伪随机源时间域航空电磁响应系统辨识

在时间域航空电磁系统中,采用高频伪随机序列作为激励源是实现浅层高分辨地质探测的有效途径。为了提高大地脉冲响应的辨识精度,在基本相关辨识方法的基础上,本文提出了一种基于时间域循环相关计算的高精度辨识方法,通过消除旁瓣效应影响和在时间域下求解维纳-霍夫方程获取大地脉冲响应。数值模拟仿真结果表明,辨识大地响应相对误差均方根为2.2×10^-7,早期大地响应辨识误差小于10^-10。该高精度辨识方法具有较好的噪声压制能力,在观测时间较短时,单周期辨识提升的信噪比为8.7 dB,优于同等条件下线性叠加降噪方法提升的信噪比6.1 dB。     

相位激电法(偶极-偶极)单频电磁耦合校正方法

主要介绍一种相位激电法(偶极—偶极,以下简称偶极)电磁耦合校正方法,其原理是将视电阻率近似视为均匀大地电阻率,利用均匀大地条件下偶极装置电磁感应响应的正演计算方法,算出电磁感应响应,再将其从观测的总响应中去除,从而达到电磁耦合校正的目的。     

垂直岩脉的大地电磁响应研究

对垂直岩脉的大地电磁响应进行解析推导,给出了TM极化和TE极化下高阻基底与低阻基底的垂直岩脉视电阻率解析公式,并通过对计算结果的分析,概括出垂直岩脉的大地电磁响应之视电阻率曲线特征。     

考虑IP效应的可控源电磁法电磁响应畸变分析

在野外观测的频率域电磁法的电磁场响应,不仅包含电磁感应响应也含有激发极化(IP)响应。为对IP效应引起的电磁场响应畸变进行分析,首先在纯电磁感应有限长导线源E_x、H_y、H_z电磁场响应表达式的基础上引入Cole-Cole模型,其次设置不同的地电模型,分别对含IP效应、纯电磁感应的有限长导线源频率域电磁法进行一维正演。通过理论模拟结果表明,加入IP效应后电磁场响应会产生畸变,随着极化层埋深的增加,响应畸变出现在更低的频率处,同时受IP效应的影响减弱。根据计算的最大相对异常值可知,水平电场E_x对极化层最为灵敏,而水平磁场H_y对深部极化层的反映能力最弱。     

TEM中心回线电动势求解全区视电阻率的实用特性

自中心回线全区电动势响应推导得出后,发表了很多用它求解全区视电阻率特性的文章,总结的特点为:唯一解、双解及无解。它是纯数学理论结果,正确无误,然而并不全面。笔者认为层状大地实测数据求全区视电阻率特征的要点在于曲线的连续性。笔者根据模型研究认为层状大地的曲线都是不连续的,因为无唯一解,在转换点两侧的左右支不是无解就是偏解。因为实测层状大地的数据是非连续采样读取,极少可能正在转换点上,所得响应值大于理论值则无法求得视电阻率(无解),若低于理论值虽可求得视电阻率值,但其值并不正确,笔者命名此特征为"偏解"。"偏解"特征为以往所忽略,为使全区视电阻率曲线连续,采用归一法求全区视电阻率是一个合适的方法。     

大地电磁测深中薄层响应特征与地质目标体拾取的探讨

基于理论模型的正演模拟,探讨了大地电磁测深法中的薄层响应特征,考察不同盖层深度、薄层厚度以及围岩电阻率比等参数对测深曲线的影响,并采用背景值最大归一化建立视电阻率与盖厚比的关系曲线图,总结出高、低薄层的电性响应特征。针对地质目标体的拾取,建立了均匀半空间下的近地表非均匀体与地质目标体理论模型,对比TE、TM极化模式下视电阻率、阻抗相位的单点响应曲线与正演响应拟断面图,总结出区别非均匀体与局部地质目标体异常的重要响应特征。     

