地面核磁共振三维响应影响因素

传统的核磁共振激发场的计算中,很少考虑三维地下介质的电性变化以及发射线圈姿态对激发场的影响,笔者借助地面核磁共振三维有限元正演模拟,开展了核磁共振三维响应影响因素分析。首先,基于三维有限元方法实现了非均匀介质条件下地面核磁共振激发场的计算,以便于分析介质电性变化对核磁共振响应的影响;其次,在源的加载过程采用近似函数来等效场源的作用,使之能够适用于不同发射回线激发的情况,进而利用旋转矩阵实现垂直地磁场分量的计算;最后通过不同条件下核磁共振响应的计算,分析了盖层电阻率、含水体背景电阻率、局部不均匀体以及发射线圈姿态等参数对核磁共振信号的影响。计算结果表明:核磁共振响应对高阻盖层电阻率变化不敏感;低阻含水体背景对核磁共振响应的影响较大;异常体规模越大,对核磁响应的影响越大,对于一定规模的异常体,低阻条件下的核磁共振响应差异明显;与电性参数变化相比,不同的发射线圈姿态对核磁信号影响更大,野外应考虑线圈姿态影响。     

双重贝寒尔函数积分的数值计算

双重贝塞尔函数积分则由于贝塞尔函数互乘项的强振荡与慢衰减特性而以以应用通常的数值积分算法。本文将被积区间[0,∞]划分为[0，λ0]、[λ0，∞]两部分，应用贝塞尔函数的克尔函数表述式及后者的大宗量渐近特性，区间[λ0，∞]的双重贝寒尔函数积分可被转化为Fourier正（余）弦变换，并可利用各种快速算法对其进行数值计算；区间[0，λ0]上的双重贝塞尔函数积分的计算可直接应用一般的数值积分算法并能获得较高的计算精度；当需大量计算有共同参量的双重贝塞 尔函数积分时，其计算效率仍显不足。此时，可应用贝塞尔函数的导数关系式对[0,λ0]内的双重贝塞尔函数积分进行恒等变换，再用差商近似导数，将其转化为对贝塞尔函数本身的积分，而该积分又仅需计算一次。故本算法对双重贝塞尔函数积分的计算效率有明显提高。     

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。     

大定圆回线频率域电磁场特征研究

大定圆回线非中心回线装置的电磁场计算公式中含有双重贝塞尔函数,因其高震荡性,使用常规方法计算误差较大。为提高计算精度,本文使用一种通过改进核函数的快速汉克尔变换算法来进行求解,计算结果表明:该算法能够很好的压制贝塞尔函数的强震荡性对计算结果的干扰,即使在非准静态近似的条件下,也能精确地计算出大圆回线源位于地表及接收点位于地面任意一点的电磁场,此外,大定源回线电磁场的分布规律不仅与接收装置位于回线内、外有关,还与圆回线所处的位置成一定的线性关系。     

高精度地面核磁共振数据正演计算

为高精度、快速地完成地面核磁共振信号的正演模拟,借助连分式插值技术对积分核函数利用尽可能少的节点上的值进行插值计算。核函数的积分采用高斯求积公式。对自由空间中单层含水层地面核磁共振响应的数值模拟结果表明,结合插值与高斯积分,能精确、高效地获得地面核磁共振信号。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(三)——瞬变电磁场关断效应及全期视电阻率的普适算法

首先给出瞬变电磁（TEM）场卷积计算式,并将关断电流变化率函数看成冲击函数,垂直阶跃脉冲激发的场分量看成输入信号,卷积结果就是任意形状关断电流的TEM响应。把电流激发脉冲看成是许多垂直阶跃函数的叠加,通过叠加这些阶跃函数的响应求得任意电流脉冲激发的瞬变电磁响应。当已知TEM场的实测值和关断电流形状,就可按编程的方法计算全期视电阻率。文中给出了2个斜坡关断电流激发的电偶极源TEM垂直磁场算例,一个为均匀半空间的响应及其全期视电阻率,另一个为三层K型地电断面的响应及其全期视电阻率。      

