基于分段二分搜索算法的半航空瞬变电磁电导率深度快速成像方法研究

中心回线式直升机航空瞬变电磁法中因其发射源与接收线圈相对位置不变,故在电导率深度成像(Conductivity Depth Imaging,CDI)中无需考虑偏移距带来的影响,但半航空瞬变电磁法的工作方式是利用长导线源在地面发射,无人机搭载接收线圈在空中采集电磁响应数据,发射源与接收线圈相对位置一直变化,存在偏移距的问题,无法像航空瞬变电磁一样实现CDI快速成像.本文提出建立"库"的思想,根据不同实际情况建立不同的电导率-电磁响应数据网,利用分段二分搜索算法来消除"二值性"带来的问题,使得半航空瞬变电磁电导率深度快速成像(Semi-Airborne Transient Electromagnetic-Conductivity Depth Imaging,SATEM-CDI)方法得以实现.通过正演模拟及实测数据成像分析,表明SATEM-CDI理论简单、处理过程中无需迭代,计算速度快,可对大量半航空瞬变电磁数据进行实时成像,且成像结果可靠,可为反演模型和初步地质结构判断提供重要资料.     

基于神经网络的时间域直升机电磁数据电导率深度成像

采用G-S变换以及高斯数值积分法,形成了时间域直升机的航空电磁响应正演样本集,分析了飞机测量过程中吊舱高度变化对电磁响应的影响,并将吊舱高度的变化等效成电导率为零的假层厚度的变化,以去除高度计等的影响.以假层半空间模型为基础,研究了基于人工神经网络的电导率深度成像算法,通过分析两个三层模型的电导率深度成像结果得出,神经网络方法计算时间域航空电磁探测的视电导率精度较高,特别是对高阻层的视电导率计算.     

基于全区视电阻率的半航空瞬变电磁法对低阻薄层的探测能力探讨

针对使用感应电动势定义全区视电阻率会出现"二值性"的问题,本文采用与电阻率一一对应的垂直磁场分量结合二分搜索算法计算全区视电阻率,这使得全区视电阻率具有唯一性和可靠性.将全区视电阻率的概念引入到半航空瞬变电磁法中,在此基础上,建立以中间层为低阻薄层的三层地电模型,分别绘制了不同低阻薄层埋深与层厚比、围岩与低阻薄层电阻率比的全区视电阻率异常曲线图,并分析其全区视电阻率异常曲线形态及变化规律,通过计算其相对误差,分析并归纳了半航空瞬变电磁法对低阻薄层的探测能力.结果 表明全区视电阻率对地下低阻薄层分辨率较好,能较好反映地电断面信息,这对半航空瞬变电磁法有效探测低阻薄层具有实际的指导意义.     

海底油气藏地质模型的冲激响应

海洋可控源电磁法(mCSEM)的时间域冲激响应特征可以反映海底油气高阻薄层.本文计算了水平电偶极子源均匀大地半空间,海洋均匀双半空间和海洋四层模型的阶跃响应和冲激响应,提出了瞬变冲激时刻的概念.分析了水平电偶源瞬变冲激时刻与介质电导率的指示关系.对于海底油气高阻薄层宜采用多偏移距同时测量方式,由于在低电导率介质中电磁能量传播得要快,在适当的收发距瞬变冲激时刻会提前到达,提出的瞬变冲激时刻道间变化量可以明确指示高阻薄层的存在及埋深.文中还分析了海水深度对瞬变冲激时刻的影响.由于“天波”干扰,瞬变冲激响应受到一定收发距观测的限制.消除 “天波”影响是时间域和频率域mCSEM数据处理的研究热点.     

电导率随深度分层线性变化的大地电磁响应

本文在电导率随深度分层线性变化的地球模型上,研究了大地电磁的正演问题.由Airy微分方程导出了电场和磁场水平分量的解、地面阻抗的递推表达式和视电阻率的计算公式;并证明了分层线性模型与均匀层状模型一样,也存在高阻薄层的H等值性和低阻薄层的S等值性;总结了电导率随深度的变化率α,对大地电磁测深曲线的影响规律.     

层状全空间瞬变电磁响应理论研究

研究全空间效应的影响因素及变化规律,可以有效地丰富地下瞬变电磁法的正、反演理论体系.为此,首先建立层状全空间模型,推导了全空间的瞬变电磁响应公式,采用快速汉克尔变换和余弦变换求出了回线中心处的感应电动势,对比分析了叠加方法得到的全空间响应,并引入全区视电阻率来分析瞬变电磁场扩散规律和全空间效应影响因素,最后通过实测模型来验证模型的计算效果.结果表明,层状全空间模型计算出的响应值相对误差低于3％,精度较高;叠加方法计算的瞬变电磁响应不是真正的全空间,且全空间响应均大于半空间响应的值;在低阻层存在时,全空间响应早期受电阻率和厚度的影响较强烈,由此发现在全空间条件下减少巷道内低电阻率干扰体是减小盲区的重要手段;在超高阻层存在时,半空间响应仅仅是全空间条件下观测点以上的地层电阻率为无穷大的特殊情况;低阻目标层的视电阻率受目标层埋深与层厚差异的影响,若埋深与厚度相差小则分层效果越好;实测数据的建模结果显示计算方法有一定的正确性.本研究填补了矿井瞬变电磁一维全空间响应研究内容,为实际应用提供了验算基础.     

