航空电磁勘查技术发展现状及展望

航空电磁作为一种高效的地球物理勘查技术手段,其发展在国外(加拿大、澳大利亚等国家)已十分成熟.然而,在我国该项技术仍处于发展当中,在国内目前尚未形成具有实际探测能力的航空电磁系统和解释手段.这一现状严重影响了我国对地形地质条件复杂区域(比如广大西部地区)矿产资源勘查的需求.本文旨在通过系统介绍航空电磁勘查技术中的基础理论、关键技术、仪器系统、数据处理、解释及应用,并对未来我国航空电磁勘查技术的发展提出建议,使读者了解该技术未来发展方向和研究热点,以期该项技术在我国得到快速发展并获得广泛应用.     

电磁法在金属矿勘查中的研究进展

电磁法勘探是以地壳中各种类型的岩石矿体导电性、导磁性等电磁学的性质为基本依据,通过对各类电场及电磁场在空间上的分布规律及时间特征进行观测和研究,找到各种有用的矿体、探明区域地质构造以及解决具体地质问题的一种地球物理勘查方法.地球物理电磁法多年来已在世界各处的铜矿、钼矿、铅锌矿、铝土矿、深部铀矿、海底热液多金属硫化物矿等金属矿产资源勘查中起到了重要作用.为了在未来将该地球物理方法更好地应用于金属矿的勘探开发工作,有必要对各种电磁法在应用时表现出的优缺点及未来发展走势作出详细分析.本文主要针对电磁法在金属矿产资源勘查中的应用与发展,对电磁法勘探的原理、仪器、各种分支方法、数据处理技术、反演解释等方面做出比较全面的论述,同时介绍了电磁法在陆地、空中、海洋等不同环境中的找矿实例与应用效果.未来电磁法勘探仪器将朝着高精度高分辨率、集成化采集、实时处理能力强、便于携带的方向发展,数据处理方面将融合多种地球物理方法进行联合反演及开展多学科交叉研究,而且电磁法的应用领域不再局限于地面和井中,航空电磁法和海洋电磁法在未来金属矿勘查工作中有着广阔的应用前景.     

地震电磁前兆的观测

地震的电磁前兆现象越来越受到人们的关注,地震电磁观测技术也在不断地得到发展和改进,已经由被动的观测发展到主动的观测,由地面局部的观测扩展到空间卫星全球范围的观测。文中介绍当前国内外在地震电磁观测方面的研究进展和实例,展望了我国未来地震电磁观测技术的发展。     

海洋地球物理中的电磁法

海洋地球物理是地球物理学的一个重要分支。海洋地球物理学的研究成果曾为现代地球科学的发展做出过重大贡献。本文综述了适用于海洋地球物理学研究的电磁方法,详细讨论了海洋中电磁场的特征、测量仪器和测量方法等,最后介绍了海洋电磁法的应用方面及应用效果。     

多道瞬变电磁法(MTEM)国外研究进展

多道瞬变电磁法(Multi-transient electromagnetic method,MTEM)最早由英国爱丁堡大学学者提出,该方法不仅融合了地震勘探中的数据采集和处理解释方法,而且把电磁法勘探中的几何测量和感应测量结合在一起,它是目前石油和矿产资源勘查领域具有发展潜力的电磁勘探方法.本文首先对MTEM方法的提出和发展过程进行了回顾,然后分析了其采用大功率接地源形式、伪随机码发射源、多道观测、类地震资料处理等特点等.最后介绍了采用MTEM在陆地、海洋等勘探环境下进行的探测和监测实际勘探例子.该方法成功的应用,为推进我国多道瞬变电磁深部探测系统研发起到了积极的作用.     

国外地震电磁现象观测

本文综合介绍了国外在地震电磁观测研究方面的进展和实例,结果显示地震电磁信号在地面和卫星观测记录中非常丰富.地面异常信号频带宽、分布范围广,时间上多集中于震前一个月或几天的时间段内出现.卫星地震电磁信号集中于ELE-VLF频段,时间上以震前几个小时为主,说明电磁信号具有明显的短临特性.我国地震电磁未来的发展方向应在现有的基础上,以超低频段为主,并发展地面与电磁卫星的三维立体联合观测,为地震短临预报服务.     

瞬变电磁法在煤炭领域的研究与应用新进展

随着浅部煤炭资源开采进入尾声,深部煤层的勘探与开发成为下一步的发展趋势.为了探索瞬变电磁在煤炭领域的发展突破方向,本文从理论、方法、技术、装备及应用等方面对瞬变电磁法用于煤田探测的研究成果进行了分析总结.首先介绍近年来瞬变电磁法在地面和井下的最新进展,包括时变点电荷载流微元理论、瞬变电磁全空间理论、修正式中心回线法、电性源短偏移深部探测法、小回线大电流法、矿井强干扰处理技术、地形影响校正技术、联合时-频处理技术、以及在井下和有低阻覆盖时观测数据的处理技术等.然后,结合实际情况,说明瞬变电磁法在煤炭领域的应用效果.最后,展望了瞬变电磁法在煤田领域的研究方向,包括进一步完善电性源近场探测理论和全空间物理场基础理论,开发精细数据处理的方法及地面-井下联合分析方法等.     