一种层状大地瞬变电磁响应正演计算的改进方法

频谱法是瞬变电磁法正演计算中常用的计算方法之一,其关键在于内层含贝塞尔函数的积分计算。对于重叠回线装置的瞬变电磁法正演的内层积分,以往采用在积分区间内寻找贝塞尔函数的零点分布,依次在相邻零点之间采用一般的数值积分法在求得各自的积分值后再叠加的方法进行计算。这种方法精度较高,但效率低。利用贝塞尔函数的大宗量渐近特性,提出一种新的计算方法。计算结果表明,该方法计算效率高、方法简单、精度可靠。     

多层介质点电流源磁场响应计算

介绍了点电流源层状介质模型磁电阻率法响应的模拟方法。由电流磁场的旋度公式出发,推导了多层介质中点电流源磁场的表达式,其为一个关于空间径向坐标和贝塞尔函数空间波数的二重积分。利用贝塞尔函数的性质可将该二重积分化为标准的贝塞尔积分,然后采用直接数值积分的方法计算该积分。在此过程中通过连分式展开加快积分求和的收敛速度。利用上述方法对海底天然气水合物模型点电流源产生的磁场进行了计算。模型计算结果表明,海底天然气水合物的存在能引起磁场较为明显的相对变化。     

体积分方程法模拟复电阻率三维体电磁响应

利用体积分方程法计算了均匀半空间中复电阻率(激电)效应和电磁效应同时存在时的三维体响应。在计算中,对于需要计算三重积分的张量格林函数电荷项一次部分,应用一种差分近似的方法求解,这种方法在保证计算精度的同时更加便于计算机实现;采用二次剖分的算法解决了计算张量格林函数时的奇异值问题;计算含有贝塞尔函数的积分项时,利用一种结合连分式展开的高斯求积代替常规的快速汉克尔变换方法。验证了计算结果并分析了三维体复电阻率模型(Cole-Cole)参数对正演结果的影响,为三维体复电阻率及其参数反演提供了正演依据。      

点源三维地形视电阻率的计算

利用格林公式及点源场的边界条件,将地下半空间位函数的体积积分变为地面位函教的积分方程以后,用边界元方法解此积分方程便可得到地面各节点的电位值。其计算精度和速度取决于剖分方式和节点密度。本文采用变网格的剖分方式,用较少的点实现了计算,并兼顾了精度和速度。     

层状大地频率域长导线源激发的电磁场

采用Fourier变换法从Maxwell方程组出发,导出了层状大地模型上接地长导线源激发的电磁场表达式。结果表明：接地长导线源实际上是2个接地电极和线电流源构成的一个组合源;其电磁场表达式表明平行于长导线方向的电场分量为2个接地电极激发的平行于长导线方向的电场分量和线电流激发的电场的叠加,垂直于长导线方向的电场分量和电场的垂直分量均是2个接地电极激发的;平行于长导线方向的磁场分量由2个接地电极所激发,而垂直于长导线方向的磁场分量为2个接地电极激发的垂直于长导线方向的磁场分量和线电流激发的磁场的叠加,磁场的垂直分量为线电流源所激发。进一步的结果分析表明,在均匀半空间上、大收发距时,2个接地电极激发的平行于长导线方向的电场分量和线电流激发的电场分量是相等的,2个接地电极激发的垂直于长导线方向的磁场分量和线电流激发的磁场分量是相等的,且它们的振幅与2个电极之间的距离成正比。     

Plasma heating during the parametric excitation of acoustic waves in coronal magnetic loops

We examine plasma heating due to the dissipation of acoustic waves excited in coronal magnetic loops by parametric resonance with the five-minute oscillations in the velocity of the photospheric convection. The energy of acoustic waves excited in the coronal magnetic loop, rate of dissipation of acoustic waves, and rate of heating of the coronal plasma are determined. The maximum temperature predicted for the apex of the loop is calculated as a function of the velocity of photospheric oscillations, length of the loop, and electric current in the loop. It is shown that the mechanism proposed can explain the origin of quasi-stationary X-ray loops with temperatures of 3–6 MK. The lengths of these loops are resonant for acoustic waves excited by the five-minute photospheric oscillations. The use of the proposed mechanism to explain heating of the X-ray loops expected to be on stars of late spectral types is discussed.     

