天津地区场地响应和震源参数联合反演

根据天津数字地震台网记录的发生在天津地区的中小地震波形资料,采用Moya方法,反演天津地区39个地震的震源谱低频水平、拐角频率和28个台站的场地响应,计算了参与反演的地震矩、拐角频率、应力降和震源半径等参数,并讨论了它们之间的关系.结果表明: 27个井下台的场地响应曲线形态基本一致,低频有不同程度的放大,高频衰减较快;蓟县地表基岩台的场地响应低频基本在1附近变化,高频也有明显衰减.地震矩与震级及震源谱拐角频率的关系密切;拐角频率随震级的增大,有明显的下降;对于3级以上的地震,应力降、震源半径随地震震级的增大有明显的增大.     

华北中北部地区震源参数和场地响应的联合反演

利用遗传算法反演华北中北部地区27个地震震源谱的低频水平、拐角频率和25个台站的场地响应。具体方法是利用研究区的平均衰减模型对记录谱进行路径校正，然后假定每一个地震的ω^2模型，调整低频水平和拐角频率使所有台站场地响应的标准偏差最小，最后给出参与计算的每个台站的场地响应。结果表明，17个基岩台中11个台的场地响应在1～20Hz范围内接近1，6个基岩台的场地响应部分频段放大或缩小3倍以上。8个井下摆台站的场地响应形态相同，表现为低频放大，高频部分迅速衰减。地震矩与震级的关系为logM0=17．1 1．13ML，地震矩与震源半径的关系为logM0=19．4 0．0052r。     

核磁共振测井地层界面响应特征研究

核磁共振（NMR）测井是在仪器运动状态下实现对地层NMR信号的观测.研究垂直方向的速度对NMR测井响应特征的影响,能够为仪器设计和资料解释应用提供重要依据.本文给出NMR测井在地层界面的响应方程,对单界面、对称双界面和不对称双界面等地层模型进行模拟分析,以此为基础,深入讨论NMR测井响应的影响因素.结果表明,运动状态对NMR响应有显著影响,主要影响因素有：天线长度、测速、等待时间、累加次数、信噪比、层厚等.随着天线长度、测速、累加次数和等待时间的增加,纵向分辨率明显降低.文章最后为提高核磁共振测井纵向分辨率提出了建议.     

含衰减地层微地震震源机制反演及其反演分辨率

微地震震源机制的反演对于非常规油气开发具有至关重要的作用.微地震信号主频高、能量小,容易受地层吸收衰减作用的影响使其波形发生畸变,本文提出了一种考虑地层吸收衰减作用的微震源机制反演方法,并利用费雷谢偏导矩阵的SVD分解（特征值分解）方法,分析研究了地层的吸收衰减因子的变化对于微地震震源机制反演分辨率的影响,根据理论计算给出了不同地震数据对各种震源机制反演的适用条件.理论计算证明,采用直达P波和S波数据联合反演震源的T值,单独利用直达P波反演震源的k值,可以有效降低地层吸收衰减作用对反演结果的影响.     

基于阵列感应与自然电位联合反演地层水电阻率

原状地层水电阻率是重要的储层参数,也是进行精细储层评价的基础.基于泥浆侵入数值模拟与侵入过程中井周岩石物理特征分析,确定了薄膜电位的产生位置,针对储层高、低侵等不同侵入特征,提出了可适用于包括存在"低阻环"等不同侵入特征时储层电阻率分布的"五参数"地层模型,基于几何因子理论与有限元方法,建立了阵列感应与自然电位测井联合反演算法,实现了地层电阻率参数反演,重构了地层径向电阻率剖面,进而精确求取了地层水电阻率.通过对实际资料处理表明:反演算法稳定可靠,"五参数"模型能很好地表征储层电阻率分布形态,重构储层电阻率剖面,确定薄膜电位产生位置;基于阵列感应与自然电位的联合反演,能精确计算原状地层水电阻率,为储层评价与流体性质识别提供依据.     

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征对地质导向和原状地层评价具有重要意义,但钻井轨迹的复杂性决定其响应特征是多重因素综合作用的结果,且较难直接给出统一显式表达式.本文根据仪器在地层内的运动特征,建立了基于敏感区域体积元的随钻核磁共振测井响应方程和离散化计算方法;通过正演、反演结合的数值模拟,研究了单、双界面水平层状地层中,不同井斜角度、天线长度和目标地层厚度等条件下的随钻核磁共振测井响应特征,对关键结果给出了成立条件和定量关系.随钻核磁共振测井在斜井段中的T2分布和孔隙度响应与直井中差异明显;井斜角越大,视地层厚度越大,地层界面在T2分布和孔隙度曲线上的过渡段越长,T2分布过渡起始位置已不能确定界面深度;仪器的最高纵向分辨率与天线长度、井眼条件和仪器参数有关;受围岩作用影响,较薄目的层的测井响应特征上可能出现异常"夹层".基于分析结果,对随钻核磁共振测井资料解释提出了建议.     

