导电导磁层状介质上的固定翼航空瞬变电磁响应

基于电磁理论,导出了含介电参数、电导率参数和磁导率参数的导电导磁层状大地条件下的固定翼航空瞬变电磁响应的计算公式.编制了计算机程序,并对理论模型进行正演计算,根据计算结果分析了模型的介电常数、电阻率和磁导率参数、飞行高度参数对响应的影响.理论模型的计算结果显示当其它条件相同时,介质电阻率越小或磁导率越大,则航空电磁响应...     

层状介质中水平磁偶极子电磁场空间分布特征

针对岩层中介电常数和磁导率随深度变化的情况,给出水平磁偶极子源电磁场的水平或垂直空间分布特征及相应的变化规律。采用Kong给出的汉克尔（Hankel）J0变换线性滤波器（241点）和汉克尔J1变换线性滤波器（241点）算法,选用均匀大地和两层地电模型,讨论介质的介电常数和磁导率变化时的水平磁偶极子电磁场空间分布特征。计算结果表明,磁场的峨分量幅值与磁导率反相关;磁场H2和电场Ey分量随着磁导率的增大而增大;低频电磁测深中介电常数变化时对电磁场基本没有影响。     

矿井瞬变电磁法三维时域有限差分数值模拟

给出了矿井全空间瞬变电磁场的时域有限差分法(FDTD)算法,并推导了Mur吸收边界条件.利用Mur吸收边界条件,选用均匀全空间电偶极源作为初始激发源,模拟了均匀介质中巷道底板岩层内部和层状介质中三维低阻异常体的全空间响应特性,分析了瞬变电磁场在均匀介质中1.9μs和27.6μs两时刻的传播规律及在层状介质中1.2μs和0.023 ms两时刻的传播规律.结果表明:巷道对电场的影响在初期并不明显,在20μs后才表现出来;瞬变场能较好地分辨低阻层,对高阻层的穿透能力强,并且对低阻体反映灵敏;吸收边界条件只有在场域较大、网格节点较多时才能产生明显的效果.所研究成果为矿井瞬变电磁法资料的解释提供了理论依据.     

浅海域海底极低频电磁响应特征研究

极低频电磁探测方法(WEM)是一种新型人工源低频电磁探测技术,目前尚未见极低频电磁探测方法的海区研究,缺少相关经验.为测试WEM在海洋环境中的电磁响应特征,本文将"地-电离层"全空间电磁波传播理论应用到含海水介质的"地-电离层"全空间模型,由地表处数值格林函数出发,利用空气层与海水层界面谢昆诺夫势函数满足的边界条件,推导了海底界面的场强表达式.采用高采样密度的Hankel数字滤波方法进行数值模拟计算.为探究WEM在海洋油气资源探测中的适用性,建立简化海洋地电模型,通过分析WEM对不含异常体的背景场和含高阻油气异常体时的电磁响应曲线差异来检测WEM探测海底高阻油气层的可行性.并讨论不同观测方式、不同收发距以及海水层厚度、油气层埋深和油气藏厚度对WEM电磁响应特征的影响.研究结果表明,WEM可在数百千米收发距下探测浅海区域海底下方电性异常体的存在.     

金属套管井中电磁测井响应的数值计算

分析了金属套管井中有限尺寸线圈的电磁响应特征,讨论了井眼泥浆参数、套管参数和不同线圈尺寸对电磁测井响应的影响,考察了金属套管中电磁测井对地层电阻率变化的灵敏度.径向非均匀介质的模拟计算表明,在套管井中井眼泥浆对电磁测井的影响较大,必须进行校正.在低频条件下,井间测量响应中金属套管与地层的电磁响应是非耦合的,两者可以分离.在套管参数一定时,套管响应与地层的响应的比值近似一个常数.电磁响应对地层电阻变化的灵敏度分析显示,井间电磁测量在储层研究尺度对地层电阻率变化响应灵敏,套管引起的衰减稳定.在其它参数相同的前提下,线圈直径的增大有助于有效电磁响应信号的增强,给大井间距测量提供了可能.不同磁导率金属套管的电磁响应分析表明,电磁测井中,采用非磁性或弱磁性套管要优于一般的铁磁性套管.     

