混场源电磁法仪器研制进展

混场源电磁法综合了MT和CSAMT方法的特点,以天然和人工电磁场相结合为场源,探测介质的电阻率,信号频带为0．01Hz～100kHz,探测深度从几m到1000m,主要用于地下水、环境、矿产、工程等探测。本文介绍电磁波发射机、接收机、宽频带磁传感器的研制进展与关键技术,讨论了需要解决的问题．野外实验结果验证了仪器原理样机技术方案的可行性。     

堪察加强震的低频电磁场前兆

在地震预报中,很多地方都在使用电磁学方法,该方法以研究地球的天然电磁场作为基础,这一天然电磁场不仅可能与地球外源有联系,也可能与地球内源有联系,在高空电离层和磁层发生的电化过程就属于外源。由于感应在地球上产生了不同频率和强度的大地电磁场(MT),在地表观测它,就可以监测出介质电导率随时间     

正交水平磁偶源的电磁场分布规律

正交水平磁偶源是模拟天然场源的较好人工源,可以方便地实现可控源高频大地电磁张量测量.正交水平磁偶源的电磁场分布规律是野外工作布置的理论基础,为此计算了均匀大地模型正交水平磁偶源的电磁场.计算结果表明:电磁场水平分量在各个象限都有一相对低值带,对应的标量视电阻率形成了畸变带,但张量视电阻率畸变带消失;张量视电阻率曲线形态显示出近区的低阻、过渡区的高阻隆起和远区趋于真值的规律.通过野外试验验证理论计算结果,在无法准确确定地下介质电阻率参数的情况下,以天然电磁场计算的电阻率为参照对比研究了正交水平磁偶源电磁场的分布规律.试验结果表明:正交水平磁偶源与电偶源的电磁场同样的存在近区、过渡区和远区;在远区,正交水平磁偶源与测点的相对位置对张量测量结果几乎没有影响,即在远区可以在任何方位测量;正交水平磁偶源的布置要考虑收发距的影响,保证测量在远区进行.     

层状各向异性介质海洋可控源电磁场灵敏度计算及特征分析

海洋可控源电磁(CSEM)方法已广泛应用于地质构造研究以及海底资源探测,但其在各向异性地层中的分辨能力依然不明确.灵敏度分析是一种分析电磁场对探测目标分辨能力的有效方法,传统的地球物理反演方法也需要精确计算电磁场关于地下介质电阻率的灵敏度.在模拟和解释海洋CSEM资料时,地球物理数值模拟常在笛卡尔直角坐标系下进行,且通常假定发射源为理想的水平电偶极源.然而,在实际的海洋可控源电磁勘探作业中,由于海水运动等影响,发射源可能会发生旋转和倾斜等.复杂姿态的电偶极源可通过计算并矢量叠加三个正交方向发射源分量的电磁场以获得总电磁场,因此需三个正交方向电偶源电磁场的计算方法.本文推导了笛卡尔直角坐标系下,电阻率垂直各向异性介质中三个正交方向电偶极源电磁场表达式,并详细导出了电磁场分量关于各向异性电导率的灵敏度解析表达式.通过与各向同性算法对比,验证了本文所提出灵敏度计算方法的正确性;模拟了不同方向电偶源情况下地电模型的灵敏度并分析其特征.计算结果表明,薄层将显著影响地下介质各向异性电阻率的灵敏度分布,垂直电偶源对海底地层各向异性电阻率的分辨能力高于水平电偶源,通过反演各向异性率间接恢复低灵敏度的各...     

MT相对视电阻率定义及应用研究

本文在总结分析前人对MT视电阻率研究的基础上,提出了一种新的MT视电阻率定义方法—MT相对视电阻率,探讨了其在深部探测中的适用性.MT二维地电模型计算结果表明,TM模式相对视电阻率与Cagniard视电阻率类似,误差在容许范围内,其用于深部探测是可行的.南岭于都一赣县矿集区盘古山的MT实测资料验证了相时视电阻率在解决深部地质问题中的的可行性和有效性.MT相对视电阻率避开了低频磁场观测的复杂性,避免了低频磁场分量变化带来的畸变,为利用天然电场解决深部介质的电阻率分布奠定了基础.     

强磁扰对视电阻率观测的影响

基于地球天然交变电磁场的基本理论,研究了磁静日、磁暴时的视电阻率的变化特征。结果显示：磁暴时ρｓ有明显变化,一般大于或等于２倍的磁静日的标准差。同时发现,由于地下介质的不均匀性,天然交变电磁场各种频率成份对地下电性介质的贡献不同,集肤效果也不同,从而使得在同一地电台、相同观测环境、相同观测条件下,磁暴时地电阻率的测道的差异,其干扰水平显著出明显的方向性。最后对研究中所发现的一些问题尽可能地给予了物     

利用天然电磁场高分辨探测地下油气水的可能性

利用电磁波和地震波的性质以及目前对含流体多孔介质震电效应的认识，分析了电磁波对震电参数的分辨力，并与电磁波对电导率参数的分辨力进行了对比．据此指出了天然电磁场高分辨探测地下油气水地层的可能性．     

