Analysis of influencing factors of clay particle diffusion in electric double layer北大核心CSCD

双电层结构对研究黏土力学特性、冻土水分迁移等具有重要意义。为了探究不同影响因素对黏土颗粒扩散双电层电势分布的影响,借鉴Gouy-Chapman-Stern双电层理论,基于Nernst-Planck方程和Poisson-Boltzmann方程,利用数值软件COMSOL定量分析了温度、浓度、颗粒尺寸、颗粒形状以及溶液相对介电常数对扩散双电层电势分布的影响规律。研究表明：温度对电势分布的影响不明显,但随着温度以及Stern层厚度增加,黏土颗粒表面电势和Stern电势均增加;而随着溶液浓度以及相对介电常数减小,表面电势值增加;在矿物成分、表面电荷密度以及颗粒形状确定的情况下,尺寸对于扩散双电层电势分布的影响不显著;但颗粒的不规则形状对电势分布的影响较为明显,当颗粒形状存在夹角时,夹角处的表面电势远大于其他位置,且夹角越小,夹角处表面电势值越大。     

地质条件复杂地区瑞雷波勘探正演模拟

为研究复杂地质条件对瑞雷面波频散曲线的影响,采用有限差分地震数值模拟方法,对3种模型进行正演模拟,得出了某一时刻的波场快照与单炮记录。对模拟记录进行频散分析的结果表明:单层均匀介质没有频散现象;起伏地表两层均匀介质的频散曲线相速度只和介质本身的参数有关,不受地形的影响;水平地表含软夹层介质中,瑞雷波频散现象非常明显。      

综合电法探测坝体隐患

用综合电探方法,即激发极化法(极化率η、激发比J、衰减度D三个参数)、电测深剖面法和自然电场法探测坝体隐患,可取得实质性的效果,同时用该综合电探方法可有效地预测土石坝坝体的隐患.     

基于解析方法计算频散层状介质的探地雷达响应

考虑频散介质的电磁波传播,采用Cole-Cole公式建立频散模型。只考虑介质的介电常数随外加电磁场频率的变化,采用高密度采样滤波算法,模拟层状介质的雷达响应,从中可以看出频散介质对雷达波的衰减影响。     

岩溶塌陷自然电场及其应用

流经土洞或岩溶塌陷坑中的地下水破坏了土层的固-液界面离子双电层扩散区中正、负电荷的平衡,引起地下介质（土层）自然极化,形成自上而下的自然电场。土洞或岩溶塌陷在平面上产生自然电位似同心圆负心异常、在剖面上引起极小值异常;自然电位梯度在剖面上出现过零点异常,在平面上呈以零值线为对称轴的正负对称的似“蝴蝶状”异常。岩溶区自然电场法干扰因素主要有工业游散电流等人文干扰电磁场、地下金属管道（线） 自然极化电场、上升或下降泉自然电场、山地电场、炭质灰岩自然电场等。针对岩溶区自然电场法干扰因素特点,本文提出采用避让法、排除法、在线监测法进行消除,并将之应用于广西来宾市吉利村岩溶塌陷探测中。结果表明,自然电位剖面曲线在地面沉陷区中心附近出现极小值异常,自然电位梯度剖面曲线也在相同部位显示过零点异常。水文地质监测钻孔在相应的位置上分别揭露了塌陷堆积物、溶洞和断层破碎带,从而验证了上述自然电场法异常的属性。      

基于饱水页岩地震频段岩石物理测试的地震响应频散特征分析

页岩储层由于骨架和孔隙结构的微观非均质性,能够在地震频段内引起波诱导的孔隙流体流动相关的弹性频散和衰减,但声波测井和实验室超声实验测量频率段远超地震频段,不可避免产生测量速度和衰减差异。这里基于澳大利亚惠灵顿地区的页岩岩心在干燥和水饱和条件下地震频段的弹性和衰减测量结果,考虑频变反透射系数和衰减对地震波反射的影响,针对不同层厚的页岩储层开展地震响应计算,并利用Wigner-Ville分布时频分析技术讨论了页岩频散、衰减性质及层厚对其地震响应规律的作用。对于无明显速度频散和衰减的页岩储层,顶、底反射振幅的频变属性受调谐效应控制,主要呈现出低频异常和陷频特征;而对于速度频散和衰减强烈的储层,顶、底反射振幅的频变属性同时受到调谐效应与储层本身频散衰减性质的作用。干燥和含水页岩储层地震响应的频变性质差异有助于加深对含流体页岩地震响应特征的理解,而基于地震频段实测数据正演和时频分析技术,对于提高页岩的地震勘探精度和流体识别具有重要的作用。     

