地电阻率交流观测中的电感性耦合效应特征模拟和分析

地电阻率交流观测方法能够有效抑制测区杂散电流的干扰,包括地铁、轻轨等城市轨道交通的干扰,但是由供电线路与测量线路间磁场的相互作用所引起的电感性耦合效应会对观测结果产生一定的影响.为研究电感性耦合效应的特征,本文建立了地电阻率交流观测的电感性耦合模型,同时计算了供电线路与测量线路间的互感系数.在此基础上,通过正演模拟分析供电信号频率、地电阻率值、供电线和测量线间距离以及平行长度等参数对电感性耦合效应的影响,并将电感性耦合模型应用于台站实际观测数据的分析中,验证模型的合理性.结果表明,电感性耦合效应随供电信号频率、供电线与测量线平行长度的增大而增大,随供电线与测量线间距离的增大而减小,随地电阻率的变化存在峰值;且模型预测的地电阻率值与台站实际观测值有较好的一致性.本文的研究结果为消除地电阻率交流观测值中的电感性耦合效应提供了理论依据和基本模型,为地电阻率交流观测系统的设计和建设提供参考.     

井下地电阻率交流观测试验——以江宁台为例

简要介绍地电阻率交流观测的原理及方法,并在江宁台开展井下地电阻率交流观测实验。初步观测结果表明,井下地电阻率交流观测的抗地铁干扰效能优于井下直流观测,且5 Hz的观测要优于1 Hz;井下地电阻率1 Hz、5 Hz交流观测与直流观测反映的相对变化一致性较好,其数值差异不影响地震观测;连续降雨使得交流地电阻率出现下降变化,交流5 Hz比1 Hz更明显,最大下降幅度约0.92%,且连续降雨可能会对地铁干扰起到一定的放大作用;地电阻率交流观测使用趋肤深度来探讨探测深度,由于趋肤深度仅与频率有关,尚需做进一步研究。     

基于电震耦合理论研究电极法储层岩石复电阻率频散特性

复电阻率测井在识别油水层的能力上优于常规电阻率测井,然而储层岩石复电阻率特性的微观机理还没有统一完整的解释和数学模拟方法,致使复电阻率测井技术的开发缺乏足够的理论基础.本文基于孔隙介质Pride电震耦合理论,结合谐变信号激励下渗流场与电流场的耦合理论,推导出一级近似条件下的Pride电震耦合理论.采用格林函数方法建立了一维电震波场的波动方程及其解.构造了双电极法测量储层岩石复电阻率的物理模型和数学模型,从理论上阐明了岩石复电阻率频散特性的微观机制与电震效应的关系,定量分析了储层岩石复电阻率频散特性的影响因素.数学模拟结果表明:储层岩石复电阻率的频散现象是在电震快纵波和电震慢纵波的共同作用下,由孔隙介质中的电渗流机制形成的;储层岩石的复电阻率随孔隙度的增大而减小,随渗透率的增大而增大,地层水矿化度的增加或阳离子交换量的增大使得同频率的复电阻率减小.慢纵波界面极化频率受孔隙度、渗透率和地层弹性模量的影响较大,而快纵波界面极化频率受地层弹性模量的影响较大.     

大地等效电容量及其测量方法

在脉冲供电和正弦交流供电地电阻率观测研究中, 大地容性效应会引起测量误差。 本文按照电子学等效电路的方法提出了大地等效电容量的概念, 研究了大地等效电容量的测量方法, 为合理确定脉冲供电参数和减小交流地电阻率测量误差奠定了基础。     

地电阻率法的一个重要干扰因素——线间漏电

自邢台地震之后,人们将物探部门的电阻率法用于地震预报,并改用固定线路进行观测。为了满足地震预报的要求,其观测精度应有相应的提高。物探中应用电阻率法已注意到线路漏电问题,但着重于外线对地漏电的理论研究和防止。用于地震预报之后,人们开始注意到供电线对测量线的线间漏电对地电阻率的影响更为严重。     