套管参数对瞬变电磁测井响应的影响

瞬变电磁测井是一种利用套管井内的瞬变响应获取套管外地层电导率的有效方法,但是该方法受套管参数(电导率、磁导率、厚度)的影响很大.本文用频谱法分别在一维和三维三层介质套管井模型中求得了套管井内瞬变电磁响应的精确解,研究了套管对瞬变电磁响应的影响.在一维模型中,套管内表面的反射系数随套管电导率和厚度增加而增大,随磁导率的增加而减小;套管外表面的透射系数随套管电导率和厚度的增加而快速减小,然而其受磁导率的影响较小.在三维模型中,套管内表面的反射系数随套管电导率的增加而减小,随磁导率和套管厚度的增加而增大;套管外表面的透射系数则随套管电导率、磁导率和厚度的增加而减小.依据Doll电磁感应原理,用两个相邻井内深度点测量的瞬变电磁响应相减可以有效消除与地层电导率无关的无用信号.响应相减后的幅度与不同地层电导率的差在400 Hz以下的频率范围内呈线性关系.而0～100 Hz频率范围是瞬变电磁信号各频率分量的主要分布范围,因此用井内瞬变电磁方法对地层电导率进行测量具有可行性.     

浅海瞬变电磁全波形响应特征及探测能力分析

瞬变电磁法在浅海工程勘探等领域受到了越来越多的关注.目前浅海瞬变电磁仍处于应用初期,相关研究少且未有成熟装备问世,有必要研究其探测能力并为观测系统选取最佳观测参数.本文以几种典型发射波形为例,采用褶积算法细致分析了不同发射波形条件下浅海瞬变电磁on-/off-time响应受海底介质电导率、磁导率及发射波形脉宽等参数的影响特征与规律;通过三维正演并设定极限探测深度阈值,进一步分析不同发射波形on-/offtime期间浅海瞬变电磁探测能力及对典型三维目标体的极限探测深度.基于本文研究成果,可为浅海瞬变电磁探测装置设计、观测系统的参数选取及试验参数的选取等提供了一些有价值的理论借鉴.     

强磁性体ΔT异常计算的误差分析研究

本文主要针对当前磁法勘探中高精度处理解释的需求,对强磁性体ΔT异常计算存在的误差进行分析研究.我们首先通过理论模型计算试验,证明常规计算采用的投影关系的ΔT与实际测量的模量差ΔT之间的误差E在磁异常幅值大时是明显存在的,其影响不容忽视.其次,当磁性强且剩磁存在时,投影ΔT曲线及其误差曲线在磁化方向与地磁场方向改变时具有一定的对称性;地磁场T0、磁性体形态(如二度水平圆柱体模型的半径r、柱体埋深R)和磁性参数(如磁化率κ)等参数确定的情况下,最大误差值出现在磁性体正上方,且其大小与磁性参数(κ)和模型体规模(如r/R)之间皆是指数关系;另外,研究还发现ΔT的计算误差曲线的一些其他规律特点,如在各纬度带上,ΔT计算误差的最大值Emax曲线的极值主要分布在中纬度地区;磁异常矢量Ta与地磁场T0的夹角θ逐渐变化时,随θ变化Emax曲线的极值分布在θ=90°~120°范围内;当磁异常幅值小于10000nT时,最大误差近似为磁异常矢量垂直于地磁场方向的测点附近的误差值;另外,磁性体(圆柱体为例)的半径(即尺度)与埋深的比值r/R超过0.5,且磁化率超过0.1SI时误差已达到3.9nT,磁化率增大与对应的Emax的值呈指数增长特点.因此,我们的研究表明,在强磁性体、磁异常幅值大的数据处理、反演及解释时,现有方法会产生较大的误差,应该基于严格的模量差ΔT,完善相应的处理以及反演方法.     

等值反磁通原理瞬变电磁法探测薄层能力

等值反磁通原理瞬变电磁法(OCTEM)的应用日益普遍.为了研究其探测能力,论文基于正演层状模型的瞬变二次磁场时间导数响应,以包含薄层的响应和不包含薄层的背景响应的相对误差作为评价指标,对比分析了不同埋深、不同厚度、不同电阻率薄层以及不同电阻率围岩等情况下的瞬变电磁响应相对异常.结果表明:OCTEM对低阻薄层较对高阻薄层更敏感,薄层与围岩电阻率差异越大,薄层厚度与埋深比越大,越容易被探测到.以响应相对异常值15%作为临界标准探讨了OCTEM方法的探测能力(薄层厚度与可探测埋深的百分比):对于低阻薄层,当与围岩电阻率比值为0.1时,OCTEM探测能力约为1.5%;对于高阻薄层,当与围岩电阻率比值为10时,OCTEM探测能力约为20%.相同情况下常规单磁源瞬变电磁法的探测能力分别为2%和25%,略低于OCTEM对薄层的分辨能力.     

