一种新型CSAMT观测参数的计算方法

常规的可控源电磁法理论在计算视电阻率公式上,由于主要采用了其电磁场,所以难以直接反映全频域视电阻率的值,也不能直观地显现出地下介质的地质构造。这里采用水平偶极子激发的电磁场,提出了电场的全域精确表达式,并可直接计算出大地电阻率。通过与卡尼亚电阻率计算的对比结果表明：该方法的结果在远区等价于卡尼亚电阻率,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。     

水平层状各向异性地层多分量感应测井数据的快速参数化反演算法

利用传输线理论、Sommerfeld积分快速计算以及最小平方拟合技术研究建立多分量感应测井数据的一种新的快速参数化迭代反演算法,同时重构水平层状横向同性地层的纵、横向电阻率以及水平层界面深度。首先,通过Fourier变换与传输线理论给出频率波数域中电磁场并矢Green函数在各个地层中的解析解,并利用三次样条插值和贝塞尔函数递推公式建立Sommerfeld积分的半解析算法,快速计算多分量感应的测井响应。然后在此基础上,利用摄动理论建立磁场并矢Green函数与模型向量间变化关系的摄动方程,并将摄动方程中各个积分转化为Sommerfeld积分,实现正演模拟的同时用半解析算法快速确定多分量感应测井响应的Fréchet导数。最后,利用归一化处理和奇异值分解技术,同时反演所有地层的纵、横向电阻率和层界面深度,实现输入数据和反演模型的模拟数据优化拟合。理论模型的数值结果验证了该反演算法的有效性及抗噪性。     

均匀半空间回线源非中心点频率域电磁场计算

在回线源频率域非中心点磁场计算过程中,会遇到双贝塞尔函数积分问题。这里给出了一种基于静磁场毕奥-萨伐定律计算双贝塞尔函数积分的数值方法,将频率域电磁场写成由回线源直接激发的一次场和由地下导电介质感应出的二次场的和的形式,根据一次场和二次场被积函数的形态区别,对两部分的积分采用不同的计算方法。为了验证该方法的准确性,将回线源剖分成若干个电偶极子,用电偶极子叠加的电磁场与本文提出方法计算的结果对比。对比结果表明,二者的相对误差很小,这有助于研究回线源电磁场的分布规律。     

2.5维电磁响应的有限元模拟与波数取值研究

利用有限元法实现了任意方向偶极子源在二维介质中频率域电磁响应的数值模拟,研究了波数取值对模拟结果的影响.通过对构造走向的Fourier变换,将全三维电磁问题,转化为一系列二维问题,并在波数域求解,极大地减小了计算工作量,导出了波数域耦合适用于二维电性介质中任何方向电或磁偶极子响应计算的电磁场方程.针对每个给定的波数,上述耦合电磁场方程用等参有限元方法在x-z平面内求解.采用Fourier逆变换,将波数域解积分,得到空间域电磁场.针对电磁模拟计算中,源点的奇异性,采用具有一定面积的伪δ函数表达源电流分布,使数值解精度得以提高.另外,采用等参有限元,使地下复杂地质体得到准确表达.利用不同波数值对均匀介质与层状介质的模拟结果与解析解的对比,验证了算法的正确性与精度.利用层状介质模型的解析解与数值计算结果的对比,分析了波数的优化取值范围及取值点数对数值模拟结果的影响,考察了算法对非均匀介质的适应性.     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(一)——瞬变电磁测深中偶极子源及其转换

偶极子源是电磁法研究的基本对象,是构成更复杂探测装置与资料解释的前提,也是电磁法勘探技术开发与创新的理论基础。从偶极子源的概念出发,导出了均匀大地表面上的主要偶极子源瞬变电磁场公式,并指明正垂直阶跃脉冲与负垂直阶跃脉冲激发的瞬变电磁场公式的异同,以加深认识。举例说明了相应于电性源与磁性源的场分量可根据电磁场的互易定理相互转换,便捷推导公式。重点阐述了由偶极子源的场强公式运用叠加原理可衍生更复杂的电磁场公式,诸如大回线源及其任意一点的瞬变电磁场公式,盘活了瞬变场的应用。      

关于频率电磁测深几个问题的探讨(五)——频率电磁测深中电磁场波型及意义

引出水平分层大地面上水平电偶极源及垂直磁偶极源的电磁场分量表达式,对式中核函数进行了变换,分析所含的波型及其与场区的关系,指出了TE型场、TM型场和TEM型场穿透地层的能力。根据波型与地层作用特点,优化电磁场分量,以提高频率电磁测深的探测效果。      

基于积分方程法的任意形状源多次激发三维电磁场反演

利用积分方程和阻尼最小二乘法,对任意形状源多个位置激发下三维异常体的电磁场进行了反演计算。计算中将任意形状源条件下多组激发点和接收点的电磁场数据统一考虑,求出了此种条件下的雅克比矩阵,反演得到了地下异常体的电阻率分布。模型试算结果表明,反演收敛速度快,对初值依赖性小,结果准确可靠。     

