电性源瞬变电磁法E_X分量和H_Z分量对比分析

为了更好地利用电性源瞬变电磁法独特的优势,对其水平电场分量和垂直磁场分量在信号强度、探测精度以及探测范围上的差别进行了对比分析。根据电性源瞬变电磁的水平电场和垂直磁场的计算公式,设计不同的地电模型,通过数值模拟得出水平电场分量响应极大值集中于发射源附近,离发射源越远(偏移距越大)信号强度就越低,其探测精度随着偏移距的增大而增大;垂直磁场分量响应值在早期段离发射源越远值越小,在晚期段离发射源越远响应值越大,其探测精度随着偏移距的增大而减小。通过分析水平电场分量和垂直磁场分量探测精度随偏移距的变化进而确定其探测范围:当偏移距大于目的层深度的4.134倍时,选取E_X分量更有利于对薄层的分辨,当偏移距小于目的层深度的4.134倍时,H_Z分量对薄层的分辨能力更好,当偏移距约等于目的层深度的4.134倍时,二者的分辨能力分量相当。在实际应用中通过测量水平电场分量和垂直磁场分量,进而综合分析,取得了良好的地质效果。     

海底电缆电磁场分布模拟与分析

海底电缆的探测和识别技术是海底电缆维护与建设中非常重要的研究内容。海底电缆布设于海底,在通电情况下产生电场和磁场,符合可控源电磁法探测理论。本文采用频率域可控源电磁法2.5维高精度有限元数值模拟算法对海底电缆模型进行模拟与分析研究,以水平地形和起伏地形海底电缆模型为基础,重点对海水层厚度和海底界面两种参数变化前后电磁场分布特征进行了模拟与分析。数值算例表明:磁场分量H_y对于海水层厚度非常敏感,厚度变化0.2 m时,变化前后H_y偏差可达5%,从而论证了采用可控源电磁法理论对于海底电缆的探测和识别可行。     

各向异性介质中的浅海海洋可控源电磁响应特征

由于受到空气波的影响,浅海海洋可控源电磁数据对海底储油层的反映较弱,如何对浅海数据进行处理和解释一直是海洋电磁理论研究的热点。随着近年来海洋电磁理论的不断完善,浅海数据已经可以被较好地处理与反演,但是其解释水平仍然受基本理论研究不足的制约。针对这一现状,本文开展了海底电各向异性对浅海数据影响规律的研究。具体方法为:利用欧拉旋转建立不同的海底电性各向异性模型,然后采用交错网格有限差分法计算浅海海洋可控源电磁响应,最后通过分析同线情况下电场E_x分量的振幅和相位曲线特征以及海底电场及电流密度分布规律,分析各向异性对浅海海洋可控源电磁响应影响的物理机制,并讨论浅海各向异性情况下海洋电磁对高阻储油层的识别能力。得出的结论为各向异性介质中的浅海海洋电磁响应特征与深海有较大区别,在进行数据的处理、反演和解释时应区别于深海情况。     

电性源瞬变电磁对薄层的探测能力

电性源短偏移距瞬变电磁法是目前的研究热点。针对地球物理勘查中经常遇到的薄层探测问题,以接地长导线源一维正演为基础,通过定义垂直磁场的相对异常,分析对比了电性源瞬变电磁法对不同电阻率、不同厚度、不同埋深的薄层的探测能力,并讨论了不同偏移距对探测灵敏度的影响。最后将电性源瞬变电磁法与回线源瞬变电磁法以及可控源音频大地电磁法进行对比,探讨不同电磁法装置对薄层的探测能力。结果显示,薄层电阻率越低、厚度越大、埋深越浅、观测偏移距越小越有利于电性源对薄层的探测;时间域电磁法对低阻薄层探测能力优于频率域电磁法,当偏移距较小时,电性源瞬变电磁对薄层的探测能力和回线源相当。     

MVO曲线方法在海洋可控源电磁数值模拟中的应用研究

采用有限差分方法,对水平电偶极子源在海洋二维介质情况下电磁响应进行数值模拟。利用油气高阻异常体模型的数值模拟结果,研究MVO(Magnitude Versus Offset)曲线解释方法的有效性,进而分析高阻油气异常体的水平位置的变化,对电场和磁场幅值的MVO曲线产生的影响,得出了通过MVO曲线定性分析高阻油气异常体相对水平位置的方法。本研究可为海洋可控源电磁法数据的定性分析提供部份理论依据。     