地电阻率观测装置布设与金属管线类干扰的关系研究——以平凉台为例

以平凉井下地电观测装置为例,采用有限元数值模拟的方法分析地电阻率观测装置布设与金属管线类干扰的关系。结果表明：(1)垂直于测线方向的金属管线对地电阻率观测的影响明显小于平行于测线方向的影响,最有效的抑制方法是增大金属管线的避让距离。(2)金属管线位于布极中心区域时,加深电极埋深并不一定能有效抑制干扰;对于金属管线垂直于测线方向的情况效果是显著的,但对于平行于测线方向的情况效果并不理想。(3)金属管线对井下地电阻率观测的影响是相对复杂的,它与装置系统(观测极距、电极埋深)、分层介质电性结构、金属管线自身的属性(电导率、横截面积、长度、距离)等因素有关。本研究方法可以快速判定资料异常变化的性质,对异常跟踪工作具有一定的参考意义,还可以为新建井下地电观测装置提供理论依据,从而提高台站的观测效能。     

偶极接地线对地电阻率影响的数值模拟

针对我国地震监测预报中地电阻率定点连续观测中存在的偶极接地线的干扰问题, 本文将台站区域地层简化为3层均匀介质模型, 将接地线等效为偶极接地的电阻体, 建立了接地线干扰地电阻率观测的耦合物理模型. 通过有限元分析软件ANSYS模拟分析不同电性断面情况下接地线对地电阻率观测的影响, 同时分析这种干扰的产生机理, 并结合实际观测中存在的干扰问题作了对比验证分析. 结果表明: ① 接地线使得供电电极产生的地下对称性电场分布发生局部调整, 从而影响地电阻率观测; ② 接地线对地电阻率观测的影响主要取决于线缆的位置及方位角的大小; ③ 适当增大电极埋深可以减小其对地电阻率观测的影响; ④ 电性结构的差异性决定干扰变化幅度的大小. 本文结果对相关台站地电阻率观测异常分析落实及干扰源避让和观测系统改造具有参考意义.      

地铁及地面交通频率对地表环境振动的影响

地铁周边地面环境振动的大量实际观测数据分析显示,地面振动大小与源频率成分有关.但是实际振动观测受周围环境振动影响较大,为了从理论上解释地铁以及地面交通源频率成分对地表环境振动的影响,本文通过二维有限元数值模拟来研究1~20 Hz激振源分别作用于地面和地下,以及地下与地面同时加载这三种情况下地面的振动加速度响应.通过与地面实际观测资料对比,得出结论:(1)由于地铁或地面交通与地层的耦合振动,使得存在一个特定的频率,当载荷以该频率输入时地面的振动最大,当载荷频率小于或大于该频率的时候,地面振动减小;(2)本文对应的地层模型情况下,随着距离的增加,当源频率低于5 Hz时,地面振动衰减缓慢,当源频率高于8Hz时,地面振动衰减快;(3)在地层不同位置激发振动,地表的最大反应频率不同.     

深井电极与地表电极的自然电场对比研究

通过对半无限空间和全无限空间电流密度的分布理论进行讨论,得出电流密度随电极埋设深度的增大而减小。因此,在电法观测中,当供电电极深埋后,人工电场和自然电场可减少地表各种噪声的干扰,提高视电阻率ρｓ和自然电位Ｖｓｐ的灵敏度,从而更好地捕捉地城常信息。从北京平谷台６年多来的观测结果分析认为,深井电极相对地表电极能降低诸如人为供电、雷击短路、冰冻期影响等各种干扰,经过宁河６．９级、６．５级和５．６级及离     

岩石破裂电磁辐射频率与岩石属性参数的关系

为进一步明确岩石破裂电磁辐射频率特征,基于岩石破裂电磁辐射是由岩石破裂时传播裂纹引起原子扰动产生的假说, 通过断裂力学理论中小范围屈服条件下张开位移法计算岩石破裂时的裂纹宽度,由单脉冲电磁辐射频率与裂纹宽度之间的关系,研究电磁辐射频率与岩石属性参数之间的关系,并给出了它们之间的关系表达式;单独讨论了不同属性参数对电磁辐射频率的影响.结果表明,电磁辐射频率随弹性模量增大而增大,随岩样尺寸和强度增大而减小,随泊松比的变化、岩石弹模的不同电磁辐射频率有变化;当弹模较小时,泊松比的影响也较小,而当弹模很大,即岩石刚度很大时,泊松比的增大会导致频率的增大;裂纹初始长度的变化受试件尺寸的影响,进而影响频率,当尺寸较大时,裂纹长度对频率影响较小,当尺寸较小时,频率随裂纹长度增大而增大.通过计算几种常见岩石破裂时电磁辐射频率值发现,岩石破裂时电磁辐射频率达到10⁵ Hz量级,这与现有的实验结果相吻合.     