用扩散电场法估算CHTEM-I系统的探测深度

时间域航空电磁系统的探测深度是一项关键技术参数,在系统研制设计和资料解释中都有重要作用.当目标层与围岩电性差异不大或目标层引起的异常响应不明显时,常规的估算探测深度方法不再适用,为克服这种缺陷,本文提出了一种系统探测深度的估算方法,该方法通过模拟电场在均匀半空间模型和层状模型中的扩散过程,记录电场最大幅值在地下的瞬时位置,将系统的探测深度定义为观测到的响应值等于给定的噪声水平时,对应时刻的地下介质中感应电场幅度的最大值对应的深度.论文以我国自主研制的直升机时间域航空电磁系统CHTEM-I为例,根据对不同条件下的计算结果的分析,给出了探测深度与模型电导率、飞行高度和噪声水平之间的关系曲线,并总结出一些能够提高系统探测深度的建议.结果表明半空间模型电导率在0.000295~0.0422S/m范围内,CHTEM-I系统可以在噪声水平与t-0.5成正比条件下达到300m的探测深度.本文方法的估算结果不受模型层厚薄,或目标层与围岩电性差异小等因素影响,因而具有较高的实用性.文中的结论对时间域航空电磁系统设计有理论指导意义,也可用于其它时间域电磁勘探系统探测深度的估算.     

基于岩石物理转换模型的苏里格致密砂岩储层测井评价与产能预测

苏里格地区致密砂岩储层勘探开发难度很大,测井解释遇到了储层参数计算和产能预测不准确的问题.本文针对这些难点,基于已有的转换模型,推导并验证了T₂-I和T₂-K_r转换模型,提出了采用转换模型应用于测井综合解释和产能预测的方法.基于实验数据设定孔径大于1 μm的孔隙为大孔,中孔孔径在1 μm和0.03 μm之间,小孔孔径为0.03 μm以下.并建立了不同孔径范围模型中关键参数α与核磁参数T_2lm的关系,这为转换模型在测井解释中的应用提供了必要条件.本文在苏里格西区分别应用T₂-I和T₂-K_r转换模型求取含水饱和度和相对渗透率曲线,并进行产能预测,处理结果显示该方法具有很好的应用效果.     

ELECTROMAGNETIC SOUNDING NEAR A LARGE SQUARE LOOP SOURCE OF CURRENT*

An electromagnetic sounding experiment with a large square loop as source was carried out on the dried-up bed of a water reservoir near the town of Dharmavaram in Andhra Pradesh. The sounding was performed in both geometric and parametric modes, and involved measurements of phase as well as amplitude of the vertical magnetic field inside and outside the loop. The six-frequency EM system used for the experiment was found to be a workable system for electromagnetic sounding. The results of the experiment more or less confirm the conclusions from theoretical modeling. They also show that even though the earth is not always electrically horizontally layered over a sufficiently large lateral extent for the one-dimensional model to be strictly valid, it is still possible to apply such modeling to sounding curves taken one part at a time and obtain layer parameters which check qualitatively with the layer parameters obtained from direct current resistivity sounding.     

Relative performances of central and dipole frequency soundings over a layered earth

Variable frequency soundings in the audio-range replaces shallow conventional direct current methods for determination of layer parameters when surface layer resistivity is high. Central frequency soundings (CFS) is one such method that involves measurement of the existing vertical magnetic field component induced at the centre of a horizontal circular or square loop. Dipole method of frequency sounding using small horizontal coplanar loops (abbreviated DFS) measuring the same field component is also considered. Theoretical studies on CFS and DFS over two- and three-layer horizontally stratified earth are carried out and the response characteristics computed and analysed.Theoretical response curves for CFS and DFS over two- and three-layer earth models are presented in convenient forms. Response curves under similar geological-physical conditions are compared. The study indicates that the relative superiority of a method is controlled largely by the nature of the conductivity contrast and the ratio of the first layer thickness to loop radius or dipole separation. While CFS shows a better resolution of conductivity contrast, DFS works better at high frequencies. For resistive substratum, however, both lack proper resolution.     

A RECTANGULAR LOOP SOURCE OF CURRENT ON A TWO-LAYERED EARTH*

Using the concept of reciprocity and the known solution for the electric field of a vertical oscillating magnetic dipole source placed over a two-layered halfspace, an integral expression for the vertical magnetic field produced by a horizontal rectangular loop, carrying an oscillating current and placed on the surface of the same halfspace, is deduced. This expression is such that it can be evaluated by a combination of straightforward numerical integration and digital linear filter techniques. Displacement currents everywhere in space are neglected. Fields both inside and outside the loop are presented as sounding curves. A little over a decade of frequencies (100–3000 Hz) appears to be the minimum requirement and two decades (100–10000 Hz) are sufficient for most situations. Parametric and geometric sounding curves both show good resolution of subsurface layering. Phase shows better resolution than amplitude. Similarly, resolution is higher when conductivity increases with depth than when it decreases. Besides being useful for the electromagnetic depth sounding for layered earth structures, such computations can be applied to determine normal corrections to Turam observations, whenever a rectangular loop of finite size is used as a transmitter.     

