时移音频大地电磁监测数值模拟研究

音频大地电磁法(Audio Magnetotelluric Method,简称AMT)是一种以天然电磁场作为场源的电磁探测方法,具有频率范围宽、成本低以及适合长时间监测等特点,使其在储层流体时移监测方面相对于其他有源电磁方法有一定的优势.针对沉积地区海水入侵以及CO_2地质封存动态监测等问题,通过数值模拟从理论上进行时移音频大地电磁方法响应特征的研究.为此,根据不同案例背景下监测目标体的结构特性建立相应的地电模型,采用TM极化模式下二维音频大地电磁的有限元正演和OCCAM反演开展时移监测模拟,分析两种不同案例中流体介质的响应特征及地下电阻率反演模型.另外以海水入侵为例,通过在响应数据中加入白噪声,对不同信噪比下的响应数据进行反演计算,对比不同信噪比下白噪声对时移监测效果的影响.模拟结果表明,时移音频大地电磁法从理论上可以有效反映出地下介质电性特征随时间的动态变化过程,也能够有效监测地下流体的扩散过程.     

基于字典学习的音频大地电磁数据处理

音频大地电磁（Audio Magnetotelluric,AMT）信号常常受到持续性人文噪声影响,这类噪声使用远参考法和Robust阻抗估计等常规方法往往效果不佳.为此,本文从噪声的规律与特征出发,提出一种新的AMT数据处理方法.首先通过字典学习方法从观测数据中自主学习到人文噪声的特征结构,构建冗余字典,然后利用学习到的冗余字典,分离出AMT数据中的人文噪声.为验证方法的有效性,首先进行了合成数据的仿真试验,然后在四川凉山进行了针对性的野外试验研究,最后将本文方法应用于庐枞矿集区实测数据的处理.结果表明,本文方法能够快速、准确地分离出AMT信号中的人文干扰,保留有用信号,显著改善AMT数据质量.

     

音频大地电磁法强干扰压制试验研究

压制非相关噪声已经有多种比较成熟的技术方法,如多次叠加、远参考、Robust阻抗估计等,但这些方法对压制矿集区存在的强电磁噪声(通常属于相关噪声)基本没有效果.本文在前期提出的针对矿集区大地电磁强噪声压制的数学形态滤波基础上,开展了音频大地电磁法强干扰压制的试验研究.在四川西昌某AMT测点附近,布置了大功率电磁发送站,通过接地导线向地下供20A的方波电流,同时在供电期和间歇期用凤凰公司MTU-5A仪器观测4个水平分量的电磁场.在室内采用数学形态滤波和阈值法相结合的手段在时间域对含有人工源强干扰的电磁场数据进行处理,以视电阻率对比、频谱和极化方向等参数对处理效果进行评价.结果表明:结构元素恰当的数学形态滤波可以对人工源强干扰进行识别、去除,阈值法则可以消除形态滤波后的脉冲干扰,二者结合可以有效地压制AMT中的强干扰噪声,提高数据可靠性.本文结果对AMT实际资料处理具有重要的实用和参考价值.     

可控源音频大地电磁数据的反演方法

从反演方程、构造目标函数和求解三方面对用于可控源音频大地电磁法(CSAMT)的实用反演方法中的四种进行了描述．水平层状地层CSAMT法资料的直接反演法首次尝试了一维空间的全资料CSAMT反演，效果较好，但该方法尚难应用于2D、3D复杂介质中；奥克姆反演方法既考虑了横向的光滑函数，又考虑了纵向的光滑函数，得到比较光滑的横向、纵向变化的背景电性结果，但有可能把一些小构造光滑掉．快速松驰反演算法和共轭梯度算法由于计算速度快，占内存少而被用于三维反演中，二者相比，快速松驰算法在求解雅可比矩阵时只做一次正演计算，在更新模型时解小型方程组，所以在速度上更胜一筹．在后三种算法中，由于复杂电性结构无解析解，正演计算都采用数值计算．数值计算的可靠性、速度影响着反演算法的有效性，这方面的研究也将是2D、3D复杂电性结构反演的研究方向之一.     

鲁南地区大地电磁测深结果

本文根据10大个地电磁测深点的探测资料,研究了鲁南地区深部电性结构特征。结果表明,在测区上地幔内存在两个高导层,第一高导层出现在上地幔较浅部位,厚度为3—7公里,电阻率值为8一30Ω·m,该层的埋藏深度横向变化较大,从50公里到80公里;第二高导层出现在230到280公里,电阻率值仅为几Ω·m,深度变化比较小,该区未发现壳内高导层的存在。本文还初步探讨了地壳,上地幔电性结构与区域构造和地震活动之间的关系。     