利用天然电磁场高分辨探测地下油气水的可能性

利用电磁波和地震波的性质以及目前对含流体多孔介质震电效应的认识，分析了电磁波对震电参数的分辨力，并与电磁波对电导率参数的分辨力进行了对比．据此指出了天然电磁场高分辨探测地下油气水地层的可能性．     

各向异性层状介质中视电阻率与磁场响应研究

针对任意各向异性地层,利用极向型和环向型标量位函数,导出相应的直流电视电阻率和磁电阻率的磁场响应关系.计算了各向异性地层的直流电视电阻率和磁电阻率响应特征,重点分析了电阻率测深方法与磁电阻率探测方法对地下各向异性介质的探测能力.文中采用状态矩阵的分析方法,首先采用极向型和环向型标量位构造了各向异性层状介质电场与磁场的通解,利用各层界面电场、磁场的连续性及地面激励源的耦合条件,推导了不同层之间电磁场的状态矩阵,建立了空间电场与磁场的递归计算关系.其次,针对递归计算中指数项数值计算的不稳定性,借用状态矩阵的性质,导出了将不稳定指数计算项转化为稳定的指数项的转换关系.针对横向各向同性(TI)介质中极向位与环向位解耦的特点,导出了电磁场的直接积分解.最后,采用解析解验证了算法的正确性,给出了多层各向异性地层模型的视电阻率和磁场响应曲线,分析了直流电法探测裂缝性地层、估计裂缝分布性状的可能性.     

大地电磁一维磁化率、电阻率主轴各向异性正演

大地电磁(Magnetotelluric, MT)正演是其资料解释的基础,也是认识地球介质响应特征的重要手段.磁化率和电阻率是影响MT响应的两个主要物性参数,真实固体地球介质电阻率各向异性现象普遍存在且铁磁性等物质的磁化率显著.而当前成熟的MT资料解释技术仍局限于各向同性介质、电阻率单一参数.本文从Maxwell方程组出发,推导了磁化率、电阻率主轴各向异性均匀半空间和层状介质的视电阻率及相位的解析表达式.然后,通过两个不同类型模型的计算对比,验证了算法的正确性.最后,对典型模型进行计算,结果表明某些情况下磁化率的影响不可忽略,对于低阻地层,当其电阻率与相对磁导率的乘积大于围岩的电阻率时,其视电阻率将表现为高阻.本文开发的正演算法,有助于认识磁化率、电阻率主轴各向异性时的MT响应特征,也可为后期二维、三维正演提供参考对比.     

从瞬变电磁测深数据到平面电磁波场数据的等效转换

中心回线源装置的瞬变电磁场是一种涡流场,在地下主要以扩散形式传播.平面电磁波在地下介质中传播时具有反射、折射等电磁学特性,为了借鉴平面电磁波场测深成熟的解释方法,文中开展了从瞬变电磁涡流场测深数据到平面波场数据的快速等效转换的研究.通过大量的理论模型的正演计算、曲线对比,误差统计,对瞬变电磁场、平面波场在地下传播机制特性的分析,建立了一种由瞬变电磁测深视电阻率数据向平面波场测深视电阻率数据转换的时间-频率等效对应关系.利用这一关系式,把扩散场数据快速转换成等效平面波场测深数据. 为进一步进行瞬变电磁拟平面波成像解释打下理论基础.     

TUTORIAL INTERPRETATION OF MAGNETOTELLURIC MEASUREMENTS OVER AN ELECTRICALLY DISPERSIVE ONE-DIMENSIONAL EARTH*

Frequency dispersion of electromagnetic parameters of earth materials has been widely documented in recent years. It is claimed that magnetotellurics (MT) may be significantly affected by dispersion. The paper studies the MT plane-wave interpretative problem for a one-dimensional earth characterized by the presence of dispersive layers. The theoretical properties of the MT field under the dispersion hypothesis, andthe main features of the dispersion phenomenon are synthetically reviewed. The examination of previously published MT curve responses over some models of dispersive earth section shows that ambiguity can arise when interpreting MT data with no other source of information. Thus it may be almost impossible to distinguish between the response of a dispersive section and an equally probable dispersion-free section. The dispersion magnetotelluric (DMT) method is proposed as a means to resolve the ambiguity. The DMT method is based on the execution, at the same site, of an MT sounding and of an always dispersion-free dc geoelectric deep sounding. The latter technique can be used to compute a synthetic dispersion-free MT wave impedance, to be compared with the measured MT wave impedance. The apparent dispersion function is introduced as a measure of divergence between the two wave impedances.     

电偶源频率电磁测深激发极化效应研究

本文研究含激电效应(IP)电偶源频率电磁测深问题.首先,通过对电偶源频率电磁测深电磁场分量分辨率的分析,提出利用电场Ex分量提取IP信息的合理性;然后,给出了同时存在激电和电磁效应时的理论计算公式和算法,对一些典型地电断面进行理论计算并对计算结果进行分析;最后,提出提取IP信息的几种可能方案.这些工作不仅为野外实测资料...     