MT阻抗张量在二维与三维介质中的分析

大地电磁测深法主要研究岩石圈的电性结构,以及对高阻覆盖层下的低阻矿物进行探测。大地电磁测深法利用天然交变的平面电磁波(10~(-4) Hz~10~4 Hz)为场源,依据在地表观测到的包含地下地质体信息的电场值与磁场值计算出阻抗张量,并由阻抗张量计算出的视电阻率以及相位曲线特征来分析大地电性结构特征。通过对阻抗张量的旋转分析、SVD分解、通用分析以及阻抗张量扩展,来获得阻抗张量元素的地质信息,并提出了解决三维介质阻抗张量的计算方法。     

一种可用于深部隐伏矿勘探的新方法——可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio—frequency Magnetotellurics)是七十年代初在常规音频大地电磁法(AMT)基础上发展起来的一种新的方法,它简称CSAMT。音频大地电磁法利用天然场源,在音频范围内测量大地电流的电场和磁场分量,计算出大地的视电阻率。AMT的信号源主要是区域性的雷电活动所产生的。     

自然电场法和AMT法在同德石墨矿勘查中的应用

为研究自然电位法、音频大地电磁测深(AMT)在石墨矿勘查中的异常响应,选取四川省攀枝花市仁和区同德石墨矿床作为研究对象,利用石墨特有的低电阻率等特征并结合区内有利地段开展物性测量、自然电位梯度测量、音频大地电磁测深以及深部钻探工程等对其进行研究。自然电位梯度测量圈定平面异常,在此异常范围内择优布设音频大地电磁测深剖面。研究发现石墨矿上方观测到的自然电位梯度呈正负伴生的特征,自然电位梯度曲线的形态能很好地区分出多条矿体,AMT结果反映出石墨矿(化)体主要呈低阻特征,推断的石墨矿(化)体深部的延深形态与实际地表工程和深部钻探工程控制的基本一致。上述两种方法结合使用产生的矿化异常与地表槽探及深部钻探工程施工结果套合良好,异常反映的地质信息较为准确,对同德石墨矿的找矿勘查具有较大的意义。     

木里地区天然气水合物测井响应特征

木里地区天然气水合物附存状态和储层岩性与海域或极地冻土区的水合物存在明显差异,为分析研究区水合物储层的测井响应特征,形成基于该特征的水合物储层识别方法,对本地区水合物勘探具有重要意义。文中利用常规测井和超声成像测井资料,分岩性、分附存状态,讨论了多种情况下水合物测井响应特征及产生的原因,统计出储层测井参数值的范围,并对研究区钻孔进行了水合物识别。研究结果表明:(1)视电阻率和自然伽马对孔隙型水合物反映灵敏,视电阻率和纵波速度对裂隙型水合物反映灵敏;(2)地质编录的厚层水合物均能识别,且识别出一些疑似水合物储层,但少量钻遇的薄层水合物未能识别,分析原因为水合物含量偏低,导致测井响应特征不明显;(3)研究区10口井识别出水合物和疑似水合物异常,其中孔隙型储层累计厚度89 m,裂隙型储层累计厚度151.6m,故研究区以裂隙型水合物储层为主。综上所述,地球物理测井方法对水合物储层有很好的响应,可有效运用于研究区所有钻孔的水合物储层识别工作。     

斜阶跃波层状介质航空瞬变电磁响应数值计算

目前,航空瞬变电磁方法数据解释主要采用阶跃波均匀半空间模型计算视电导率值,而实际航空电磁系统发射波形的下降沿多为斜阶跃,导致解释时计算的视电导率值存在较大偏差。为此,笔者研究了航空瞬变电磁系统发射电流为斜阶跃时的电磁响应数值计算,将发射波形进行拉氏变换,利用G-S逆拉氏变换与241点汉克尔变换相结合的方法,实现斜阶跃波关断后的层状大地模型航空瞬变电磁响应计算;并对均匀半空间和层状大地模型下,不同关断时间和不同飞行高度对电磁响应的影响进行分析。得出结论:不同关断时间,关断后取样延时2 ms时,均匀半空间电磁响应的平均偏差为27.78%,三层模型的平均偏差为32.16%;当飞行高度从20 m增加到60 m时,均匀半空间和三层模型的感应电动势分别减小了43.6%和83.2%。     