利用变分模态分解(VMD)和匹配追踪(MP)联合压制音频大地电磁(AMT)强干扰

为了有效分离矿集区音频大地电磁（AMT）信号中的大尺度强干扰、抑制近源效应,本文提出利用变分模态分解（VMD）和匹配追踪（MP）联合压制AMT强干扰的方法.首先,对比了VMD与经验模态分解（EMD）、固有时间尺度分解（ITD）的处理效果,验证了VMD在避免模态混叠和端点效应方面的优势;讨论了VMD中模态个数对典型大尺度强干扰的去噪性能,并选择合适的模态初步获取待处理信号的重构信息.然后,运用MP对VMD重构信号做二次信噪分离处理,进一步滤除残余的尖脉冲干扰.通过对模拟和实测数据的分析处理,以及与远参考法结果对比,本研究能有效剔除时间域序列中的大尺度强干扰,且重构信号中保留了更多的低频缓变化信息和细节成分,近源干扰得到有效压制;视电阻率-相位曲线更为光滑、连续,低频段的数据质量得到明显改善,其结果能更为真实、可靠地反映地下电性结构信息.

     

代县盆地可控音频大地电磁浅层电性结构探测

为研究代县盆地及其断裂的空间展布以及深部的延展情况,东南跨过五台山北麓断裂带,西北至恒山山前黄土丘陵区,布置了一条NW向穿过代县盆地的可控音频大地电磁(CSAMT)测深剖面,全长12.55km.共完成可控源音频大地电磁测点246个,观测频率为8533.333 ～1.333333Hz.视电阻率、相位曲线具有明显的分段特征...     

音频大地电磁法在黄土区填图中的应用

通过在工作区内布设音频大地电磁测线,并结合当地已有的地质与测井资料对测深数据进行约束反演,结果表明:①音频大地电磁测深法对工作区的地层岩性分层具有较好的效果,并对深部的基岩面与上部土层的分界具有较好的反映;②工作区内的地层产状比较稳定;③测点点距对结果精准度有一定的影响。进一步总结了音频大地电磁法在黄土区填图中的适用性,对指导音频大地电磁法在黄土区填图中应用具有重要意义。     

可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演研究

可控源音频大地电磁法在资源勘探等领域中发挥着重要的作用.我们把有限差分数值模拟方法用于可控源音频大地电磁三维正演,结合正则化反演方案和共轭梯度反演的思路,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次"拟正演"问题,得到模型参数的更新步长,形成反演迭代,实现了可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法.该反演算法可用于对有限长度电偶源激发下采集到的可控源音频大地电磁全区(近区、过渡区和远区)视电阻率和相位资料进行三维反演定量解释,获得地下三维模型的电阻率结构.理论模型合成数据的反演算例验证了所实现的可控源音频大地电磁三维共轭梯度反演算法的有效性和稳定性.     

沁水盆地南部煤层气藏三维音频大地电磁探测

音频大地电磁法以其快速、经济、地形适应性强等优势,在复杂环境下煤层气藏勘探方面具有巨大应用潜力.本文分析了沁水盆地南部煤层气成藏模式,设计了适合音频大地电磁法勘探尺度的三维薄低阻、高阻目标层模型.模型典型测线的二维反演以及三维阻抗张量反演结果表明:在浅表不均匀体存在时,二维TE、TM、TETM模式反演解释会受到三维畸变不同程度的影响,很难判断哪种模式解释最佳.相比而言,三维反演不仅可以提取浅表异常,而且能以更高的分辨率圈出深部薄低阻层分布.但是上述反演手段对薄高阻目标层提取效果不佳,只有对初始模型(甚至目标层)施加电性约束时,薄高阻层反演结果才会改善.综合考虑,音频大地电磁法对薄低阻目标层进行三维探测是最具可行性的.选取沁水盆地南部胡底区块作为研究区,通过音频大地电磁三维反演提取富水低阻目标层分布.推断煤层气成藏模式,识别煤储层并推测储层排采状态,与已有的地质、勘探和生产资料基本吻合.以上分析为音频大地电磁三维探测法在油气藏勘探与动态监测方面的应用提供了有力支撑.     

音频大地电磁测深在成矿规律研究中的应用

为研究长江中下游地区的成矿规律和地下中浅部精细的电性信息,使用美国EMI公司生产的EH4音频大电磁测深仪,在安徽泥河示范矿区周围及地下中部进行勘探工作,使用非线性共轭梯度方法进行资料反演工作,获得较好结果.经过钻井验证,地电剖面圈定的异常、层位与地下矿体、层界面对应良好,误差小,揭示了成矿位置以及矿体周围的电性结构,为...     

可控源音频大地电磁测深法勘查深度研究

可控源音频大地电磁测深法的勘查深度问题在理论研究和实际工作中都得到了广泛的关注,本文分析了水平层状大地电磁正反演方法的基本原理,说明了可控源音频大地电磁测深法在深部勘查方面具有可靠性.通过建立两个三层地电模型,并对吉林某地区的CSAMT实测数据进行了带源反演成像,与已知钻井资料对比分析表明,可控源音频大地电磁测深法对地下1000~2000 m深度的反演较为准确,能够反映地下电性的垂向变化.     