TEM框内回线装置发射框边界影响及消除方法

探讨了大定源回线框内观测装置的视电阻率计算问题。中心回线晚期视电阻率计算由于受边界影响及不满足晚期条件,计算的视电阻率值有畸变,影响了煤田采空区及富水性的解释。利用电偶源时域垂直磁场求取全区、全期视电阻率,解决了发射线框的边界影响问题及早期道视电阻率计算问题。理论模型计算和实测资料的处理结果表明了该方法的有效性。      

地面核磁共振响应数值模拟研究

模型响应的数值计算是地面核磁共振勘探的一个重要组成部分，作者在本文中给出了地面核磁共振数值计算方法。在文中，作者借助直接数值积分方法，对回线源产生的磁场轴向和垂向分量进行计算，并采用不等间距空间坐标剖分技术，对地面核磁共振积分方程进行数值积分。利用这些计算方法，计算了在均匀导电半空间中的某一深度上，磁场的垂向分量沿轴向变化曲线，并给出了两层导电模型中存在一层含水层的地电模型的地面模磁共振响应的数值模拟结果。采用在本文中介绍的数值计算技术，可成功地进行一维含水模型地面核磁共振信号的数值计算。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(一)——瞬变电磁测深中偶极子源及其转换

偶极子源是电磁法研究的基本对象,是构成更复杂探测装置与资料解释的前提,也是电磁法勘探技术开发与创新的理论基础。从偶极子源的概念出发,导出了均匀大地表面上的主要偶极子源瞬变电磁场公式,并指明正垂直阶跃脉冲与负垂直阶跃脉冲激发的瞬变电磁场公式的异同,以加深认识。举例说明了相应于电性源与磁性源的场分量可根据电磁场的互易定理相互转换,便捷推导公式。重点阐述了由偶极子源的场强公式运用叠加原理可衍生更复杂的电磁场公式,诸如大回线源及其任意一点的瞬变电磁场公式,盘活了瞬变场的应用。      

探查地下水的新方法——地面核磁共振找水方法的应用研究

地面核磁共振方法是应用地球物理中新发展起米的一种直接找水方法,它利用水中的氢核在一定频率的外场作用下产生核磁共振现象实现对地下水的探测。对测量所得的NMR信号进行分析处理,可以确定地层的含水量、厚度和深度以及平均孔隙度。由于NMR信号微弱、信噪比低,因此所获资料需要进行综合解释和联合反演以提高反演解释的可靠性。以中国地质大学核磁共振科研组在西北某油田的找水工作和国外学者相关的研究成果为例,证实了这一研究方法的可靠性。     

大定源瞬变电磁均匀层状介质正演计算

大定源回线瞬变电磁法以其高效的工作方式,一直备受野外工作者青睐。这里从基本理论出发,给出了大定源回线发射源在均匀层状介质的电磁响应计算公式,利用Quadrature With Extrapolation(QWE)算法计算了线框内、外的垂向磁场响应,并将其与传统的Fast Hankel Transform(FHT)算法进行了对比分析,两者对于虚部的计算都比较准确。当发射线框位于地表以上一定高度时,两者的计算结果吻合的较好。在发射线圈位于地表的时候,QWE算法的计算结果比较稳定,适用性优于FHT。     

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)。      

TEM-TDEM soundings with the use of vertical loops

In the course of scientific collaboration, we were involved in discussion on the capacity of a vertical loop configuration to resolve thin high-resistivity layers, which is quite an interesting and largely debated point. We report a small forward modeling study including an algorithm based on an analytical solution by separation of variables and a respective program for computing the time-domain TEM field of a horizontal magnetic dipole. We infer that the subsurface vertical loop system shows no critical advantage in resolving thin insulating inclusions.     

对瞬变电磁法回线边长决定探测深度的质疑

质疑瞬变电磁法探测深度取决于场源磁矩（M=IL^2）的强度，当电源能量一定时，改变回线边长就成为控制探测深度的有效措施；认为“大回线有大深度”、“小回线探测浅”等共识是不正确的，它是不计条件应用深度公式的误导。研究认为：瞬变电磁法的探测深度取决于场源含有的低频成分，基频越低，探测越深；磁矩只是决定探测结果的信噪比。