通州台井下地电阻率测深初步分析

2020年7月12日唐山古冶 M_S5．1地震发生前,井下小极距地电阻率出现快速下降-折返的变化,变化形态、异常时长符合地电阻率孕震机理变化,但下降幅度远远小于地表大极距地电阻率孕震过程的变化幅度.因此,文章基于通州台地下电性结构和装置系统,采用数值分析方法,分析地表和井下小极距地电阻率的探测深度.结果表明,当底层电性变化区域介质电阻率发生某种减小时,通州台地表和井下小极距地电阻率装置系统地电阻率观测值会下降,下降的幅度随着深部介质电阻率变化区域上界面向上的扩展而增大.相比地表观测,井下小极距电阻率观测能更显著地接收到深部电阻率变化信号,对孕震有更强的反映能力.     

金属护栏对洛阳地震台地电阻率干扰定量分析

自2018年12月起,因洛阳地震台测区内安装金属护栏,该台地电阻率出现异常变化。为正确评估此次影响,结合洛阳地震台电测深曲线、岩性资料建立了三维水平层状结构模型,利用有限元法计算了测区内金属护栏对洛阳地震台地电阻率观测的影响。同时,建立典型“H”型电性结构模型,分析了不同属性的金属导线对地电阻率观测的影响。结果显示：①金属护栏是洛阳地震台此次地电阻率年变异常的主要影响因素。当位于测区内影响系数为负的区域时,金属护栏引起地电阻率的趋势性上升;当位于影响系数为正的区域时,金属护栏引起地电阻率的趋势性下降。②不同属性的金属导线对地电阻率观测的影响不同。导线与测道夹角减小、导线长度增加、导线电阻率减小以及导线横截面积增加等均会导致干扰源对地电阻率年变影响作用增强。     

井下地电阻率观测的探测深度初步研究

对井下地电阻率观测的探测深度进行了研究,计算了均匀半空间和给定结构参数的水平层状介质模型在不同装置电极埋深下的探测深度,分析了探测深度与装置电极埋深和介质电阻率结构之间的关系,得到如下结果:①与地表观测相比,在供电极距为1 km左右时,探测深度随装置电极埋深的增大而增大,且增大的速度与装置电极埋深密切相关;当装置电极埋深h < 100 m时,探测深度的增大速度远小于装置电极埋深h≥100 m时. ②当装置电极埋深h < 50 m时,与地表观测相比探测深度增加很小,不超过10 m;当装置电极埋深相同时,供电极距越大,与地表观测相比探测深度增加得越小. ③对于水平层状电阻率均匀分层结构,在装置电极埋深相同的情况下,下伏低阻结构的探测深度显著大于下伏高阻结构.本文的研究结果表明,为了观测到深部电阻率的变化情况,首先需要查明测区电性结构,再进行综合分析,以确定井下地电阻率观测的装置电极埋深,其结果为深部电阻率变化研究提供了理论基础.      

Effect of coupling noise on the interpretation of results of electromagnetic horizontal sounding and modeling