场地响应、震源参数与介质衰减的同时反演

采用Ω平方模型来约束中小地震的震源位移振幅谱，从而实现对震源参数、介质的几何扩散特征、介质的非弹性衰减以及场地响应等参数的同时反演，数值模拟结果表明该方法是可靠的。江苏省苏南地区的几何扩散较好地符合三段衰减统计模型，该地区的品质因子与频率的依赖关系以频率3．0Hz为界分为低频、高频二部分．且均符合指数衰减关系，而全部频率点的品质因子频率依赖关系似乎与四元素流变模型的Q值理论频率特征曲线比较一致。该地区中小地震地震矩对数值与震级ML具有较好的线性关系；地震矩与拐角频率呈现出良好的双对数关系，且该地区的地震应力降与震源半径之间的关系在震源半径小于300m时与圆盘静态破裂模式理论关系较吻合。     

地球物理随机联合反演

基于场方程的地球物理联合反演隐含着两个基本过程:正演的联合与反演的联合。当用遗传算法解决这类问题时,它蕴含着一个反演的随机联合的过程,称之为随机联合反演。借鉴模拟退火和禁区搜索方法的思想,通过对遗传操作对象、操作过程以及迭代过程的改进,使改进后的遗传算法表现较快的收敛速率和良好的全局收敛性;通过模型数据的反演,从理论上证明改进的遗传算法能较好地解决非线性、复杂、大尺度离散反问题,使随机联合反演问题的解决成为可能。     

衰减、场地响应等地震波传播信息综合研究

地震激发的波,经过传播路径、仪器、场地等因素的调制作用成为台站地震记录,即台站记录是震源、路径、仪器、场地等多种因素的耦合,而基于地震记录研究震源信息、路径衰减、场地响应等则是逆向的解耦过程。基于地震学理论、通过各种计算技术,从地震波形资料中解析出关于地震震源力学参数、地震波传播介质及台站场地响应信息是地震研究的重要内容,也是认识地震孕育、发生、发展过程,了解地震孕育背景构造特征等的有效途径。本文在地震学前沿理论方法的基础上使用最新计算机技术开展了以下3个方面的工作。     

水平井地层界面声波测井响应模拟分析

基于对波动方程的高阶三维交错网格有限差分数值计算,在水平井孔轴线位于声速不同的两均匀地层的界面上的几何条件下,模拟了井中声场,给出了不同源距的接收波形和不同时刻的声场快照。分析结果表明,无论是哪种地层覆盖在上方,井中声场都是对声速较快的地层比较敏感,井孔中接收波形的首波时差都十分接近于声速较快地层的纵波时差。上述结果为水平井声波测井数据处理和解释提供了某种依据。     

基于瞬变电磁矩变换的快速三维反演方法

瞬变电磁法的严格三维反演计算复杂、占用资源多,在普通计算机上难以实现.本文引入瞬变电磁矩变换的概念,提出一种快速三维反演方法.该方法基于阻性限制（resistive limit）特性,建立包含异常体的三维大地的一阶矩响应正演算法,根据不同约束条件,选择优化的最速下降法实现瞬变电磁快速三维反演.文中通过含异常体的三维大地正演一阶矩与仿真数据一阶矩的对比,验证了快速三维正演算法的有效性,之后在不同约束条件下,利用优化的最速下降法实现了对含噪声的仿真瞬变电磁数据的快速三维反演.结果表明,该方法能够在普通计算机上短时间内较为准确地反演出地下异常体的体积和位置,在瞬变电磁数据的实时解释工作中具有良好的应用前景.     

地面磁共振与瞬变电磁横向约束联合反演方法研究

大地电阻率分布信息是影响磁共振地下水探测反演结果准确性的重要因素.在众多电磁法勘探技术中,瞬变电磁法具有高分辨率、高效率和大探测深度等优势,能准确探测地下几百米范围内的电阻率分布信息.因此磁共振与瞬变电磁联合解释方法具有重要意义.然而,利用单一测点拼接的磁共振与瞬变电磁联合解释方法进行模拟二维反演时存在解释结果不唯一,容易出现错误异常体等问题,尤其在复杂地质情况下,同一测线上相邻测点探测结果连续性差,解释结果偏离实际.基于此,本文提出磁共振与瞬变电磁横向约束联合反演方法（Laterally Constrained Inversion,简称LCI）,重点引入外推积分法（quadrature with extrapolation,简称QWE）,解决了传统正演过程中基于直接数值积分方法引起的求解效率低的问题,保证了联合反演方法的顺利实施,进而以相邻测点地下结构应具备连续性为依据,引入横向约束反演思想,通过在联合反演目标函数中加入相邻测点间各模型参数约束矩阵,提高磁共振解释结果准确性,加强探测剖面地质结构和含水模型连续性.经过理论模型证实,本文提出的LCI方法能有效提高传统一维反演结果的稳定性和唯一性.最后,对安徽黄山野外实际探测数据进行横向约束联合反演,验证了磁共振与瞬变电磁LCI联合反演方法的实用性.本文的研究成果将为磁共振与瞬变电磁空间约束联合反演奠定基础.