煤层气储层裂隙阵列侧向测井响应数值模拟与分析

裂隙是煤层气储层重要的流体渗流通道,是煤层气有效储集体形成的重要条件。研究裂隙的测井响应特征是确定煤层裂隙参数的关键。利用三维有限元方法,确定不同裂隙条件的阵列侧向测井响应。研究表明:阵列侧向测井修正的视电导率与裂隙孔隙度、裂隙流体电导率基本为线性关系;随裂隙倾角增大,阵列侧向视电阻率升高;随基块电阻率增大,阵列侧向视电阻率增加;高角度裂隙(组)的阵列侧向测井深浅视电阻率呈现正差异,而基块电阻率较大的低角度裂隙(组)的响应可呈现负差异特征;相同裂隙孔隙度下,裂隙密度增加可能使裂隙组的阵列侧向视电阻率增加,当裂隙密度足够大时,测井响应基本不随裂隙密度发生变化;交叉裂隙的测井响应与平行裂隙组差异明显,且不同倾角组合的交叉裂隙的测井响应之间差异明显。      

土质边坡失稳的电阻率响应特征

利用边界积分方程法对土质边坡失稳地球物理模型的视电阻率进行了系统数值计算，研究了土质边坡失稳的电阻率响应特征，揭示了边坡从稳定一失稳演化过程的电阻率变化规律，从而实现了边坡失稳的电阻率响应特征的提取。这些特征信息的获得为利用电法勘探方法探测土质边坡失稳的滑动面或结构面位置提供了依据，同时为实时观测，预测预报土质边坡失稳提供了理论支撑。     

基于瞬变冲激时刻的地?井TEM快速定量解释方法

地?井瞬变电磁法响应规律复杂,现有解释方法以定性分析和半定量解释应用最为广泛,不能直接获取大地电阻率参数。针对这一问题,提出一种基于瞬变冲激时刻的快速定量解释方法。首先给出均匀半空间地?井瞬变电磁响应的表达式,分析地?井瞬变电磁响应的冲激时刻特征。结果表明,接收点深度越大、大地电导率越高,则瞬变冲激时刻越晚。结合已有的研究成果,推导冲激时刻与大地电导率和深度的函数关系,依据反函数理论进行大地视电阻率定义。以获取真实大地电阻率为目标,研究基于地下电磁场扩散速度的改进大地电阻率恢复算法。采用所提出的算法,根据实际常用工作方式,分别设计均匀半空间、二层模型和三层模型进行模拟计算。模型算例和实测数据试算结果表明:基于冲激时刻的视电阻率定义方法能够较好地反映大地电阻率的变化趋势,但具有较强的体积效应;基于电磁场扩散速度的改进算法能够有效地削弱体积效应的影响,更加准确地恢复大地电阻率值和反映电性界面。该算法无需进行复杂模型的迭代正演计算,具有较高的计算效率,能够定量恢复大地电阻率值,适用于地?井瞬变电磁法的快速初步定量解释。但在实际资料解释应用中,还需考虑视电阻率的“overshoot”和“undershoot”现象,避免造成错误解释。      

利用有限单元法模拟二维MT倾子响应

在二维地电模型中,考虑到大地电磁测深(MT)倾子响应依赖于横电(TE)模式的数值模拟问题,笔者采用矩形网格单元和双二次插值对MT的倾子响应进行求解。首先,给出了二维地电条件下的边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成;其次,通过求解复系数方程组得到了每个节点的电场值;最后,采用差分方法求得电场沿横向和垂向的偏导数值,从而计算出二维MT的倾子响应。通过对2个二维地电模型的倾子响应进行数值模拟,获得了倾子响应的实部、虚部和振幅,结果很好地反映了不均匀体的横向分布情况。     