弹性波数值模拟的混合边界与频散抑制

针对刚性边界条件、衰减边界条件与透射边界条件对弹性波场的影响及计算中产生的数值频散现象,将衰减边界与透射边界双重作用于人工边界,引入了混合边界条件,并在计算中采用了微量阻尼的方法,结果表明,混合边界条件能更好地吸收人工边界的反射;数值频散的阻尼算法能大大减弱由网格剖分、计算误差造成的频散现象。该方法可有效提高波场模拟精度。      

利用探地雷达的极化特性检测建筑物结构

探地雷达偶极子天线激发的是线性极化波,其主要极化方向与天线的长轴平行。接收天线对与其长轴平行的入射电场分量最敏感。对于高导圆柱体,当半径与波长之比较小时,其散射场TE极化的后向散射宽度要小于TM极化的后向散射宽度。通过桥梁结构检测实例证明,利用这种特性,在建筑物结构检测时,采用发射天线和接收天线平行、且垂直于钢筋走向的天线布置,可以减少浅部钢筋的散射,增强雷达剖面中对深部目标的辨识。     

流体饱和孔隙介质模型中震电效应的实验研究

震电勘探是一种非常有前景的应用地球物理方法,特别是在油气勘探开发领域具有很大的潜在应用价值.通过大量的物理模型实验观测,成功地观测并识别出了在流体饱和孔隙介质中声波激发产生的两类主要震电信号.第一类产生于均匀介质内部、仅存在于扰动区范围的局部震电场.该类震电信号传播的视速度、频谱特征与介质中对应的声波激发信号类似;另一类震电信号产生于两种性质不同的介质分界面,可在一定探测范围内随处同时观测到.实验发现,该类震电信号强度除与分界面处超声振动激发强度有关外,还与分界面本身的物理特性(弹性和电性)有关.特别是对储层油-水界面,其震电场反映明显.     

长导线源瞬变电磁响应中激电效应的影响特征

长导线源瞬变电磁实际测量时,经常观测到二次场衰减曲线的"符号反转"现象,这主要由于激发极化效应(IP效应)引起,这种现象对瞬变电磁响应数据和解释的可靠性产生影响。为了探讨IP效应对瞬变电磁的影响规律,首先在均匀半空间中研究激电效应影响规律,得出影响瞬变电磁响应的主要参数,然后引入相对误差表征极化效应的影响程度,来研究典型层状模型中极化层厚度和极化层埋深对瞬变电磁响应影响规律,最后以某石墨矿区地质物性参数为基础,对受激电效应影响的长导线源瞬变电磁数据解释,研究激电效应对实测数据的影响。通过研究得出结论:在均匀半空间模型中,零频电阻率和极化率对瞬变电磁响应的影响较大;对层状模型和实测数据的研究发现,当极化层的厚度、埋深和电阻率在一定范围内影响最大,而且即使实测石墨矿的极化率远小于这里采用的极化率值,但造成的影响不可忽略,因此表明激电效应对瞬变电磁的影响是复杂的。     

激电效应对瞬变电磁影响特征研究

当地下存在极化体时,在瞬变电磁测量中可能会出现负电磁响应。为了研究极化体所产生的激电效应对瞬变电磁的响应规律,以频域电磁正演为基础,采用余弦变换,这里重点研究了在电偶源激发下,层状可极化大地和半空间三维极化体电场分量瞬变响应特征,总结了激电效应对瞬变电磁响应的影响规律。     

多道瞬态面波在复杂地形条件下岩层划分中的应用研究

在复杂地表条件下,利用瑞雷面波进行勘探时,需要考虑地形对瑞雷波场传播地影响。针对倾斜地表两层地质模型,通过设计不同展布方向的检波器排列进行瑞雷波信号采集,利用高精度交错网格有限差分法,讨论经过快速傅里叶变换后的地震记录F-V频率谱,通过对比信号频率谱与理论多阶频散曲线,分析在不同地形条件下瑞雷波传播能量的变化特征,并提取叠加频散曲线;运用遗传算法对采集到的地震记录进行基阶与高阶瑞雷波联合反演得到目的层厚与初始模型层厚进行误差对比;并对理论正演初始模型的频散曲线与各地质模型利用F-K法提取的频散曲线进行全局拟合误差计算。分析表明:倾斜地形进行多道瞬态瑞雷面波勘探,相对于下部激发、上部激发会产生高阶频散趋势,因此对下部激发的地震记录进行反演产生的厚度误差相对较小。     