基于场延拓的海洋可控源电磁正演模拟及各向异性特征识别

海洋可控源电磁法近年来被广泛应用于海洋油气勘探之中,凭借对高阻含油储层的有效识别大大降低干井率,节约钻探成本。受沉积环境的影响,海底地层常常表现出宏观各向异性,而对海洋各向异性模拟算法进行研究可以更有效地进行海洋电磁数据解释。本文从频率域麦克斯韦方程出发,基于标量势分解理论,通过标量势函数与场的连续性条件,在波数域中将电磁场分别向海底深部和海水中延拓,并在海底耦合到发射源上完成电磁场的求解,进而利用汉克尔变换得到了空间域电磁场。通过对海底介质一维各向异性模型电磁响应特征的分析研究发现,覆盖层各向异性对电磁响应有明显的影响;然而,海底高阻层仅垂向电阻率和厚度对海洋电磁响应产生明显影响。通过极性图的方式可以对海底介质各向异性特征进行有效识别。     

基于反函数原理的可控源大地电磁法全场域视电阻率定义

在电磁探测中,数据采集范围逐步扩大,为了避免非远区的电阻率畸变,基于反函数原理,给出了适合可控源电磁法全场域视电阻率的定义方法.该方法可以利用单分量进行广域视电阻计算,同样也可以利用多个分量进行广域视电阻计算.分别利用电场分量、磁场分量以及电场与磁场的比值计算均匀半空间与层状模型的全场域视电阻率,结果表明基于反函数原理...     

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。      

海洋CSEM法探测二维海底天然气水合物响应特征

针对海底天然气水合物开展了可控源电磁探测法(Controlled-source Electromagnetic Method,CSEM)响应研究,根据实际地质资料设计二维地电模型并进行正演计算,讨论了频率变化对CSEM响应结果的影响以及海底地形起伏时的CSEM响应特征。综合天然气水合物二维正演模拟结果,论证了海洋CSEM探测海底天然气水合物的可行性,研究成果可为今后的海底天然气水合物勘探提供技术支持。     

多辐射场源半航空瞬变电磁法多分量响应特征分析

多辐射场源半航空瞬变电磁法是对电性源半航空瞬变电磁法的发展和补充,具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点。基于一维正演理论,本文对平行辐射场源、带角度多辐射场源和单个源模型在空中产生的三分量瞬变响应特征进行分析,结果表明:整体来说z分量瞬变响应曲线形态最为简单,多辐射场源情况下响应增强的特点最明显,最利于数据处理和解释;x分量瞬变响应形态最为复杂,在全场域经常表现出极性反转的变号现象,但晚期信号幅值总是增大;y分量瞬变响应受电流方向和接收点位置的影响最大,曲线形态和响应幅值变化均较为复杂。结合偏移距变化下响应衰减幅度,建议工作区域偏移距控制在辐射源长度的5~6倍内为宜。本文的研究结果可为实际勘查工作的野外施工布置及定性分析提供参考,同时获得了对该方法的初步认识。     

浅水域可控源海洋电磁测量中空气波的渐近表达与波场分离方法

可控源海洋电磁(MCSEM)勘探中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所重视, 它是由水平电偶极子源发射的电磁信号沿空气-海水界面传播与来自海底地层的有效信号相互作用产生的。在浅水域勘探时, 空气波淹没来自地层的有效信号, 使浅水域MCSEM实现油气层识别产生困难。基于层状介质模型, 采用电磁场的模式分解理论导出了半空间电阻率模型的空气波表达式, 利用该式将空气波在海水层的传播近似用海水-空气界面与海底地层之间的多次鸣震表达。结合源和接收器两边电磁场的传播特征, 导出了有限水深时空气波近似关系, 用于近似模拟空气波响应。为了对比不同方法压制空气波的效果, 基于上行波场和下行波场的分解方法, 获得了含油气高阻储层上上行波的异常幅度增大数倍的结果, 显示了波场分解方法压制空气波的良好效果。最后, 利用不含油气层的背景模型和含油气储层模型电磁响应的数值模拟结果, 比较空气波渐近表达和波场分离2种空气波压制方法可知:对于水平层状模型后者效果更好;前者可适用于崎岖海底地层的数据处理, 后者只适用于水平海底地层。     

水中电偶极子空中磁场响应的一维频率域分析

海洋电磁中浅海作业由于受到空气波的干扰而难于进行,而如果于空中接收电偶极子的磁场响应则可避免空气波的干扰,是一种新的海洋电磁勘探思路。用一维频率域程序,对水中电偶极子在空中的磁场响应进行了计算分析,比较了海底有高阻异常层和低阻异常层时空中磁场响应的变化规律。分别计算测线布置、发射信号频、海水深度、异常储层埋深、异常储层厚度、储层电阻率、空中测量高度等多种因素对空中磁场响应的影响,结果表明,海底有低阻层时空中磁场有更强的响应,归一化幅度异常变化约为10%~60%,而海底有高阻异常储层时响应较弱,归一化异幅度常变化约为2%~8%。因此海洋电磁勘探中于空中接收磁场的模式,更适合浅海区低阻矿产资源的大面积调查。     

