井间电磁法综述

地面电磁法在实际工作中在很大程度上受到了探测深度和分辨率的限制.为了克服这些缺点,出现了井间电磁法.井间电磁法指的是在两个(或多个)钻孔中分别发射或接收电磁波信号,利用电磁波信号进行成像并探测井间物理性质的地球物理方法.由于发射机和接收机可以分别放置在很深钻孔中,其具有大透距、大探测深度的特点,因而广泛应用于工程环境物探、矿产勘查、石油勘探等中.针对不同的应用,产生了各具特点的一些特殊方法,包括井间无线电波成像、跨孔雷达、井间电磁成像.井间无线电波成像仪目前只测量电场强度数据,工作频率低,一般是单频的电磁波,频率范围通常在1 kHz至10 MHz.由于缺少走时数据修正射线路径,井间无线电波成像主要是进行基于直射线追踪的衰减层析成像.井间无线电波成像既可用于工程与环境地球物理也可用于找矿.跨孔雷达是钻孔雷达的一种探测方式,用高频电磁脉冲探测两个井孔间介电常数和电导率的变化.跨孔雷达层析成像也叫地质雷达CT,既可进行走时成像,还可进行衰减成像.一般来说,地质雷达CT的电磁波工作频率较高,中心频率通常在10 MHz和1 GHz之间,因此在分辨率指标上占有优势,跨孔雷达主要用于工程与环境地球物理.井间电磁成像采用更低的频率,测量复电磁信号,适合油气储集层监测,是一种地球物理前沿技术.经过在多个试验区初步试验表明,井间电磁成像是油藏研究的有效手段,可用于分析剩余油分布,寻找油气富集区,进而达到提高钻探高效井成功率和提高采收率的目的.本文详细介绍对比了这三种方法在理论和实践中的一些特点,并对未来的发展进行了展望.     

时间域相邻道地震波衰减成像研究

在时间域中,利用地震记录中的振幅与上升时间信息可以计算出岩石介质的品质因子Q值.由于震源能量难以测量,本文通过共炮点道集相邻道循环对比的方法,消除了震源对计算过程的影响,推导出时间域相邻道振幅与上升时间衰减成像的计算公式,并在振幅衰减成像的计算过程中,去除了非粘滞性衰减成分.为了更全面地综合利用波形信息,并充分利用各种方法的长处,将波速成像、振幅衰减成像、上升时间衰减成像集成到一个处理流程中,通过在岩体结构研究中的实际应用,证明这种综合方法具有灵活、实用、可靠的特点.     

地震波速与吸收系数综合层析成像

阐述了地震波在粘弹性介质传播过程中具有的衰减特性,探讨了地震波吸收层析成像的机理,得知地震吸收CT成像方法,对岩体软弱结构面、裂隙和规模较小的断层破碎带的识别能力,要强于波速成像方法.针对这两种层析技术的优缺点,采取多参数（波速、吸收系数）综合地震层析成像的方法,使波速CT与吸收CT两者能相互印证、互为补充.作者综合利用两种成像方法,把它用于在云南省某水电站坝基岩体质量检测中,取得了较好的效果,达到了提高地震层析成像的分辨率与可靠性的目的.     

芦山震中区上地壳剖面二维波速结构模型反演

CT技术已经广泛应用到科学和工程领域,特别是在地球物理学和土木工程质量无损检测方面.本文用精密可控的地震波雷达在芦山震中区持续300 s向地壳主动发射低能量的线性调频弹性波,通过高灵敏度的地震仪器接收信号,实现对上地壳剖面波速结构进行无破坏性探测.用短时傅里叶变换分析记录到的线性调频信号的时间和频率特征,并用能量累积法提取信号的走时形成走时曲线图,识别震相后用射线追踪方法进行P波走时反演,得到了芦山地震震中区上地壳剖面二维波速结构.分析结果表明地震波雷达发出的信号符合控制要求,重复性高达99.7%;用能量累积法得到的地震波走时曲线易于识别震相.从芦山地震震中区上地壳剖面二维波速结构中可以看出,在芦山震中区附近有明显的波速差异,并且出现了向上凸起、向下急剧下降,再缓慢上升,呈"铲形"特征,存在低速层,分析出芦山地震是一次逆冲型地震,并且距震中区近的检测点波速比偏低,距震中区远的检测点波速比偏高.通过与其他方法研究结果对比,证明了用地震波雷达信号走时反演地壳波速结构是可行的.     

井中电磁波CT场源的时域特性分析

设计了一种ＬＲＣ电路控制的瞬变垂直磁偶极子场源,该场源可通过线路中的电阻Ｒ调节其振荡频率和衰减速率,以获取高能量、穿透能力强的时域电磁波信号。理论分析表明接收波形随距离衰减的程度远在于随电阻率减小而衰减的程度;当观测蹁大到一定程度或电阻率小到一定值时,记录的时域菜近似为源信号的包络红,这样就相对简单且易于测量其峰值旅行时,从而达到高分辨率成像的目的。     

跨孔直流电阻率法CT勘探技术研究

常用电阻率法的空间效应和视电阻率拟断面记录点对应深度方面的经验性,使其工程应用受到限制.根据电场的基本理论和地震CT勘探的原理,提出了利用在平行钻孔中布设电极、然后利用一孔的电极供电、另一孔的电极同时测量的拟震式单极--单极跨孔直流电阻率法CT勘探技术,并编制了相关的数据处理软件.通过对砼模型在水压致裂过程中电阻率变化的测试,证明了该技术的可行性.     