物性勘探-岩石物性研究的新方向

岩石物性涉及的范围很广,包括地质、采矿、地球物理及工程等许多领域。不同的领域所涉及的物性内容也有所不同,因而物性这个名词在不同学科之间交流时容易出现涵义上的某些混乱。所以,当我们谈到某个领域内的岩石物性时,首先就有个“正名”的问题。我们地球物理这个领域所说的岩石物性,就是指那些与形成地球物理场如弹性波场、电场、磁场、重力场、地热场等有关的岩石物性,即弹性波传播的速度与衰减、电阻率、极化率、磁化率、密度、导热率等等。     

激发极化介质的瞬变电磁一维正演

为了研究激发极化介质所产生的激电效应对瞬变电磁的响应规律,先求解相同装置的频率域电磁法响应,将表征介质激电效应的Dias模型在频率域中引入,然后采用正弦变换得到带有激电信息的瞬变电磁响应;重点讨论均匀半空间和层状可极化大地下的瞬变电磁响应特征。通过正演模拟分析得到:在均匀半空间情况下,极化率越大极化效应越强;激电时间常数越大,出现激电异常的时间越晚;极化电阻系数越大,出现激电异常时间越早。对于中间层极化率相同的不同电阻率的三层模型呈现如下规律:H型地电断面反映极化层能力最强,K型反映极化层能力最差,A型和Q型介于两者之间。     

电离层影响下均匀半空间水平谐变电偶极子的电磁响应计算

空气介质和电离层是电导率不同的分层媒质,当研究由空气层中电流或磁矩激发的电磁场时,地面接收到的电磁波不仅受到空气介质、地下介质的影响,而且还受到电离层的影响。首先,推导出了电磁场一般边值问题,然后,将电离层、空气及地壳视为均匀、线性、各向同性的三层媒质,考虑地壳、空气、电离层的相互耦合,利用分离变量法推导求得了位于地壳表面水平谐变电偶极子的电磁响应表达式,通过这些表达式能够方便地求出电离层影响下均匀半空间空气层中的电磁场场值,同时,为后续的数值计算奠定了理论基础。     

基于岩石电性参数频散特性的储层参数评价方法

基于岩石电性参数频散特性的物理机理,构建了新的岩石电频散特征参数——频散率P,通过模拟油藏条件下的储层岩石和人工岩样对比电频散实验分析,建立起频散率P与饱和度、孔隙度、渗透率、阳离子交换量Qv等储层参数的响应关系。研究表明:频散率P与含水饱和度、孔隙度具有较好的线性关系,频散率P与渗透率、阳离子交换量Qv具有较好的幂律关系。与模值频散率PZ和实部频散率PR相比,相位频散率Pφ和虚部频散率PL能够更好的表征岩石的电频散特征;频散率P和储层参数具有良好的相关性和指示性,可作为电频谱测井的储层评价参数。     

关于电子导体矿物形成自然电场机理的初步研究

石墨矿与金属硫化物矿都属于电子导体,它们形成自然电场的机理是否有区别,为什么石墨矿产生的负电位异常值比金属硫化物矿大?一般认为,潜水面切割矿体是产生自然电场的必需条件.但有人提出,矿体在潜水面上或下,都可能产生自电异常. 关于电子导体矿物自然极化形成自然电场的机理问题,迄今研究得还很不够.本文根据室内实验,仅就上述问题作一初步探讨.     

自然极化与铀淋滤富集

直接测量由地质体本身自然极化产生的电场,用以寻找矿产资源是地球物理勘探最古老的方法之一。由于方法简便,使用较为广泛,在寻找金属硫化物矿床和解决一些水文地质问题等方面,积累了一些应用该法的经验。     

改进的FCT方法在粘滞各向异性介质地震波模拟中的研究

在地震勘探中,粘弹性各向异性介质相比弹性介质更能实际表征地下介质的性质,这里主要针对Kelvin模型从本构方程、几何方程和运动微分方程,推导其一阶应力速度方程,运用交错网格有限差分法对其进行数值模拟,研究该介质中地震波的波场特征与传播规律。同时分析了品质因子Q对地震波在振幅以及频率上的衰减、吸收作用的影响。在数值模拟中,使用交错网格算法必然会造成数值频散或假频现象,从而干扰数值模拟结果的正确性。为了提高数值模拟效果,对常规FCT(通量校正传输法)方法进行优化来压制频散,模拟实例证明,优化后的FCT方法要比常规FCT方法在消除频散方面更加有效,能有效地改善数值模拟精度。     

非均匀饱和土中Love波的传播特性

基于Biot的横观各向同性饱和孔隙介质模型,考虑孔隙介质的非均匀性,导出了均匀饱和土半空间上非均匀饱和土层中Love波的复频散方程,并提出了复方程的迭代解法.以均匀弹性半空间上非均匀饱和土覆层为例,进行了数值计算,讨论了Love波的频散和衰减特性.