大地电磁自适应正则化反演算法

针对大地电磁正则化反演中正则化因子的选取困难问题提出了自适应正则化反演算法（Adaptive Regularized Inversion Algorithm, ARIA）. 在该算法中, ①提出了一种新的数据方差处理方法：数据方差规范化,使得数据方差的大小只对数据的拟合发生影响,不对数据目标函数和模型约束目标函数的权重产生影响,从而减少了正则化因子取值的影响因素;②提出了粗糙度核矩阵的概念,并给出了由基本结构插值基函数计算粗糙度核矩阵的公式,使得模型目标函数的构建更为简便、直接;③根据数据目标函数、模型约束目标函数和正则化因子之间的关系,提出了两种正则化因子自适应调节方法. 本文详细阐述了最平缓模型约束下的大地电磁一维连续介质反演的ARIA实现,以几个算例的分析比较来说明ARIA的有效性.     

福建东部地区大地电磁测深研究

1986年至1987年我们在福建东部做了深部大地电磁测深,取得以下主要结果: 1.福州、漳州两地区存在上地幔软流层的隆起（底辟）,岩石层变薄,并有次级底辟发育于20—30km深度,说明地幔热活动强烈,两地热田有深部热背景. 2.惠安至龙海一线大致呈北60°东为一低阻断面,该断面的地下电性结构和洋壳地电结构相似,推测该断面是向上仰冲的古洋壳与陆缘的缝合线. 3.永春、同安地区壳内高导层埋深明显比其它地区浅,是有希望的地热远景区,需进一步做工作.     

福建东部地区大地电磁测深研究

1986年至1987年我们在福建东部做了深部大地电磁测深,取得以下主要结果: 1.福州、漳州两地区存在上地幔软流层的隆起（底辟）,岩石层变薄,并有次级底辟发育于20-30km深度,说明地幔热活动强烈,两地热田有深部热背景. 2.惠安至龙海一线大致呈北60°东为一低阻断面,该断面的地下电性结构和洋壳地电结构相似,推测该断面是向上仰冲的古洋壳与陆缘的缝合线. 3.永春、同安地区壳内高导层埋深明显比其它地区浅,是有希望的地热远景区,需进一步做工作.     

可控源音频大地电磁法三维张量阻抗响应特征研究

可控源音频大地电磁法(CSAMT)目前实际应用多以单个源采集标量数据为主,这种工作方式限制了CSAMT探测复杂地质构造的能力.随着CSAMT张量观测系统的推出和精细电法勘探的需求增多,CSAMT张量采集逐步受到重视.为了深化对CSAMT三维张量阻抗响应特征的认识,本文基于电场含源控制方程,采用交错网格有限差分法实现了CSAMT的三维正演算法;与二维CSAMT正演结果对比,验证了三维正演的正确性;设计了代表性三维地电模型,计算了标量和张量阻抗,对比和分析了标量和张量阻抗的响应特征.     

各向异性激发极化层状介质可控源音频大地电磁响应模拟研究

在自然界中,电性各向异性和激发极化效应是岩矿石客观存在的物理性质,传统的电磁勘探方法通常将地下介质简化为不合激电效应的各向同性电阻率模型,不利于实现多参数精细探测.本文开展了考虑介质各向异性激发极化效应的层状大地可控源音频大地电磁响应数值模拟研究.首先提出了各向异性的Cole-Cole模型,然后将各向异性复电阻率代入电...     

河北石家庄地区深部结构大地电磁探测

石家庄位于太行山隆起带和华北平原冀中坳陷盆地接触区,西邻太行山山前断裂带,1966年在其东南曾发生邢台7.2级强震.为研究该区的深部构造背景,并为分析地震活动性趋势提供基础资料,2010年10月采用宽频带大地电磁法对该区的深部结构进行探测研究.大地电磁剖面穿过石家庄南侧区域,长约167km,获得了64个测点数据.采用远...     

可控源音频大地电磁法在隐伏煤矿区的应用

应用可控源音频大地电磁法在福建隐伏煤矿区进行了勘探研究.针对"三下找煤",在试验区做了CSAMT探测,分析原始数据,结合各矿区相关的地质资料,比对反演结果,进行了地层划分,圈定了靶区.研究结果表明,在隐伏煤矿区应用CSAMT法探测煤系地层有切实可行的效果.     

可控源音频大地电磁法在地下水勘查中的应用研究

根据可控源音频大地电磁（ＣＳＡＭＴ）法进行地下水勘查时取得的大量资料,通过总结、分析与研究,提出了在蓄水构造的断层上,ＣＳＡＭＴ测量的视电阻车断面等值线图呈中间低、两侧高的异常特征．利用这一模式解决了在山区、半山区,很多地球物理方法难以解决的地下水勘查问题．经打井验证,成井率很高．