编码电磁测深

利用逆重复M序列伪随机信号良好的自相关特性,提出相关检测地电传输特性的编码电磁勘探法.分析了编码电磁测深原理及参数提取方法.同时记录发送电流信号和多收发距电磁场响应,对源信号和场信号进行相关运算,解卷积分离接收系统响应后可得到大地的频率特性或时间特性,以此实现地电断面的精细探测.在时间域,大地冲激响应和阶跃响应含有丰富的地电信息.通过冲激响应的峰值时间或阶跃响应的晚期渐近值可估计地电阻率分布.基于层状模型的大地冲激响应和阶跃响应正演计算结果表明,编码电磁测深法对大埋深薄层目标体有精细的分辨能力.可应用于能源、矿产资源、水资源、环境地质及工程地质勘察,有良好的应用前景.     

典型干扰对岩体裂隙优势方位计算结果的影响研究

应用平凉台地电场NS、 EW方位大地电场的分钟值, 其矢量合成结果表明, 该场地的大地电场强度、 方向变化都具有日周期性, 并且其方位与应用潮汐谐波振幅计算的岩体裂隙优势方位α角一致。 在该场地, 来自空间的磁暴干扰对α角的计算结果基本不产生影响; 模拟加入脉冲、 电阻率观测人工供电、 地铁等典型干扰, 在干扰幅度小于平凉台日变波峰值时, α角的计算结果基本不受影响; 模拟加入直流阶跃干扰时, 干扰加入当天会影响α角的计算结果, 但从第2天起不再影响α角的计算结果。     

CENTRAL FREQUENCY SOUNDING IN SHALLOW ENGINEERING AND HYDRO-GEOLOGICAL PROBLEMS*

The paper deals with the early stages of development of a convenient form of electromagnetic induction method of sounding referred to as ‘Central Frequency Sounding’ and abbreviated as CFS. The method is introduced as a rapid and useful technique for investigation of shallow engineering and hydro-geological problems. Sets of theoretical two-layer master curves, suitable for interpretation of field data involving measurement of the vertical magnetic component of the field induced at the center of a loop placed on a two-layer earth, have been presented. The approximate but reasonably accurate solutions for a two-layer earth of any arbitrary resistivity contrast have been considered for the purpose and expressed in a form suitable for computation. The computed results have been presented in sets of curves useful for interpretation of field data.     

电偶源频率电磁测深激发极化效应研究

本文研究含激电效应(IP)电偶源频率电磁测深问题.首先,通过对电偶源频率电磁测深电磁场分量分辨率的分析,提出利用电场Ex分量提取IP信息的合理性;然后,给出了同时存在激电和电磁效应时的理论计算公式和算法,对一些典型地电断面进行理论计算并对计算结果进行分析;最后,提出提取IP信息的几种可能方案.这些工作不仅为野外实测资料...     

用扩散电场法估算CHTEM-I系统的探测深度

时间域航空电磁系统的探测深度是一项关键技术参数,在系统研制设计和资料解释中都有重要作用.当目标层与围岩电性差异不大或目标层引起的异常响应不明显时,常规的估算探测深度方法不再适用,为克服这种缺陷,本文提出了一种系统探测深度的估算方法,该方法通过模拟电场在均匀半空间模型和层状模型中的扩散过程,记录电场最大幅值在地下的瞬时位置,将系统的探测深度定义为观测到的响应值等于给定的噪声水平时,对应时刻的地下介质中感应电场幅度的最大值对应的深度.论文以我国自主研制的直升机时间域航空电磁系统CHTEM-I为例,根据对不同条件下的计算结果的分析,给出了探测深度与模型电导率、飞行高度和噪声水平之间的关系曲线,并总结出一些能够提高系统探测深度的建议.结果表明半空间模型电导率在0.000295~0.0422 S/m范围内,CHTEM-I系统可以在噪声水平与t^－0.5成正比条件下达到300 m的探测深度.本文方法的估算结果不受模型层厚薄,或目标层与围岩电性差异小等因素影响,因而具有较高的实用性.文中的结论对时间域航空电磁系统设计有理论指导意义,也可用于其它时间域电磁勘探系统探测深度的估算.