感应测井视电导率和真电导率关系的积分方程

本文研究感应测井仪器测量的感应电动势和视电导率的关系、视电导率和地层真电导率的关系.假定格林函数中的电导率是场点坐标的函数,运用格林公式推导出电场强度的视电导率表达式,建立了视电导率和真电导率关系的积分方程,通过对所得积分方程的深入分析,得出等效电导率与视电导率相等以及视电导率函数值包含真电导率两个结论,并提出由井轴视电导率函数求取真电导率的方法,通过数值计算验证了本文提出的方法的有效性.按照上述做法,仪器每移动一点,发射线圈产生一个电场分布,若干接收线圈得到一个视电导率分布,这就形成了感应电场测井.     

地-空瞬变电磁法电阻率成像研究与应用

地-空瞬变电磁法(Semi-airborne transient electromagnetic,SATEM)凭借适应能力强、探测深度大、实时性强等特点,适用于湖泊、沼泽、山区等地形复杂地区观测.SATEM接收数据量大、精度要求高,传统成像方法基于地面视电阻率计算未考虑飞行高度,开展SATEM的高精度快速成像研究对实际运用有重要作用.针对SATEM中电性源发射装置感应电流分布,接收装置设置于空中以及两者不在相同平面的特点,本文考虑横向、纵向感应电流差异,飞行高度对视电阻率影响等因素,提出电性源SATEM电阻率成像方法.首先,基于电性源瞬变电磁场感应电流分布特征及各分量空间分布、扩散特性分析,推导出基于均匀半空间磁场与感应电压解析解,然后定义了电性源地-空瞬变电磁法早期、晚期、全期视电阻率;最后根据对感应电流分布分析定义了横向分量和纵向分量的成像深度,并研究了成像深度受飞行高度、发射磁矩、偏移距、偏移角度的影响;对煤炭采空区的实测结果表明,利用本文提出的电阻率成像方法可以更加精确定位目标体位置.     

航空瞬变电磁法的全时域视电阻率计算方法

鉴于ATEM数据量大质低的特点,视电阻率仍是最有效而直观的参数.本文给出了适用于ATEM多种观测条件下(包括各种装置类型,发送波形,关断电流等情况)的全时域视电阻率的计算方法,并对典型层状大地模型的理论瞬变电磁响应作了全时域视电阻率及其对应等效深度的计算.结果表明,全时域视电阻率随等效深度变化的曲线可定性反映地下介质电性特征,并可近似估计低阻或高阻层上界面深度.对于非单调下降的瞬变电磁曲线,该方法也能取得较好的计算结果.     

时间域瞬变电磁法全区视电阻率的平移算法

深入分析了均匀半空间中瞬变电磁场的解析表达式,发现瞬变响应曲线随地下电导率、发射回线边长与观测时间具有平移伸缩特性,并据此提出了一种新的直接计算全区视电阻率的方法.该法与现有计算全区视电阻率的方法的不同点在于：无需迭代和求解非线性方程,速度快,精度高,算法稳定,且只有惟一解.     

双频激电法在探测煤矿采空区的尝试

利用双频激电法在山西沁源嘉元煤业有限公司已知采空区进行实地探测试验,通过对探测数据的整理与分析得知:在未充水的采空区探测得到较高的视电阻率和较低的视幅频率,能够精确的反映地下采空区的位置.结果证明了利用双频激电法探测煤矿地下采空区是可行的.     

Stratigraphic filtering of SH waves in a spherical,layered earth

We present a derivation of the formula for filtering a transmitted SH wavelet by shortperiod multiples in a spherically layered Earth. We use a continuous, rather than a discrete formulation and regard the impedance and the velocity as random variables. The mean shear displacement represents the propagating wavelet as modified by short-period multiples. Standard procedures and approximations Lead to the dispersion relation of the mean displacement. To describe the stratigraphic filtering we introduce a complex quantityF such that a wavelet which has travelled a time T is modified by the filter exp {iFT}. The impact of the higher angular harmonic modes is shown to produce a relative enhancement of those modes over the low angular harmonic modes due to fluctuations in the shear-wave propagation velocity. Numerical estimates indicate that the sizes of the apparent attenuation of the mean field and the time delay introduced by the short-period multiples sit squarely in the regime where they produce a nonnegligible distortion of the SH modes of propagation in both phase and amplitude.     

