井地电位2.5维有限元数值模拟异常分析CSCD

从井地电位法满足的边值问题出发,利用有限元推导了井地电位2.5维的详细解法,并编制了相应的程序。然后利用该程序对一水平层状的地电模型进行了正演计算,并与解析解做了对比分析,验证了程序的正确性和有效性。在此基础上对均匀介质中分别存在高阻板、低阻板以及高阻板与低阻板同时存在的模型,进行了正演计算,得到了视电阻率拟断面图及点电流源在不同深度的视电阻率曲线分布图。结果表明,该方法能够对地下介质进行有效的探测,能够精确地确定异常体上边界、下边界的埋深位置。     

井地电位2.5维有限元数值模拟异常分析

从井地电位法满足的边值问题出发,利用有限元推导了井地电位2.5维的详细解法,并编制了相应的程序.然后利用该程序对一水平层状的地电模型进行了正演计算,并与解析解做了对比分析,验证了程序的正确性和有效性.在此基础上对均匀介质中分别存在高阻板、低阻板以及高阻板与低阻板同时存在的模型,进行了正演计算,得到了视电阻率拟断面图及点电流源在不同深度的视电阻率曲线分布图.结果表明,该方法能够对地下介质进行有效的探测,能够精确地确定异常体上边界、下边界的埋深位置.     

倾斜线源的三维电场数值模拟研究

利用倾斜线状电流源的理论电位式和有限差分法理论,建立三维离散化方程组,并用ICCG法求解该方程组,设计三维电阻率异常体分布模型,经计算得到了地表视电阻率分布在垂直和倾斜线源情况下的变化规律。以上工作对利用直流电法勘探方法,来解决油田剩余油的分布及对地浸砂岩型铀矿矿层渗透性能的分析,有着实际的意义。     

垂直有限线源三维地电场有限差分正演研究

利用套管供电,通过地表观测电位研究油田注水分布和剩余油分布在油田开发中的应用。针对垂直有限线源,首先推导了线电流源的边界条件,利用有限差分实现了三维地电场的正演。正演结果表明：在全井套管供电时,地表观测电位主要受浅层电阻率不均匀性的影响;在射孔段供电时,地表观测电位主要反映射孔段的电阻率分布。     

基于混合网格有限元的直流电阻率法三维正演研究

直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中,钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确,是否影响视电阻率资料的解释是值得探讨的一个问题。因此,提出采用混合网格有限元法实现直流电阻率三维正演。给出异常电位法满足的边值问题及有限元变分问题,应用三棱柱和四面体混合网格实现对计算区域的快速离散,并建立2种网格的线性插值基函数和单元系数矩阵;采用SSOR–PCG迭代算法求解异常电位满足的大型线性方程组,得到各观测点的响应。在保证计算精度的前提下,应用混合网格有效地离散钻孔地电模型,探讨钻孔因素对井–地、地–井观测方式视电阻率数据的影响特征。对于井–地观测方式:钻孔附近视电阻率受钻孔因素影响最大,严重影响视电阻率资料的合理解释,但随着测点收发距的增加,视电阻率响应逐渐趋于围岩电阻率;而且随着发射源深度的增加,钻孔对地表视电阻率响应的影响也逐渐减小。对于地–井观测方式:钻孔因素对浅部数据影响较大,对深部数据影响小,相比于井液电阻率,视电阻率响应更易受钻孔孔径的影响。直流电阻率法混合网格有限元三维正演算法的提出,对实际井–地、地–井电阻率法勘探具有理论指导意义,可结合钻孔信息进行正演模拟分析,选择合适的收发距,有效压制钻孔因素对实测资料的影响。      

井地-高密度电法联合数值模拟研究

从点源场的边值问题出发,利用有限元推导了井地电法和高密度电法2.5维的详细解法,并编制了相应的程序。利用均匀半空间的地电模型进行了正演计算,并与地下真实电阻率进行了对比分析,验证了算法的正确性。在此基础上对均匀介质中存在对称高阻体和边缘高阻体的模型,进行正演模拟,分别得到其井地电法的视电阻率断面图和高密度电法的视电阻率断面图。结果表明,结合两种方法可以对地下存在的高阻异常体进行有效精确地探测。     

基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟

在准静态近似条件下,采用矩形网格单元和双二次函数插值就频率域二维线源边值问题进行了有限元数值模拟。在二维地电条件下,给出了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,最后通过求解复系数方程组得到了地表视电阻率响应。引入伪delta函数模拟线源,消弱了源带来的奇异性。通过与均匀大地以及层状介质模型的解析解对比,平均相对误差分别为0.71%和1.12%。建立了两个异常体模型,数值模拟表明异常响应比较明显,为进一步实现三维可控源电磁法有限元数值模拟提供了基础。     

跨孔电阻率法有限元数值模拟及反演

油气资源和矿产资源勘探中,常需要较大的勘探深度和较高的深部分辨能力.充分利用现有钻孔的井地或跨孔电阻率成像技术适应这种要求,但引起的视电阻率响应复杂,从而给资料的正确处理与解释带来一定的困难,为此有必要通过正演数值模拟和反演相结合的手段,对理论模型井地或跨孔装置的响应异常规律进行研究.文章通过设计一个典型地质模型,利用Ansys有限元软件对模型进行2D跨孔电阻率法有限元正演计算,并将模拟的响应视电阻率作为反演的输入,结合平滑约束最小二乘反演,分析了异常特征和分布规律.     

