电偶源瞬变电磁测深研究（二）——瞬变电磁场的求解方法

主要指出了瞬变电磁场求解的几种方法,重点阐述频率域的方法,也就是利用已有的频率域的解,通过傅里叶变换或拉普拉斯变换的逆变换求得时间域的瞬态解。      

电离层影响下均匀半空间水平谐变电偶极子的电磁响应计算

空气介质和电离层是电导率不同的分层媒质,当研究由空气层中电流或磁矩激发的电磁场时,地面接收到的电磁波不仅受到空气介质、地下介质的影响,而且还受到电离层的影响。首先,推导出了电磁场一般边值问题,然后,将电离层、空气及地壳视为均匀、线性、各向同性的三层媒质,考虑地壳、空气、电离层的相互耦合,利用分离变量法推导求得了位于地壳表面水平谐变电偶极子的电磁响应表达式,通过这些表达式能够方便地求出电离层影响下均匀半空间空气层中的电磁场场值,同时,为后续的数值计算奠定了理论基础。     

测量磁场水平分量H y的电性源广域电磁测深法

基于层状大地表面水平电偶极源电磁场公式系统,提出了比值法获取H y分量全区视电阻率计算公式。计算了层状地电模型多个收发距的电磁场各场分量E x、H y、H z,并用这三个场分量计算了全区视电阻率,以及E x/H y卡尼亚电阻率,并与模型的MT卡尼亚电阻率频谱曲线进行对比。发现H y全区视电阻率在赤道装置和轴向装置的广大区域对地电模型均有较好的响应,可进行单分量广域电磁测深。轴向装置H y全区视电阻率与赤道装置垂直磁场H z全区视电阻率相似,在低频段与层状模型大地电磁测深卡尼亚电阻率有相似的频率响应特征,在较小收发距条件下对大埋深基底就能有较好的响应。赤道装置和轴向装置测量的水平电场E x分量全区视电阻率在低频区均会进入“饱和”区。对于各电阻率定义方法,合适的收发距是较好地反映出地电特征深度变化的前提,多收发距测量有利于揭示深部电性特征。     

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)。     

断层裂隙水的天然电场动态响应特征

流动于断层裂隙中的地下水径流相对较集中,可视为一种运动的导体。在天然电场这一微弱的物理场中可形成明显的动态响应,即在时间和空间上的非稳定运动产生复杂、时变的感应电磁场。试验证明,这种动态响应不仅与地下水埋深、水力坡度有关,而且与观测频率也存在着较密切的关系。     

岩溶体的天然电场选频法异常成因研究

在实地探测的基础上,主要是从理论模型的角度研究天然电场选频法异常的形成原因.首先在已知的充水岩溶上开展实地探测工作,获取实测异常曲线;从麦克斯韦方程组和边界条件出发,求取均匀垂直谐变一次磁场中良导球体和圆柱体内、外磁场矢量位,推导出球外和圆柱体外感应二次电场的解析计算式;对理论模型的各个参数进行假定,计算获得地表主剖面上良导球体和圆柱体的感应二次电场异常曲线.通过实测曲线与理论模型上的模拟计算结果对比分析可知,二者曲线形态相似、特征相同,由此推知天然电场选频法在含水低阻体上方测得异常的起因之一可能是由天然感应二次电场所致.     

几种天然半导体矿物热电特性对地震电场变化的 启示意义

采用BHTE 06型热电测量仪,选择磁铁矿、毒砂、黄铁矿、黄铜矿4种代表性天然半导体矿物进行了不同活化温度下热电势的测量。测试结果显示:几种矿物均有“热电势绝对值随活化温度增加而增加”的规律。根据半导体矿物热电特性的基本理论和天然矿物形成条件的分析,笔者认为:地壳内广泛存在天然半导体矿物,绝大多数半导体矿物具有热电特性。由于“孕震发震过程中存在同源电磁场和热场相互作用”,所以伴随孕震发震过程的热场变化可能激发半导体矿物产生热电效应,进而产生新的附加热电势场。这种附加热电势场可能是映震前兆信息源。这说明,广泛存在的天然半导体矿物极有可能是孕震发震过程大地电场异常变化的重要影响因素之一。因此,深入探讨天然半导体矿物的热电效应,对全面理解震前电场前兆异常变化的机理具有启示意义。     

