边界元法计算均匀谐变场中导电导磁体的电磁响应

本文讨论了在均匀谐变场激发下导电导磁体电磁响应的边界单元法计算问题。文中首先建立矢量位的边值问题,然后导出其边界积分方程,最后用边界元法进行求解。本方法的计算结果具有精度高、速度快的优点。     

极低频电磁波技术电磁响应建模及电离层影响分析

对极低频电磁波技术的理论进行讨论,首先根据研究对象和问题建立地质模型和相应的数学模型,然后根据电磁场理论选择了相适宜的计算方法,推导出水平长直导线接地源电离层、空气层和层状大地相互耦合频域电磁场响应的一般表达式。这些表达式将电磁响应和电离层的电导率等参数有机联系在一起,为极低频电磁波技术的正演计算以及极低频电磁波技术在资源探测应用中的可行性分析奠定基础。对理论地电模型的计算表明,由于电离层的存在使得电磁波在地面与电离层之间来回多次反射,从而改变了电磁响应曲线的形态。     

直升机频率域航空电磁系统在均匀半空间上方的电磁响应特征与探测深度

直升机频率域电磁系统的最大勘探深度究竟是多少，一直是有争议的问题。在实际工作中，通常认为其最大勘探深度为150m，但这些都是根据实际的勘查经验得出的，没有统一的标准。针对这一问题，根据均匀半空间模型，推导了不同装置的频率域电磁响应的理论公式，分析了不同装置的频率域电磁响应特征，探讨了电磁响应特征与穿透深度的关系，并给出了不同装置的频率域电磁系统的理论探测深度。     

井下无缆通信中谐变电偶极子的场

无线通信是地下工程如煤矿开采中重要的通信方式之一.特别是在灾害发生,其他通讯方式失效时,无线通信往往成为应急情况下唯一的联系方式.井下通信机采用偶极式发射与接收,但在有耗大地媒质中,使得井下通信的偶极场与通常经由空中发-收的无线电通信不同.本文利用全空间有耗媒质中谐变场的推迟位,在准静态条件下导出了电偶板子场的闭合解析公式,分析了谐变偶板子天线的方向性和场区以及无线通讯中场区与大地电阻率、通讯频率、通信距离等之间的关系.井下实验结果表明,有耗媒质中的电偶极源无缆通信是可行的,在适当的条件下,通信距离可达到880 m.     

计算板状导体电磁瞬变响应的近似公式

自然界中的矿体大都呈板状,计算其电磁瞬变响应所用的公式相当复杂.为此,推导出一个近似的计算公式将具有普遍的实际意义,对异常的推断解释也是有益的.     

低频谐变电偶极源激发的地下电磁场的闭式解

研究偶极子源产生的电磁场在地下或水下无线电通信和地球物理勘探领域有着重要的应用价值。偶极子和介质的作用往往导致Sommerfeld型积分的解。为了深入揭示电磁波在地下的分布与传播规律,本文针对有耗媒质中为获得大探测深度和长距离通信使用的低频发射天线,在准静态近似条件下导出了水平电偶极子产生的下电磁场Sommerfeld型积分解的闭式表达式。这些公式适用于任意场区和除奇异点以外的任何场点,与数值积分相比,可显著提高计算速度。利用闭合表达式,本文还提出了一种新的场区划分方法。     

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。     

用混合算法计算电偶源瞬变电磁响应

从水平层状介质表面上垂直磁偶源瞬变电磁响应的计算公式出发,根据互换原理,得出目前常用的以电偶极源发射、在中垂线两侧张角为θ范围内用线圈测量感应电动势装置的正演计算公式,用M.M.Goldman提出的混合算法计算水平层状介质电偶极源的瞬变电磁响应,计算结果证明了混合算法的优越性.     

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.     

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。     

关于频率电磁测深几个问题的探讨(六)——频率电磁测深的电磁场分布与观测参量

分析了水平电偶源与垂直磁偶源的电磁场在半空间大地中的分布特点,指出观测各场分量的合适地面部位。为了定性解释,一般将场分量计算为单分量视电阻率或比值视电阻率;做定量解释时,可直接采用场强进行反演,以减小换算误差。基于当前电偶源与磁偶源的发射功率和电磁场衰减规律,在实际应用中,水平电偶源可探测更大深度(<3 000 m),垂直磁偶源探测浅部(<500 m)。     

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。     

饱和土中单桩水平瞬态响应研究

基于Biot动力固结方程,应用Novak薄层方法研究了饱和土中单桩在水平冲击荷载作用下的动力响应问题。首先引入势函数对方程解耦,再通过算子分解和分离变量法,结合初始边界条件,并联立桩基振动微分方程,推导了Laplace变换域内桩身位移函数及内力表达式。采用Laplace逆变换的优化模型求得了时域内瞬态响应的封闭解。将该解退化到单相介质条件下的桩顶位移-时间曲线与已有的边界元方法的结果基本吻合,验证了解答的正确性。参数分析结果表明：桩-土模量比、长径比、渗透系数对桩身位移均影响显著,而同条件下长径比超过一特定值后则影响较小,且桩土模量比是影响桩身弯矩大小及其分布的重要参数。     