线源直流电法有限元二维正演模拟

直流电法勘探中,三维点源正演计算复杂、计算量大,虽进行傅里叶变换可转化为二维点源,但相比二维线源计算还是复杂。基于Matlab编程,采用第一类边界条件,给出了线源直流电法二维有限元数值解法,通过与均匀半空间理论值比较,验证了计算结果的正确性;再建立高阻、低阻地电模型,并采用单边供电和双边供电分别对其响应进行比较和分析,得到了相应的视电阻率断面图。结果表明单边供电可以准确反映异常体在纵向上的位置,而双边供电更能准确反应异常体的横向位置和形态。论文研究为生产实际提供了理论依据。      

井地电位法中变物性参数异常响应的模拟与分析

为了研究地下异常体几何及物性参数变化对井地电位法地表响应的影响规律,对垂直线源激励下的变物性参数地下异常体,采用三维有限单元法进行了正演模拟。经模拟结果表明,在浅部时异常形态清晰,随深度的增加,异常响应的形态变得模糊;地表异常响应对厚度反应不灵敏;对水平规模大小变化反应非常灵敏。这些规律将对油气田剩余油分布和注水推进前沿的确定,以及井地电位仪器分辨率的设计提供指导作用,并为井地电位法反演成像奠定相关基础。     

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。     

Magnetic measurements in electrical prospecting by resistivity methods

The electrical resistivity and induced polarization (IP) methods are widely used in geological mapping, prospecting and exploration of mineral deposits, engineering geology, hydrogeology, archaeology, and geotechnical and environmental applications. Historically, these methods have formed the basis of the electrical prospecting technique. In these methods, a DC or low-frequency AC electrical current is introduced into the earth through a grounded transmitter line. The measured quantity is the electric field. However, if the earth’s resistivity or chargeability changes horizontally, this change gives rise to an anomalous magnetic field, which is studied by the magnetometric resistivity (MMR) and magnetic induced polarization (MIP) methods, respectively. Along with advantages, some shortcomings are inherent in the MMR and MIP techniques. Apparently, the main drawback of these methods is that the magnetic fields of both the transmitter line wire and ground electrodes on the surface are several orders of magnitude greater than the anomalous magnetic field response. This introduces a significant “noise” to magnetic-resistivity data. We investigate the potential of using a circular electric dipole (CED) in magnetometric resistivity techniques. It has been found that the application of a CED, instead of a conventional transmitter line, dramatically enhances the signal-to-noise ratio.     

公路勘察中滑坡体的地球物理特征与分析——以张榆线公路勘察为例

滑坡是影响路桥安全的重要隐伏地质灾害。地球物理方法作为一种无损高效的勘察方法,可有效查明滑坡体内部的地质构造及滑面等特征。本文以张榆线崇礼隧道出口段滑坡为例,采用高密度电阻率法和剪切波速测试,并结合钻孔资料对滑坡体的地球物理特征进行了分析。该滑坡体视电阻率值和剪切波速值具有明显的垂向差异性,一定程度反映了该滑坡体岩土体性质、密实度、含水率的垂向差异性,综合分析认为视电阻率值和剪切波速值较高的强风化流纹岩顶面为潜在滑面。在此基础之上,基本确定了滑坡体由冲洪积体和坡积物组成,附着于流纹岩体之上,横向长度达300 m,纵向长度260 m,滑坡体厚度达20~30 m。同时,根据高密度电阻率三维剖面分析,认为滑坡体底部滑趾处为剪出口位置。最后,基于滑坡体地球物理特征建立了滑坡体地质模型。     

双频激电法在山区复杂条件下的应用——以福建垄源金多金属矿区为例

双频激电法可同时得到低频和高频电位差,由其计算视幅频率可抵消相同的影响因素,抑制干扰,增强异常幅值,提高观测精度。根据垄源金多金属矿区物性参数可确定受构造控制的硫化多金属矿（脉）体多以充填形式产出,具有低阻高极化反映,随着埋深的不同,视幅频率（Fs）有相应的变化,幅值一般为4%～11%,与背景视幅频率（Fs）2%～4%有明显差别。该区野外工作采用SQ-3C双频激电仪器,测网布设测线6条,其中线距100m、点距10m、、测线长度为400m。根据Fs、ρs曲线形态及Fs等值线图解释该矿区存在一条破碎带,破碎带北部呈现矿体异常特征,推断矿体（脉）走向为北西—南东向。依据该物探成果结合地质资料,布置钻探验证孔,其中8-1孔于156m见导水断裂破碎断层,8-2孔于31m见高品位金多金属矿（脉）体,验证物探解释与地质钻探吻合。     

一个CSAMT非平面波效应的实例及数值分析

本文以实例结合数值模拟说明CSAMT中非平面波效应对资料解释的重要影响。实际数据测量于河南卢氏县,在同一条测线测量,发射源长度1.3 km,收发距离分别为4.5 km和7 km。通过对数据进行必要的校正后进行了光滑模型反演,为了对比反演结果,整个处理过程的参数都保持一致。反演的电阻率断面显示,两种收发距离反演的电阻率断面其异常形态基本一致;但在电阻率的数值上,4.5 km的收发距离反演的电阻率较7 km的大。分析发现上述现象主要是源的非平面波效应造成的,并通过三维正演数值模拟得到了验证。由于在有限收发距离时,计算卡尼亚视电阻率靠近源受非平面波效应影响偏大,远离源后,该视电阻率趋于平面波视电阻率。因此,为了采用目前的可控源音频大地电磁测深解释理论,要求收发距离尽可能大。否则,必须采用带源效应的真正可控源电磁反演技术完成数据分析。     

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)。