天然电场选频测深法在地下水勘探中的异常理论分析与实践应用

选频法是音频大地电场法的进一步应用与发展。本文通过实践应用说明选频法在浅层地下水勘探中的有效性,并对选频法测深极距(MN)与地下水埋深之间的关系开展对比分析和初步理论研究。首先,采用水平交变电场、交变磁场共同作用下的均匀半空间中低阻导电球体简化地质地球物理模型,对选频法测深曲线开展正演计算;然后,对选频法在广西“十二五”农村饮水安全工程应用中的131口钻井出水量情况进行统计,并对其中98口钻井的钻探情况开展详细列表统计分析,对比研究测深曲线异常处MN极距大小与实际钻探出水深度之间的关系。理论分析与实践应用表明,选频法在浅层地下水勘探中效果明显,是一种确定浅层地下水井位的有效方法;同时,实践统计结果表明,选频法测深法异常曲线处MN极距的大小与实际钻探出水深度之间存在1∶1的近似关系,验证了理论模拟计算结果的正确性;另外,本文的研究成果表明,在浅层(<200 m)天然电磁法勘探中,天然电场观测值的大小除了与大地的电阻率、信号的频率有关外,还与电极距大小是相关的。     

均匀半空间有限长接地导线源地面电场响应特征

本文分析了导线对可控源音频大地电磁勘探中电场的影响。在分析过程中,将有限长直接地导线源在层状介质中激发的电场的x分量分解为接地电极贡献的传到部分和通电长导线形成的感应部分,分别计算出在均匀半空间条件下,两部分及总电场随频率和收发距的变化规律。通过对计算结果的分析可见：在小收发距时,电场实部在低频区完全由接地电极部分贡献,在高频区由通电导线部分决定;电场虚部在低频区完全由通电导线部分决定,在高频区由接地电极部分和通电导线部分共同决定,且数值近似相等。在大收发距时,电场实部在低频区完全是由接地电极部分贡献,在高频区由接地电极部分和通电导线部分共同决定,且数值近似相等;电场虚部在低频区由通电导线贡献,在高频区由接地电极部分和通电导线部分共同决定,且数值近似相等。从上述分析可以看出,作为大收发距电磁法代表的可控源音频大地电磁法,其观测数据是由接地两端的传导分量和通电导线感应分量组成,并且感应分量贡献与传导贡献相当。由于导线敷设的非直线形,而引发与直导线理论不一致的结果。因此在数据采集工作中,必须考虑导线形状。同时要注意选择合适的收发距和工作频率,尽量把通电导线的影响降到最低。     

Ion acoustic instability of HPT particles,FAC density,anomalous resistivity and parallel electric field in the auroral region

During the magnetic storm of 21st March 1990, the DE-1 spacecraft encountered the auroral region at high invariant latitude at altitudes ranging from a few thousand kilometers in the ionosphere to many earth radii in the magnetosphere. The magnetic field perturbations interpretable as field aligned current (FAC) layers and the electrostatic turbulence possibly due to electrostatic ion acoustic instability driven by these currents are shown. The critical drift velocity of Hot Plasma Torus (HPT) electrons and the growth rate of ion acoustic wave as a function of electron to ion temperature ratio (T _e/T_i) for low and high current densities and energy of HPT electrons are found out. The intense FAC destabilizes the ion acoustic wave and the resultant electrostatic turbulence creates an anomalous resistivity. The current driven resistivity produces parallel electric field and high power dissipation. The anomalous resistivityη, potential difference along the auroral field lines V_t|, intensity of electric field turbulenceE _t| and power produced per unit volumeP are computed. It is found that the change in westward magnetic perturbation increasesJ _t|, η, V_t|, E_t| andP. Hence HPT electrons are heated and accelerated due to power dissipation during magnetically active periods in the auroral region. Concerning, applications, such HPT electrons can be used in particle accelerators like electron ring accelerator, smokatron etc.     

Analytical solution of the harmonic waves diffraction by a cylindrical lined cavity in poroelastic saturated medium

This paper presents a model for the analysis of plane waves diffraction at a cavity in an infinite homogeneous poroelastic saturated medium, lined by a lining composed of four equal segments. An elastic boundary layer is placed between the cavity lining and the infinite porous medium. The boundary layer is simulated by ‘elastic boundary conditions’ in which the bulk matrix stress is proportional to the relative displacement between the lining and the surrounding medium matrix boundary. In addition, fluid impermeability through the intermediate layer is assumed. For the frequencies, that differ from the pseudoresonanse frequencies, the problem was reduced to the problem of an ideal elastic medium. A closed‐form analytical solution of the problem was obtained using Fourier–Bessel series, the convergence of which was proven. It was shown that the number of series terms required to obtain a desired level of accuracy can be determined in advance. The influence of the medium porosity on the medium dynamic stress concentration was studied. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.