巷道前方煤体波速与瓦斯参数相关分析研究

为了获取掘进巷道前方煤体地震波速度和瓦斯参数间的对应关系,以阳泉五矿为实施矿井.采用矿井地震波速度超前探测方法对掘进煤巷进行探测,通过初至波拾取获得地震波原始记录中纵、横波速,并与巷道前方30m范围内平均瓦斯参数作相关分析.分析结果表明:一定条件下,煤体瓦斯含量越高,其地震波纵、横波速度越低.运用曲线拟合对纵、横波视速度与瓦斯绝对涌出量和瓦斯浓度进行拟合发现:纵、横波视速度与瓦斯绝对涌出量间存在ΔP=-4.6415Vp-2.7048Vs+16.1353的负线性关系;纵、横波视速度与瓦斯浓度间存在η=-0.9302Vp-0.5704Vs+3.3132的负线性关系,并对线性拟合结果进行验证表明:在误差允许范围内,计算值与实测值基本吻合.最后计算得到适用于太原组15#煤层及变质程度更高煤层的视速度瓦斯预警指标:Vp=2.00m/ms和Vs=0.73m/ms.     

Statistical property of candidate earthquake precursors and its apparent focal mecha- nism dependence

Introduction Increasing evidences show that the properties of candidate earthquake precursors seem to befocal mechanism dependent (Tsuruoka, et al, 1995; Reasenberg, 1999; Wan, et al, 2002). Test ofearthquake precursors without the classification of earthquakes could be misleading (Wu, 1999,Nature debates, http://helix.nature.com/debates/). In this paper we use the reported earthquakeprecursors for some earthquakes in China (ZHANG, 1988; 1990a, b; 1999; 2000; CHEN, 2002a, b;2003) to…     

层状方位各向异性介质的视电阻率计算

从电性各向异性的欧姆定律出发，推导了直流电法层状方位各向异性介质中的电位分布、边界条件及视电阻率计算公式．以四极对称装置系统为例，对具有相同各向异性系数的4层模型采用核函数递推法作了理论数值模拟，得到了不同方向的电阻率测深曲线及其等值线形态．结果表明理论公式是正确的，测深曲线既反映了分层介质的电阻率差异，又反映了各层中电阻率的各向异性特征．      

P波视速度方法识别爆破群的初步研究

利用黑龙江省地震台网接收到的数字地震记录求出的P波视速度,将爆破的P波视速度和地震的P波速度比较,识别出爆破记录。结果表明：爆破的P波视速度小于地震的P波速度。     

稳定的频率域变深度视密度反演方法

视密度反演的频率域方法具有速度快的特点,但由于其关键运算向下延拓算子的不稳定,造成该方法精度不能达到实际应用的要求.本文利用徐世浙开发的迭代向下延拓方法代替该算子,使其精度和稳定性都得到很大的提高.同时,本文还引入一个起伏因子,使频率域视密度反演方法的适用性得到很大的提高.并在新疆某地区的实际应用中取得了较好的效果.     

两次大震的视电阻率各向异性特征

对1976年松潘7．1级和唐山7．8级地震的地电阻率变化及各向异性特征作了较全面的分析,并从理论上作了一定程度的解释。结果表明,震前地电阻率变化的各向异性是客观存在的,各向异性主要有两种表现,一是不同台站的方位性差异：二是同台不同测向的差异。这种各向异性主要外观因素是台站的震中距、方位、测向、介质的力学因素和地震本身的机制;内在因素主要是原生裂隙的膨胀、闭合和排列、新生裂隙或破裂的发育、贯通、排列受应力场的作用。     

Apparent resistivity of azimuthal anisotropy layered media

Introduction The method of apparent resistivity with direct current (DC) measurement, adopted from geophysical exploration, is one of the most important precursory approaches in earthquake prediction, in which the geo-electric constitutive model is illustrated by the scalar theory Archies law and correspondingly a set of calculation methods for apparent resistivity of layered media has been established (QIAN, et al, 1985; YAO, 1989). But this is not consistent with the fact that in earthqu…     

Statistical property of candidate earthquake precursors and its apparent focal mechanism dependence

Statistical properties of reported earthquake precursors show apparent focal mechanism dependence. Intensity of anomaly is described by the ‘anomaly ratio’ as defined by the number of stations/items reporting anomalies before the target earthquake over the number of stations/items in operation around the target earthquake. Variation of the ‘anomaly ratio’ with the magnitude of the target earthquake was studied for dip-slip earthquakes all over China, strike-slip earthquakes in eastern China, and strike-slip earthquakes in western China, respectively. It is observed that for strike-slip earthquakes, the ‘anomaly ratio’ increases linearly with the magnitude of the target earthquake, while earthquakes in eastern China and western China have different slopes. For dip-slip earthquakes, however, the ‘anomaly ratio’ has no statistically significant change with the magnitude of the target earthquake. Limited data imply that the ‘anomaly ratio’ seems proportional to the apparent stress of the target earthquake. The result might be heuristic for the analysis of candidate earthquake precursors. Foundation item: National Natural Science Foundation of China (40274013) and MOST Project (2001BA601B02). Contribution No.04FE1020, Institute of Geophysics, China Earthquake Administration.