天然气水合物电磁勘探研究进展

天然气水合物因能源资源潜力、环境效应问题和对地质灾害影响,受到了世界各国的广泛关注,成为了科学研究热点.目前,探测天然气水合物最有效的当属地震勘探,但其存在着一些问题,如只能探测水合物的底界、无法估算水合物浓度、BSR特征与水合物储层不一一对应等,而电磁方法则成为其有益的补充,可降低勘探成本和钻探风险.本文综述了海域与陆域冻土区电磁探测天然气水合物的研究进展,介绍了国内外天然气水合物的发展历程、电磁探测水合物的物性基础和电磁探测天然气水合物的研究现状.在海域水合物电磁勘探方面,重点阐述了频率域海洋可控源电磁法的原理、电磁法数值模拟、装备研发和应用研究的相关进展;在陆域水合物电磁勘探方面,论述了电磁法在探测冻土层、水合物成藏要素以及水合物有效性的研究进展.最后结合我国天然气水合物电磁勘探研究现状,提出了相关建议,为开展相关领域研究提供有益的参考.     

地空瞬变电磁法研究进展

随着瞬变电磁法的研究逐渐转向高海拔山区等地形地质条件复杂地区进行深部勘探,地空瞬变电磁法得到了更多的关注.地空瞬变电磁法结合了地面瞬变电磁法和航空瞬变电磁法各自的特点,相比地面瞬变电磁法,能有效提高野外工作效率;相比航空瞬变电磁法,勘探深度更大、采集信号信噪比更高.近几年来,地空瞬变电磁法得到了较快的发展.本文回顾了地空瞬变电磁法的历史发展与现状,总结了地空瞬变电磁法研究的最新进展,并对地空瞬变电磁法的各种装置类型进行了相关评述和总结,指出目前地空瞬变电磁法的问题主要在于解释水平跟不上,大都仍采用基于地面瞬变电磁的数据解释方法.为了进一步丰富地空瞬变电磁勘查体系,从仪器装备、数据预处理和处理技术、正反演及数据解释等方面对地空瞬变电磁法的发展方向进行了总结.     

电磁勘探中各向异性研究现状和展望

电各向异性广泛存在于自然界中,已成为电磁勘探资料解释中不可忽视的因素.特别是在一些沉积岩地区,由于层理发育导致地下介质电阻率随电流方向发生变化,表现出很强的各向异性导电性.此时,利用各向同性模型进行电磁数据解释将引起很大的误差.本文回顾了电磁勘探中电各向异性研究的历史,简要介绍电各向异性成因、数值模拟中的数学描述及电各向异性介质中电磁场正反演模拟方法等研究现状,总结电各向异性在大地电磁、可控源电磁、航空电磁和感应测井等方面的最新研究进展及未来的挑战.随着多维电磁数据采集及正反演模拟技术的进步和计算能力的提高,给电各向异性信息提取和应用带来了新的契机.电各向异性研究将在矿产资源勘查、油气存储与运移特征分析、地下水和地热、环境工程地质调查、大地构造及地质灾害预测等方面发挥积极作用.     

轨道不平顺随机过程的数值模拟

轨道不平顺是列车-轨道系统的动力响应的主要影响因素,不平顺样本是列车-轨道系统动力分析模型中不可缺少的参数.根据随机理论原理推导了轨道不平顺谱的空间、时间域的相互转化关系,得到了时域功率谱的表达式.分析了目前广泛应用几种轨道不平顺随机过程的模拟方法的原理及作法,通过对功率谱快速数值算法的分析给出了一种新三角级数模拟方法,该方法与逆傅氏变换法具有等效性,同时也论证了逆傅氏变换方法样本是高斯过程.最后通过实际算例的分析论证了新三角级数法与傅氏逆变换法在简便、合理等方面的优点.     

Application of Snell's law in reflection raytracing using the multistage fast marching method

Accurate calculations of travel times and raypaths of reflection waves are important for reflection travel time tomography. The multistage shortest path method(MSPM) and multistage fast marching method(MFMM) have been widely used in reflection wave raytracing, and both of them are characterized by high efficiency and accuracy. However, the MSPM does not strictly follow Snell's law at the interface because it treats the interface point as a sub-source, resulting in a decrease in accuracy. The MFMM achieves high accuracy by solving the Eikonal equation in local triangular mesh. However, the implementation process is complex. Here we propose a new method which uses linear interpolation to compute the incident travel time of interface points and then using Snell's law to compute the reflection travel time of grid points just above the interface. Our new method is much simpler than the MFMM; furthermore, numerical simulations show that the accuracy of the MFMM and our new method are basically the same, thus the reflection tomography algorithms which use our new method are easier to implement without decreasing accuracy. Besides, our new method can be extended easily to other grid-based raytracing methods.     