     

发射电流波形对瞬变电磁响应的影响

本文研究了不同发射电流波形对瞬变电磁(TEM)响应的影响,利用自由空间中回线作为目标体,推导出方波、梯形波、半正弦波、三角波激励的响应.研究表明:对于低电导率目标体,同种波形激励的响应在有发射电流期间(on-time)与无发射电流期间(off-time)的幅度相近,四种波形中方波激励响应最强.由于off-time采集可以获得更高的信噪比,因而探测低电导率目标体时一般采用方波激励,采集off-time信号.对于高电导率目标体,off-time响应幅度随电导率增加而迅速下降,而半正弦与三角波激励的on-time响应幅度基本不随电导率变化,因而航空TEM可以采用半正弦与三角波进行on-time采集,并通过适当地提高激励电流的基频,以提高信噪比与空间分辨率.     

从瞬变电磁响应中提取IP信息的研究(英文)

在对浙江省某铜矿进行瞬变电磁勘查时,由于感应激发极化效应的影响,造成瞬变电磁晚期测道的数据发生倒转。采用常规的瞬变电磁数据处理方法难以处理,造成晚期测道数据不可用,影响TEM的探测深度及精度。针对这个情况,采用Cole.Cole模型分析了均匀半空问模型中直流电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数对磁性源瞬变电磁响应的影响规律。利用奇异值分解法(The Singular Value Decomposition,简称SVD)对实测TEM数据进行分析及反演,并且从瞬变电磁响应数据中分离出勘探区瞬变电磁测量数据Cole—Cole模型的各参数,将分离出来的参数用于探测结果的辅助解释。经过分析得出充电率和频率相关系数对瞬变电磁响应的影响较大,而直流电阻率和时间常数对其影响较小的结论。通过常规方法和奇异值分解法对实测数据分别进行处理,发现后者视电阻率断面图的异常更加突出,从而较准确的圈定了铜矿体地范围,此结论得到_『钻孔的验证,与实际地质情况吻合较好。     

地面与半航空瞬变电磁法三维联合反演

半航空瞬变电磁法(SATEM)因其具有工作效率高、探测成本低等优势, 成为了一种发展迅速的新兴地球物理探测技术.基于一维反演的SATEM数据处理方法难以满足复杂地质条件下精细解释的需求.同时, 采用单一的探测方式, 存在探测能力有限、反演多解性强等问题.本文开发了适用于地面瞬变电磁法和SATEM的三维反演及联合反演算法.正演采用基于非结构化四面体网格的矢量有限元法, 可以精确模拟地形和复杂地电结构.反演采用具有较高收敛速度的高斯-牛顿法.通过对理论模型分别进行地面瞬变电磁、半航空瞬变电磁单独反演及其联合反演, 验证了反演算法的有效性.通过对比不同装置的单独反演结果, 以及单独反演与联合反演结果, 分析了不同装置的探测能力, 并展示了联合反演可以有效压制反演多解性、提高反演结果分辨率的优势.

     

电性源地-井瞬变电磁法全分量响应特性与探测能力分析

结合地面电性源瞬变电磁法（TEM）探测深度大和地-井TEM探测精度高的优点,本文提出对电性源地-井TEM进行研究.基于一维正演理论,本文对电性源在地下激发的六个电磁场分量的扩散、分布特性和探测能力进行分析研究.研究结果表明地下瞬变场各分量的分布特征与地面情况类似,但是对地层的探测能力与地面情况存在较大差别.各分量的探测能力与它们的扩散特性有关,其中受积累电荷作用,垂直电场Ez和水平磁场Ḣx分量对目标层的反映最为明显,Ex和Ḣy分量在地下扩散时受"返回电流"的影响会出现变号现象,使得异常体带来的影响被掩盖,不易被分辨.本文研究结果为发展电性源地-井TEM的施工技术、数据处理与解释,建立了相应的理论基础,获得了对该方法的初步认识.     

