to the air grid nodes and the zero-value boundary conditions, not only we have a method that is more efficient but also simpler than the total field solution. We computed and analyzed the homogeneous half-space model and the flat layered model with high precision—the maximum relative error is less than 0.01% between our method and the analytical method—and the solution speed is roughly three times faster than the total-field solution. Lastly, we used the model of a thin body embedded in a homogeneous half-space at different delay times to depict the downward and upward spreading characteristics of the induced eddy current, and the physical interaction processes between the electromagnetic field and the underground low-resistivity body.     

二维水平电偶极变频测深阻抗视电阻率的有限元正演计算

在二维地电断面情况下,电偶源变频测深阻抗视电阻率的有限元计算,存在着两个困难:一个是对源的处理;另一个是边界条件的确定。本文提出了解决这两个问题的方法,构成了含源波动方程的边值问题,用有限元法求出了相应的电磁场分量,从而计算出二维地电断面的阻抗视电阻率。对各种地电断面计算的结果表明,计算方法是正确的,可对实际地电断面进行有限元模拟,求得其电磁响应。     

瞬变电磁场时域格林函数解

近源时间域电磁场具有信号强、探测深度大、精度高等优点,但传统勘探电磁场理论中偶极子近似在近源会引起较大误差,导致这一优势的发挥受到了制约.开展直接时间域电磁场解析式研究,是解决这一问题的途径之一.本文提出在点电荷微元假设下,引入时域格林函数,求取瞬变电磁场时间域解析解.采用积分运算法,把电磁场阻尼波动方程的求解问题转化为求其格林函数积分形式解的问题;建立辅助路径解决奇点问题,利用复分析中的约当引理、留数定理和广义函数等理论和方法,推导计算出时间域格林函数的时空四重广义积分.得到达朗贝尔方程的直接时域格林函数精确解析式,与传统方法“比拟”出的公式具有相同的形式,验证了本文推导的时域格林函数解析公式的正确性;推导出扩散方程的直接时间域解析解.通过与时变点电荷源时间域的电磁响应近似表达式进行对比,得出本文所推导的公式计算精度较高的结论;建立了全空间回线源瞬变电磁场问题的直接时间域求解公式.为解决全场区瞬变电磁场精细探测直接时域解析问题提供了基础理论.     

可控源电磁三维频率域有限元模拟

本文采用电磁场的磁矢量位和电标量势,将Maxwell方程组化为位势的类似于Helmholtz型方程,并引入罚项及稳定化方法克服了电磁三维有限元算法中的伪解及数值不稳定性;采用人工边界把计算区域局域化,将均匀半空间中水平电偶极子源产生的位势值作为人工边界上的第一类边界条件以表示源的作用,减少了实际的计算区域.理论模型和复杂模型的计算结果均表明,可控源电磁三维有限元数值模拟给出了稳定、可靠的电磁场分布.     

一类非均匀介质中电磁场的延拓

本文讨论具垂向光滑变化的非均匀介质中电磁场延拓的数学物理问题及稳定化的算法原理。首先从电磁场的基本方程出发,导出了垂向非均匀介质下磁场的垂直分量所满足的二阶偏微分方程,并且依照实际背景将场的延拓问题化归为解相应二阶椭圆型方程的Cauchy问题。接着利用Fourier变换方法得到了场延拓的形式表达式,然后给出了几种特殊垂向非均匀介质下场延拓的精确解析公式。最后,应用正则化方法建立了场延拓的稳定化的公式,给出了所得公式的离散化形式,同时指出了相应正则化参数的选择原则。     

二维层状介质点电源边界单元解

本文用付氏变换将点源二维地电断面的三维边值问题变成二维边值问题,然后讨论了边界元法在解决层状介质中存在二维柱体时点源场视电阻率计算问题中的应用。由于选取的基本解避免了对水平层状界面的积分计算,从而大大减少了边界剖分节点数。在计算中设法略去了对边界上位场法向导数的求解,使未知量大为减少,从而便利了求解二维边值问题,并由付氏反变换求得三维空间中的位。本方法所需计算机内存少,原始数据的输入简单,且有较高的计算精度。