电性源地—井瞬变电磁异常场响应特征初步分析

地—井瞬变电磁法是在地面发射、井(钻孔)中接收的装置形式,能够利用已有钻孔使接收探头深入地下更加接近目标体,获得更加可靠的信息.该装置对于深部低阻体,尤其当存在低阻覆盖层、矿化等地质干扰情况下,对于规模不大的深部良导矿体的探测能力较强.相对于磁性发射源,电性发射源勘查范围更广,适合地形起伏矿区开展工作.本文旨在通过研究电性发射源条件下钻孔中地下电性界面的异常特征,为实际勘查工作的定性分析提供参考.文中通过一维模型正演模拟对三分量瞬变响应异常特征进行了初步分析,结果表明,由于瞬变响应总场中叠加了背景场和异常场的响应,曲线形态复杂,仅在中晚期道电界面反映明显;而异常场曲线形态相对简单,对电性界面反映明显;整体上水平分量的异常显示度高于垂直分量.通过数值模拟分析获得了对于电性源地—井TEM钻孔中三分量曲线形态的初步认识,验证了电性发射源条件下地—井TEM对于确定电性界面的有效性,能够为进一步研究提供参考.     

均匀半空间有限长接地导线源地面电场响应特征

本文分析了导线对可控源音频大地电磁勘探中电场的影响。在分析过程中,将有限长直接地导线源在层状介质中激发的电场的x分量分解为接地电极贡献的传到部分和通电长导线形成的感应部分,分别计算出在均匀半空间条件下,两部分及总电场随频率和收发距的变化规律。通过对计算结果的分析可见：在小收发距时,电场实部在低频区完全由接地电极部分贡献,在高频区由通电导线部分决定;电场虚部在低频区完全由通电导线部分决定,在高频区由接地电极部分和通电导线部分共同决定,且数值近似相等。在大收发距时,电场实部在低频区完全是由接地电极部分贡献,在高频区由接地电极部分和通电导线部分共同决定,且数值近似相等;电场虚部在低频区由通电导线贡献,在高频区由接地电极部分和通电导线部分共同决定,且数值近似相等。从上述分析可以看出,作为大收发距电磁法代表的可控源音频大地电磁法,其观测数据是由接地两端的传导分量和通电导线感应分量组成,并且感应分量贡献与传导贡献相当。由于导线敷设的非直线形,而引发与直导线理论不一致的结果。因此在数据采集工作中,必须考虑导线形状。同时要注意选择合适的收发距和工作频率,尽量把通电导线的影响降到最低。     

Transient electromagnetic response due to a pair of horizontal conducting sheets in a loop field

The transient electromagnetic response due to a pair of horizontal conducting sheets induced by a loop field is obtained. The response characteristics in the three different regions (above the upper sheet, between the two sheets and below the lower sheet) are briefly discussed. In the first and second regions the composite response is characterised by an overburden response asymptote during early times and a target response asymptote during late times. The transition zones are characterised by shoulder-like bends. In the third region, the composite response increases in direct proportion to the induction number, eventually merging with the target response for large values of the induction number.     

煤层水平井中随钻电磁波仪器影响因素分析及电阻率模拟计算

为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素,通过有限元数值模拟研究顶底板围岩电阻率、仪器偏心、煤层井眼垮塌和煤层厚度等因素对电阻率测量值的影响,分析高阻煤岩地层条件下幅度比和相位差计算的电阻率响应规律。在此基础上,建立三层地质数学模型,模拟不同发射频率情况下随钻电磁波仪器钻进煤层时,幅度比和相位差电阻率计算解析解和数值解的差异,以及煤层相对介电常数对幅度比和相位差计算的影响。模拟结果表明:幅度比和相位差计算的电阻率解析解和数值解符合度很高,但当电阻率大于100 Ω·m时,幅度比电阻率已经不能反映煤层的真实电阻率,所以在实际处理解释过程中用相位差电阻率要好些;高阻煤层不同发射频率情况下,电阻率数据主要对煤层电阻率敏感,对介电常数不敏感,只有在超高频时,介电常数才会对电磁波传播造成较大影响。      

倾斜电各向异性介质大地电磁正演研究

研究地层电各向异性性质能够圈定沉积地层中的油气储层和与地球动力学过程、地震预报有关的深部线性构造。通过得到的N层倾斜电各向异性介质大地电磁响应公式,在不同的电各向异性系数、地层倾角、倾斜层厚度参数下,对电各向异性倾斜地层模型进行了正演计算。结果表明:当电各向异性系数、地层倾角、地层厚度三者中任一变量改变时,视电阻率曲线的形态基本保持不变,但视电阻率曲线振幅值变化较大;视电阻率曲线对地层倾角参数的变化反应最为敏感;电各向异性系数的增加,能突显薄层电阻率异常。这有助于以后的电各向异性介质大地电磁反演和应用研究。