A new analytical method for quantifying of sterane and hopane biomarkers

An analytical method for quantifying biomarker compounds of the sterane and the hopane existing in saturated hydrocarbons has been established by using comprehensive two-dimensional gas chromatography-flame ionization detector (GC×GC-FID) with optimized operating parameters. The new method achieves the quantification by using a GC×GC-FID system which is able to completely separate steranes from hopanes. The data obtained by the new method are of good repeatability and reliability. Compared with the original data, the relative standard deviations (RSDs) of 12 reference compounds are less than 5%. The RSDs of the quantitative results of the biomarkers based on seven separate analyses are also less than 5%. Compared with the traditional method of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), the new method has a number of advantages, such as common internal standards (ISs), high resolution, no co-eluting peak, and no interference caused by diagnostic ion peaks. The new method provides petroleum geologists with an effective and scientific means in future researches.     

三分量地震波场的近似解析离散模拟技术

首先将二维各向异性介质中地震波动二阶偏微分方程组降为关于时间ｔ的一组一阶偏微分波动方程组，然后利用Ｔａｙｌｏｒ展式和插值逼近的方法构制了一种与有限元法、反射率法、射线追踪法、有限差分法等传统方法不同的近似解析离散方法（ＮＡＤＭ）．对双层各向同性介质以及横向各向同性介质中的三分量地震波场进行了模拟，并与传统的有限差分法作了比较，结果表明ＮＡＤＭ算法可行．     

时移地震非线性反演压力与饱和度变化研究

在现有研究基础上提出基于岩石物理模型和混合优化算法的时移地震反演压力、饱和度变化方法.介绍了混合优化算法原理和适用于疏松砂岩的岩石物理模型,建立了非线性反演油藏参数变化的流程.将本方法用于某油田实际数据标定的疏松砂岩岩石物理模型,分析三组地震属性组合与油藏参数的敏感性并进行油藏参数非线性反演,结果表明敏感性不同的三组地震属性组合均能得到正确结果,表明了方法的稳定性与有效性.油藏参数反演结果整体误差小,证明非线性反演方法不受油藏参数变化范围的影响,优于线性化反演方法.     

橡胶隔震支座竖向刚度简化计算法

本文提出了采用橡胶隔震支座刚度因子计算隔震支座竖向刚度的方法，在此基础上提出了适于工程应用的简化计算式，研究还进行了2种不同橡胶6种规格共12件试验体的竖向刚度及水平刚度试验。文末给出了该计算结果与试验结果的对比，表明本文所提计算方法适合于工程使用。     

A numerical model for dynamic soil liquefaction analysis

This paper presents an effective stress-based numerical model, which can be used to obtain pore pressure build up and consequent loss of soil strength due to earthquake-induced shaking. The main advantage of the new method is that it needs few model parameters compared to many existing effective stress-based ground response analysis methods. The pore pressure generation is calculated using the equivalent cycle pore pressure model developed by Seed et al. [J Geotech Engng Div, ASCE 102 (1976) 323] but the equations are used in a different manner. Pore pressure generation calculated by the new method and the equivalent cycle method for different load patterns shows that the new method can predict pore pressures which are in better agreement with experimental data, irrespective of the loading pattern. The equivalent cycle method predicts results in agreement with experimental data only when the loading pattern is highly irregular, and tends to under-predict pore pressure ratios for other loading patterns. To demonstrate the ability of the new method in simulating earthquake-induced site response and liquefaction-related ground deformations, the Kobe, 1995 earthquake has been analysed. The results obtained from the new analysis agree reasonably well with recorded accelerations and lateral ground displacements at Port Island, Kobe.     

AVOA techniques for fracture characterization

Different aspects of computational techniques for AVOA analysis (Amplitude Versus Offset and Azimuth) for fracture characterization are considered, in particular: using amplitudes instead of reflection coefficients, smoothing seismic data, and numerical methods for estimation of fracture directions. A new computational method and a new filter for smoothing are suggested. The different computational methods are compared in synthetic reflection surface data with noise, and without noise. Properties of the numerical methods in dependence on different sets of azimuths and offsets are obtained. It is shown a superiority of the new method.     

三维电磁感应的有限差分法的网格收敛试验

本文用三维有限差分法,在计算电导率异常的电磁响应时作了一次网格收敛试验.该收敛解和其它几种数值解法得到的结果作了比较.这些方法是Hohmann的积分方程法、Lee等的混合法和Gupta等的混合法.我们的结果基本上和Hohmann的以及Gupta等的结果一致.试验表明,有限差分法所用的计算机时间比SANGAM混合法的少.为了缩减迭代过程的计算时间,我们使用了一种新的技巧--变区域迭代法,这种方法的收敛速度和一般的（在全区域迭代的）迭代法的收敛速度相同.     

Synthetic seismograms from generalized ray tracing1

A new method of numerical computation of elastic wavefields in regions containing caustics is tested. The method is an extension of the asymptotic ray theory (ART). The essential features of the method consist of the application of expressions which are well defined at caustics and expressed in terms of ray tracing combined with complex ray tracing in caustic shadows. The method and an outline of the underlying theory are briefly presented, followed by a comparison with finite differences on a test model involving a caustic cusp. The comparison reveals the unexpectedly high degree of accuracy of the new method.