瞬变电磁合成孔径成像方法研究

瞬变电磁法虽然广泛应用于资源勘探和工程勘察中,但仍存在一些亟待解决问题.迫切需要引进一些新的技术与方法,以进一步提高解释精度.由于瞬变电磁资料可以通过数学公式转换成虚拟波;多孔径瞬变电磁物理模拟证明TEM多孔径具有相干性;相邻位置上同一地质体的反射回波具有较好的相关性.所以,对于瞬变电磁资料可以进行多孔径合成成像.本文借助于合成孔径雷达的基本思想,提出一套新的数据处理方法,即采用相关叠加技术,实现多孔径数据合成.在完成瞬变电磁虚拟波提取后,将传统的以剖面为主的处理方式发展成为以测点为中心的多孔径合成,将传统的以单点处理方式发展成为逐点推移多次覆盖的处理方法.采用相关叠加的方法来进行合成孔径,由此大大提高瞬变电磁法的分辨率.从波场的角度拓展和丰富了瞬变电磁场的内涵,使得从实测资料中提取到常规瞬变电磁法提取不到的信息,对地下目标体成像更为有利.通过对所设计模型和实测资料处理,结果表明合成孔径成像效果较好.研究成果为发展瞬变电磁成像技术,提高分辨率提供了一条新途径.     

The use of GPR and VES in delineating a contamination plume in a landfill site: a case study in SE Brazil

This paper presents the results of the application of the Ground Penetrating Radar (GPR) method, or Georadar, in outlining a zone of contamination due to solid residues at the waste burial site of Rio Claro in the state of São Paulo, SE Brazil. A total of eight GPR profiles with 50- and 100-MHz antennae were surveyed. Six profiles were located within the landfill site and the remaining two were outside. The main objective of the GPR survey was to evaluate the side extension of contamination. A Vertical Electric Sounding (VES) survey was performed at four points within the site in order to investigate the vertical extent of the contamination plume and to define the bottom of the landfill. Two additional VESs were done outside the landfill with the purpose of determining the top of the ground water table and the geoelectric stratigraphy of the background. From the interpretation of the GPR profiles, it was possible to locate the top of the contamination plume and to infer that it was migrating laterally beyond the limits of the waste disposal site. This was observed along the profile situated close to the highway SP-127, which was about 20 m from the limit of the site. The signature of the contaminant appears as a discontinuous reflector that is believed to be a shallow ground water table. The discontinuity is marked by a shadow zone, which is characteristic of conductive contaminant residues. The contamination did not move far enough to reach a sugar cane plantation located at approximately 100 m from the border of the site. In the regions free from contamination, the ground water table was mapped at approximately 10 m of depth, and it was characterized by a strong and continuous reflector. The radar signal penetrated deep enough and enabled the identification of a second reflector at approximately 14 m deep, interpreted as the contact between the Rio Claro and the Corumbataí formations. The contact is marked by the presence of gravel characterized by ferruginous concretes, which cause the strong amplitude reflection in the GPR profile. Within the landfill site, the quantitative interpretation of the VES results showed the contamination zone. The base of the landfill varies between 11 and 15 m deep. Outside the landfill site, the VES results showed no indication of contamination and allowed the determination of the top of the ground water table and the contact between the Rio Claro and the Corumbataí formations. The results of GPR and VES showed a good agreement and the integrated interpretations were supported by local geology and information from several boreholes, about 17 m depth, on average. The bottom of the landfill reaches a maximum of 14.5 m depth.     

一种用于TEM高灵敏度感应式磁场传感器设计

瞬变电磁法(TEM)作为地球物理非地震探勘主要电磁方法之一,广泛应用于油气、矿产等地下资源探测.本文分析TEM磁场传感器频率响应特点,采用欠阻尼匹配拓展传感器线性响应频率范围;分析磁传感器各类噪声源分布,提出不同频段上影响磁传感器性能的主要因素.最终研制一款高磁导率磁芯的TEM感应式磁场传感器,工作频段为10 mHz~1 kHz,等效输入噪声水平为4pT/√Hz@1Hz, 15fT/√Hz@200 Hz,传感器直径为50 mm,长度800 mm,重量3.2 kg,相比现有TEM接收磁场传感器,体积小、重量轻、工作频段低.实验测试与生产作业表明:最新研制的高灵敏度TEM磁场传感器更加适合大深度、3D阵列电磁勘探.     

基于自适应收缩可行域的遗传算法反演TEM导电薄层

将自适应收缩可行域的遗传算法与视纵向电 导微分成像法相结合,反演瞬变电磁测深中的导电 薄层,计算结果证明:该算法通过对可行域的自适 应收缩,加快了计算速度、提高了计算精度;并在 一定程度上克服了瞬变电磁测深的等值性,缩小了 等值范围。通过对导电薄层模型的模拟计算和实例 分析,并与常规反演曲线进行对比,使用本法反演 成像的结果,明显地显示出导电薄层的存在。