海洋CSEM和MT一维联合反演研究

传统频率域海洋可控源电磁(MCSEM)法利用极化方向电场实部与虚部信息进行反演,由于海底沉积层电阻率一般较低,在海底浅部能取得较为理想的反演效果,但难以探测到海底几千米下的深部基底。这里利用海洋可控源电磁和海洋大地电磁(MT)一维联合反演程序,采用奥克姆反演算法,尝试对海洋电阻率模型进行联合反演。通过反演试算发现,利用频率更低的海洋MT加入反演,不会影响浅部反演效果,同时能探测到深部基底,为海底油气勘探提供了更多技术手段。     

测量磁场水平分量H y的电性源广域电磁测深法

基于层状大地表面水平电偶极源电磁场公式系统,提出了比值法获取H y分量全区视电阻率计算公式。计算了层状地电模型多个收发距的电磁场各场分量E x、H y、H z,并用这三个场分量计算了全区视电阻率,以及E x/H y卡尼亚电阻率,并与模型的MT卡尼亚电阻率频谱曲线进行对比。发现H y全区视电阻率在赤道装置和轴向装置的广大区域对地电模型均有较好的响应,可进行单分量广域电磁测深。轴向装置H y全区视电阻率与赤道装置垂直磁场H z全区视电阻率相似,在低频段与层状模型大地电磁测深卡尼亚电阻率有相似的频率响应特征,在较小收发距条件下对大埋深基底就能有较好的响应。赤道装置和轴向装置测量的水平电场E x分量全区视电阻率在低频区均会进入“饱和”区。对于各电阻率定义方法,合适的收发距是较好地反映出地电特征深度变化的前提,多收发距测量有利于揭示深部电性特征。     

水平电偶源充电电磁法正常场研究及其应用

地下水平电偶源在地面上形成的正常电磁场的研究是电法勘探的重要理论问题。本文给出了地下半空间存在低阻薄层时的地下水平电偶源在地面上形成的电磁场各分量的表达式,并由此对正常场进行了计算、分析,对实测资料进行了处理和解释。结果表明,在低频情况下,地下水平电偶源在地面上形成的磁场受低阻覆盖层和水平导电层的影响小,具有稳定的特征。      

任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟：围岩各向同性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向同性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。     

海洋可控源电磁数据的畸变校正与合成孔径源信号增强方法

我国对海洋可控源电磁勘探方法的研究起步较晚,目前海洋采集数据的处理流程较为单一。在经典的数据处理流程中,仍缺乏针对由存储设备读写、船速和长线源源距变化等造成的畸变电磁响应的数据处理方法。本文针对存储设备运行造成的规则干扰提出一种基于功率谱分析的自动压制方法;对于船速和长线源源距变化的干扰建立了分时窗畸变校正流程;最后,结合合成孔径源技术进一步增强了有效信号的强度。实测数据处理结果表明,文中提出的畸变校正与信号增强方法,在提高电磁数据信噪比的同时,增强了来自海底地层的有效信号幅度。     

水平二层大地上偶极-偶极排列电磁耦合频谱的研究

本文较系统地研究了水平二层大地上偶极-偶极排列的电磁耦合(EM)相位频谱.认为影响二层大地EM谱性状的主要是电性参数μ₂(相对导电率)和几何参数h₁/a(盖层厚度/偶极距).在底层为高阻的二层大地上,具较强的EM效应,此时EM仅反映浅层;当底层为低阻时,EM可反映较深部电性体的分布.通过EM频谱和反演的参数规律分析,得出EM特征的变化可直接指示地下介质电阻率值的改变.     

基于时变双边滤波的海洋可控源电磁数据噪声压制方法研究

海洋可控源电磁(MCSEM)方法是一种低频电磁波海底勘探技术,海底噪声的存在往往对MCSEM后续反演解释造成比较严重的影响。本文对MCSEM噪声特点和传统双边滤波方法进行总结回顾,在传统双边滤波方法基础上根据MCSEM噪声特点提出时变双边滤波方法并应用到MCSEM数据处理中。通过对模拟数据和实际数据的处理,结果表明:时变双边滤波的方法能够较好地压制MCSEM噪声,尤其是中、远收发距区域的噪声干扰,提高了用于后续处理的MCSEM数据质量。