三维井地电阻率法有限差分数值模拟研究

井地电阻率法是在井中供电地表测量的一种方法。在井地电阻率法电法实际工作中电流源通常采用点状电流源和线状电流源,其中点状电流源适用于裸眼井中供电的情况,而线状电流源则适用于套管井供电的情况。结合野外实践工作,主要研究以下几个方面并得到了相应的结论:(1)电流源为点状时,针对电流源分别在异常体的上面、里面和下面3种模型进行正演数值模拟计算,结果表明地表的视电阻率响应变化很大;(2)电流源为垂直线源时,针对电流源分别在异常体的上部、延伸至异常体中间以及贯穿异常体3种模型进行正演数值模拟计算,结果表明地表视电阻率响应的幅值变化逐渐变大;(3)电流源为倾斜线源时,线源倾斜角度不断加大对应地表视电阻率的影响较大,随着线源倾斜角的加大,地表响应的幅值变小。这些结论为野外工作中设置井地电法仪器参数以提高其观测精度提供了理论依据,为初步判断异常体的埋深做出定性的分析,同时为井地电法三维反演奠定了基础。     

TEM中心回线法瞬变磁场求取和全区视电阻率计算

依据TEM法中心回线装置瞬变电磁场的衰减规律,给出了由实测的dB/dt求取瞬变磁场B的简单方法.详细推导了发射电流为斜阶跃波条件下由B迭代反演全区视电阻率的方法.为提高计算精度和速度,对计算过程中的积分、求导推导了解析表达式和采用标准数据库的方法计算含有概率积分的函数.对实测资料进行了计算,通过算例进行了验证和分析.     

大地电磁测深首枝频点统计求平均法在连片静位移区的校正实验研究

大地电磁测深实际测量中,视电阻率的静位移是常见现象,有时会遇到连片静位移的区域,能否对其正确识别与校正将直接影响到反演解释结果的准确度。针对出现连续静位移区的大地电磁测深剖面,相邻测点间同极化模式的视电阻率曲线可参考性较低。本文基于岩性分析,通过实验,初步总结出一套针对连片区的静态位移校正方法——首枝频点统计求平均法。本方法先对研究区浅地表同一地层分布区的畸变测点进行统计,再统计每个测点(相同极化模式)前三个频点的平均值,将这些畸变点的平均值再进一步做平均,得到的值将会作为相应畸变点视电阻率曲线首枝(第二个频点)的预置位置。该方法不改变测点的曲线形态,只改变测点曲线首枝位置,使其达到统计出的预置位置。将该方法应用在扎鲁特地区大地电磁测深实测资料的静校正实验中,取得了较好的应用效果。这也说明,大地电磁测深的剖面连片静位移区资料处理,在没有大量的测井和物性约束条件下,使用首枝频点统计求平均法具有一定的合理性和参考性。     

地—井瞬变电磁响应三维时域有限差分模拟

地—井瞬变电磁法是利用地表发射、井中接收瞬变场响应来实现查找深部矿产资源的一种方法。在时间域有限差分算法的基础上,以回线源为激发源,采用非均匀网格剖分技术,对均匀半空间和倾斜板状体、含有低阻覆盖层的倾斜板状体进行了数值模拟。通过对比分析表明:均匀半空间中,响应极大值随观测时间延迟而减小;早期主要反映围岩响应特征,异常体响应特征在晚期表现出来;场源位于中心位置激发时,异常体响应可以很好地体现出来,当场源位于右侧位置,则要选取较长的观测时间降低周围围岩的影响,使异常体的响应特征显示出来;低阻覆盖层对异常响应的影响在整个观测时间范围内都存在,削弱了异常体的响应特征。研究工作为定性分析地—井TEM响应特征和资料解释提供了参考。     

三维张量CSAMT响应特征研究

张量CSAMT(可控源音频大地电磁法)能完整地描述三维的地电信息,更适应复杂地质条件下的地质勘探。采用将总场分解为一次场和二次场的策略,用差分近似微分形成大型线性方程组,通过解方程组得到张量CSAMT三维正演结果。通过计算低阻和高阻目标体的响应,发现卡尼亚视电阻率和视阻抗相位对低阻体表现为低值异常,对高阻体表现为高值异常,视阻抗相位达到极值时的频率比视电阻率达到极值时的频率要高。张量CSAMT对低阻体比高阻体更灵敏,在同样条件下,高阻体的异常区位置相比于低阻体会上移。某工区的勘察案例表明,根据卡尼亚视电阻率异常能定性地判断地下异常体的存在,为解决地质类问题提供了依据。本研究为张量CSAMT三维反演提供了基础。