The time variation of a source of alternating current produces an electromagnetic coupling between the transmitting and receiving systems in induced electrical polarization and resistivity surveys that employ horizontal electrical sounding. The coupling alters, sometimes significantly, the resistivity and chargeability values and, consequently, compromises the interpretation of the data. This work develops the analysis of this coupling on the time domain for both a homogeneous Earth and an Earth constituted of several homogeneous horizontal layers. Based on the results, it evaluates the theoretical variation of the voltage and compares it to observed data of an induced electrical polarization and resistivity survey with horizontal electrical sounding. The comparative study of the voltage decay curves assesses the contribution of the electromagnetic coupling to the values of the chargeability and apparent resistivity as a function of the bipole length and the period of the source current. Besides that, the respective pseudosections have delineated the horizontal and vertical variations of those two electrical properties, providing the interpretation of the geoelectrical section. This research is important for the oil industry because it may furnish information that help to: (i) define the structure of the sedimentary strata; (ii) estimate the clay content of the sandstones; and (iii) detect the possible presence of metallic sulphide halos at fractured zones of the sediments above the oil reservoir. It may be adapted to analysis of EM coupling in both resistive and induced electric well logs.     

Geoelectrical Classification of Gypsum Rocks

Gypsum rocks are widely exploited in the world as industrial minerals. The purity of the gypsum rocks (percentage in gypsum mineral in the whole rock) is a critical factor to evaluate the potential exploitability of a gypsum deposit. It is considered than purities higher than 80% in gypsum are required to be economically profitable. Gypsum deposits have been studied with geoelectrical methods; a direct relationship between the electrical resistivity values of the gypsum rocks and its lithological composition has been established, with the presence of lutites being the main controlling factor in the geoelectrical response of the deposit. This phenomenon has been quantified in the present study, by means of a combination of theoretical calculations, laboratory measurements and field data acquisition. Direct modelling has been performed; the data have been inverted to obtain the mean electrical resistivity of the models. The laboratory measurements have been obtained from artificial gypsum-clay mixture pills, and the electrical resistivity has been measured using a simple electrical circuit with direct current power supply. Finally, electrical resistivity tomography data have been acquired in different evaporite Tertiary basins located in North East Spain; the selected gypsum deposits have different gypsum compositions. The geoelectrical response of gypsum rocks has been determined by comparing the resistivity values obtained from theoretical models, laboratory tests and field examples. A geoelectrical classification of gypsum rocks defining three types of gypsum rocks has been elaborated: (a) Pure Gypsum Rocks (>75% of gypsum content), (b) Transitional Gypsum Rocks (75–55%), and (c) Lutites and Gypsum-rich Lutites (<55%). From the economic point of view, the Pure Gypsum Rocks, displaying a resistivity value of >800 ohm.m, can be exploited as industrial rocks. The methodology used could be applied in other geoelectrical rock studies, given that this relationship between the resistive particles embedded within a conductive matrix depends on the connectivity of the matrix particles.     

井下地电阻率观测中地表电流干扰影响计算

本文把地电阻率台站地下介质简化为水平三层均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流,针对对称四极观测装置,计算了在不同电性结构中的不同深度观测时,地表电流干扰源对对称四极装置地电阻率观测的影响,计算得到:地表干扰源对电阻率观测的影响取决于电性结构的类型和层参数、供电电极和测量电极的埋深以及避开干扰源的距离.本文研究结果对实施井下电阻率观测中台址电性结构的选择、电极埋深、干扰源避让距离等有参考意义.     

地表点电流对地电阻率观测的影响

将地电阻率台站地下介质简化为水平层状均匀介质模型,以点电流模拟地表干扰电流源,针对对称四极观测装置,计算干扰源电流增减及位置变化对地电阻率观测的影响。结果表明,地电阻率的受干扰程度取决于地表干扰点电流的大小、在测区的方位及距中心点的距离。     

井下地电阻率观测影响系数分析——以江宁地震台为例

采用水平层状均匀介质中点电源位于任意深度时的电位解析表达式,以江宁台3层电性结构为例,分析了井下对称四极地电阻率观测时各层影响系数随深度、极距的变化,并结合探测深度探讨了实施井下观测时影响系数在选择供电极距和电极埋深时的作用。结果表明,对于"K"型电性结构,江宁台井下观测对地表、浅层干扰有较强的抑制作用,其短极距观测对地表、浅层干扰的抑制能力显著优于长极距观测;长极距观测在电极埋深H小于100m时对地表介质季节性的干扰具有放大作用;浅层影响系数一定时,电极埋深和供电极距需同时增加;江宁台井下观测供电极距AB/2取100～150m、电极埋深H为250m较为合理。