三维地形大地电磁场的边界元模拟方法

提出了一种用边界元法计算大地电磁场三维地形影响的数值模拟方法.首先用矢量积分理论和电磁场边界条件, 将上半空间(空气)和下半空间(地下介质)两个区域电磁场边值问题变为仅对地形界面的两个矢量面积分方程, 其中一个计算磁场, 称磁场方程; 另一个计算电场, 称电场方程.然后将对地形界面的积分剖分为一系列的三角单元积分.在三角单元积分中, 假设单元中电磁场为水平均匀大地空间电磁场与地形影响的迭加, 并假设地形影响为常项, 这样既保证了计算精度又使得计算方法简便.通过分解和计算, 每一个矢量面积分方程分解为对应3个坐标方向的3个常量线性方程, 这些线性方程组成了对角占优的线性方程组, 可用SSOR方法求解.文中给出了2个三维地形上大地电磁视电阻率曲线的计算结果.      

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。     

大定源瞬变电磁法矩形发射回线激发的电磁场

首先从垂直磁偶极子产生的电磁场表达式出发,推导出了矩形发射回线产生的电磁场表达式;然后通过Guptasarma积分和Hankel积分将这些表达式转换为时间域电磁场,求出感应电动势;最后通过模型计算来难验证其正确性.通过数值模拟发现,在层状介质模型情况下,矩形发射回线中心区域电磁场的瞬变响应近乎均匀,地表低阻层对电磁场有很强的屏蔽作用.     

Electric and magnetic fields in the astrophysics of wormholes

We consider the properties of electric and magnetic fields in vacuum in the neighborhood of static, spherically symmetric wormholes. Although certain aspects of this problem have been considered before, some important features remained undiscovered. We study in detail the properties of electric and magnetic fields in the case of quasi-adiabatic motion of field sources near an Ellis-Bronnikov wormhole and the passage of such sources through the wormhole. An exact solution is found in closed form for a wormhole immersed in a magnetic field that is homogeneous at infinity, as well as an exact solution for a dipolar field without sources. The properties of electromagnetic fields are important for possible observational manifestations of wormholes in astrophysics.     

E-E_φ、E-E_x广域视电阻率对比与应用

在准静态极限条件下,利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Eφ分量、E x分量的幅值范围。在均匀半空间的条件下水平电场Eφ分量、E x分量幅值范围不同,测量Eφ分量计算广域视电阻率可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。数值计算结果表明广域电磁法也有近区的存在。通过二层地电模型的正演理论曲线的讨论以及野外实测数据的对比与分析,发现E-Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较E-E x广域视电阻率小,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。     

Modeling the 3D Terrain Effect on MT by the Boundary Element Method

By using the numerical method to model the ter-rain effect on the magnetotelluric field,few resultshave been obtained. The finite element method(FEM) was used by Chouteau and Bouchard (1988)and Wannamaker et al .(1986) ,andthe boundary el-ement method (BEM) was used by Xu and Zhou(1997) and Xu (1995) to model 2Dtopographyinflu-ences on magnetotelluric surveys . The BEM methodwas also used to model the 3Dtopographic effect onmagnetotelluric deep sounding (Xu et al .,1997 ;Xu,1995) .In t…     

电偶源瞬变电磁测深研究(一)——基本原理

从分析瞬变电磁测深激发波形的频谱出发,进而证明瞬变电磁测深与频率电磁测深场分量间的关系,最后论述了探测地质结构的物理原理。      

海洋可控源电磁法几类偶极源探测海底高阻薄层的分辨率分析

针对海洋可控源中几类典型偶极源发射装置,建立各向异性地层高阻油气藏模型,采用基于格林函数的海洋一维地层解析方法,借助电磁场的互易性质,计算得到不同偶极源激发的电磁响应曲线。分析了不同偶极源的电磁响应特征,比较了各电磁场分量振幅和相位归一化曲线幅值。结果表明:垂直电偶极子源的各场的振幅归一化曲线对异常的反应最大,水平电偶极源对高阻层的分辨率高于垂直磁偶极源,水平电偶极源的轴向观测模式和水平磁偶极子源的赤道观测模式均有较好的分辨率,这两种模式下测量的与测线平行的电场和与测线垂直的磁场的分辨率最佳,且存在着最佳收发距,相位也有着近似相同的变化规律。      

磁偶极子存在时导电水平圆柱体的场

将磁偶极子在导电水平圆柱体的场分解为单磁极的一次场、二次场、柱内场、柱外场。然后,由两个单磁极的场叠加而得到磁偶极子的场,并编程序对总场的频率响应函数的虚实分量二次磁场分别做了计算。     

基于地下VLF人工信号源的定位技术研究

基于甚低频电磁波(VLF)穿透地层能力,研究地层对信号造成的影响,评估频率、功率和信号穿透能力的关系;从信号源、天线、信号处理滤波等方面讨论其实现的原理及关键技术;筛选适合地下-地表单向通信的合理方式和载波机制;建立简化的磁偶子定位模型,完成信号源的定向和定深。总结甚低频定位技术的关键方案,为煤层气水平井、水平对接孔、定向钻进导向孔、矿井救援等钻探领域中孔内信号传输提供一种新的通讯技术。