天然电磁辐射测深技术的特点与其工作机理的观测验证

天然电磁辐射测深技术工作机理在本刊做过介绍,本文以实际观测为依据,对本项探测技术的工作机理做了验证叙述.对本项探测的技术特点加以归纳,并提出目前的一些局限.     

编码电磁测深

利用逆重复M序列伪随机信号良好的自相关特性,提出相关检测地电传输特性的编码电磁勘探法.分析了编码电磁测深原理及参数提取方法.同时记录发送电流信号和多收发距电磁场响应,对源信号和场信号进行相关运算,解卷积分离接收系统响应后可得到大地的频率特性或时间特性,以此实现地电断面的精细探测.在时间域,大地冲激响应和阶跃响应含有丰富的地电信息.通过冲激响应的峰值时间或阶跃响应的晚期渐近值可估计地电阻率分布.基于层状模型的大地冲激响应和阶跃响应正演计算结果表明,编码电磁测深法对大埋深薄层目标体有精细的分辨能力.可应用于能源、矿产资源、水资源、环境地质及工程地质勘察,有良好的应用前景.     

天然电磁辐射测深技术工作机理的定性解释

天然电磁辐射测深技术的部分应用实例曾在本刊做过介绍,本文以应用实例为依据,对本项探测技术的工作机理做一些定性解释.在电磁能量的返回方式,测量对象与探测结果的表示形式方面,与典型大地电磁法进行了比较.简要叙述了本项探测技术的特点与适用范围.     

磁性层状介质的CSAMT电场分量响应特征

在传统的勘探电磁学理论中,往往把岩层磁导率近似看成空气中的磁导率,从而得到简化后的电磁场响应式,主要用于指导非磁性介质情况下的电磁探测.本文开展了磁性介质的电磁响应理论、数值模拟和特征分析等研究,以便实现对磁性矿体的电磁精细探测.首先推导出磁性层情况下的电磁响应表达式;然后,计算了几种典型磁性介质地质断面的响应曲线,并对其响应特征进行了分析;研究结果表明:当磁性层位于地表时,当表层相对磁导率μr1.2,磁性层对电磁测深曲线具体明显的影响;当岩层为中间层时,只要μr1.2,对H型、A型曲线中段会有影响.对H型曲线,主要表现在使极小值处的曲线抬高、变宽,以致使曲线形态发生变化;当磁性层处于最后一层时,不论岩层的磁导率是多少,对各类二、三层曲线来讲,不会影响曲线的形态,只是使渐近线前第一个极值点的位置右移,极值点至渐近线之间的线段变得较为陡峭.     

层状介质中水平磁偶极子电磁场空间分布特征

针对岩层中介电常数和磁导率随深度变化的情况,给出水平磁偶极子源电磁场的水平或垂直空间分布特征及相应的变化规律。采用Kong给出的汉克尔（Hankel）J0变换线性滤波器（241点）和汉克尔J1变换线性滤波器（241点）算法,选用均匀大地和两层地电模型,讨论介质的介电常数和磁导率变化时的水平磁偶极子电磁场空间分布特征。计算结果表明,磁场的峨分量幅值与磁导率反相关;磁场H2和电场Ey分量随着磁导率的增大而增大;低频电磁测深中介电常数变化时对电磁场基本没有影响。     

庐枞矿集区大地电磁测深强噪声的影响规律

天然大地电磁场信号微弱,极化方向随机,极易受电磁噪声污染.张量阻抗分析、远参考技术、Robust估计等对随机噪声和不相关噪声有比较好的压制效果,但对强的相关噪声目前还没有有效的压制方法.庐枞矿集区人烟稠密、工业发达,是我国著名的铁、铜、硫等矿产基地之一,区内强烈的工业、通讯、矿山、民用等电磁干扰严重污染了大地电磁测深数据.本文首先根据实测的电磁场时间域波形和卡尼亚电阻率测深曲线形态,挑选出基本未受噪声污染的测点(Y1650).然后利用数学形态学从受严重污染的电磁场时间序列中提取出类方波、三角波、阶跃、脉冲和充放电5种典型噪声的波形,并以不同的方式将这些噪声波形与Y1650的电磁场波形叠加,对比分析加噪后Y1650点电阻率和相位测深曲线的变化,进而归纳出典型强噪声对庐枞大地电磁测深资料的影响规律,为进一步压制强噪声和资料处理提供依据.     

CENTRAL FREQUENCY SOUNDING IN SHALLOW ENGINEERING AND HYDRO-GEOLOGICAL PROBLEMS*

The paper deals with the early stages of development of a convenient form of electromagnetic induction method of sounding referred to as ‘Central Frequency Sounding’ and abbreviated as CFS. The method is introduced as a rapid and useful technique for investigation of shallow engineering and hydro-geological problems. Sets of theoretical two-layer master curves, suitable for interpretation of field data involving measurement of the vertical magnetic component of the field induced at the center of a loop placed on a two-layer earth, have been presented. The approximate but reasonably accurate solutions for a two-layer earth of any arbitrary resistivity contrast have been considered for the purpose and expressed in a form suitable for computation. The computed results have been presented in sets of curves useful for interpretation of field data.