跨孔雷达全波形反演成像方法的研究

跨孔雷达全波形反演是一种使用全波形信息反演两钻孔之间地下信息的层析成像技术.常规的层析成像反演大部分采用射线追踪方法,其中基于初至时的射线追踪方法可以反演出速度剖面（介电常数剖面）,基于最大振幅的层析成像可以反演出衰减剖面（电导率剖面）.常规射线追踪方法有许多不足,究其原因是该方法仅使用了小部分的信号信息.为了进一步提高成像分辨率,本文全面推导了全波形跨孔雷达层析成像反演方法,该方法利用雷达波全幅度相位信息能够反演出地下高分辨率的介电常数和电导率图像.本文通过基于局域网的分布式并行算法,有效地解决了巨量数据正演计算问题.文中首先建立了基于单轴各向异性介质完全匹配层的时间域有限差分二维正演算法,进而通过应用包括时间维度在内的全波场信息与残场逆向传播的全波场信息乘积来计算梯度方向,通过求取以步长为自变量的目标函数的极值确定步长公式,并提出以第一次介电常数反演作为同步反演的初始模型,能够有效提高收敛速度.本文对多组模型进行成像实验,取得了较好的反演效果.     

单极源钻铤波传播机制的实验研究

为了研究随钻声波测井中单极源钻铤波的传播特性,本文在水池中进行了缩小尺寸的随钻声波测井实验.首先建立了实验室内高分辨的数据采集系统(24位分辨率/1.25 MS/s采样率)和高精度三维运动控制系统(最小移动步长0.5mm),并通过测量声源和接收换能器之间直达流体声波信号,验证了声源/接收探头和实验测量系统的有效性.之后对4种实验模型下单极源激发钻铤波的传播规律进行了实验分析,分别在钻铤内部和钻铤外流体中记录了钻铤波信号,重点分析了不同情况下钻铤内部直达钻铤波和钻铤外部泄漏钻铤波的幅值差异性及产生原因,讨论了泄漏钻铤波沿着井轴方向和直径方向的衰减规律.实验结果表明:钻铤波在声源和钻铤分离情况下依旧可以激发很强的钻铤波,但当钻铤被截断后两部分钻铤波同时消失,在截断位置转化成流体声波波群继续向前传播.此外,通过定量分析两部分钻铤波的幅值特性发现,泄漏钻铤波的幅值约为直达钻铤波幅值的1/4,两者处于同一量级,因此,泄漏钻铤波对测量纵横波的干扰是不可忽略的,进而本文提出一种随钻声波测井接收器的布置方法,以有效削弱测井全波中直达钻铤波和泄漏钻铤波信号的幅度.本文实验结果对认识单极源钻铤波的激发和传播机制具有重要意义.     

桩身材料阻尼对波传播特性影响的小波分析方法

理论计算及实测资料表明,反射波法基桩动测激振信号近似为半周期正弦波,不同激振方式产生的桩顶速度脉冲信号宽度不同,相应频率成分也就不同。桩身内阻尼对不同频率谐波的幅值衰减及频散规律不同,使得不同激振方式产生的复合脉冲在同一桩中会有不同变化规律,为了使不同激振方式测试资料具有可比性,应采用相同频带进行对比。为此利用小波分析的时-频特性,通过对测试信号进行时频分解,就桩身内阻尼对不同频带信号的吸收系数及波速的影响规律进行了研究。对实测资料分析的结果表明,预制桩不同频带信号波速变化不大,但衰减系数随频率增大近似线性增加。     

基于探地雷达波速层析的金属矿区勘探仿真

探地雷达技术在金属矿区得到广泛应用.由于金属矿区地质构造复杂,使用于探测层状介质的反射波探地雷达勘探方法在金属矿探查中受到限制.为提高接收信号能量强度以提高探测结果分辨率,实现探测复杂地质构造及隐伏岩体,将层析成像方法用于探地雷达对金属矿区的勘查中.建立了典型的金属矿区速度模型,并选取了代表性的切片,采用LSQR算法反演计算.仿真结果误差都在1‰的数量级,证明了雷达层析成像技术应用于金属矿区勘察的有效性.     

反卷积在人工震源数据处理中的应用

震源到接收台站之间的地层响应函数能够反映地下介质信息。对地震波传播过程中的卷积模型进行推导:记录信号是众多震源子波经过时移加权叠加的结果;通过反卷积方法可去除震源子波信息,提取震源到接收台站之间的地层响应函数;地层响应函数中第一个突跳值对应的时间即为P波走时。在河北赤城—张北地区进行人工震源实验,通过反卷积计算得到该地区地层响应函数剖面图,得出P波波速约6 km/s。利用人工震源系统还可以对地下介质波速变化进行长期动态监测,对地震预测具有一定意义。     

利用主动震源检测汶川地震余震引起的浅层波速变化

为了监测汶川地震后断裂带附近的波速变化,2008年6月,我们利用快速响应探测系统,在龙门山断裂带北端进行了为期3周的连续观测实验.实验使用电动落锤作为主动震源,GPS连续同步授时的高精度数采作为接收系统.利用记录到的高时间精度观测数据,结合互相关时延检测技术,计算了P波和面波走时的相对变化,来表征地下波速的变化.我们观测到两次面波波速的异常变化,变化幅度最高达到2%,远远大于气压变化所能引起的波速变化.结合该时段内地震活动记录,我们认为面波的波速变化是由在附近发生的两次地震事件的同震效应引起的,该观测结果同理论计算结果相符.     

乳腺癌颈胸腹盆增强CT:能谱与常规扫描模式比较

目的:通过与常规扫描方案比较,探讨能谱扫描方案在乳腺癌患者颈胸腹盆联合增强CT中的应用价值。方法:回顾性分析我院因乳腺癌行颈胸腹盆联合增强CT的女性患者40例,其中行常规颈胸腹盆增强CT患者20例,能谱颈胸腹盆增强CT患者20例。比较两种扫描方案动脉期和延迟期辐射剂量;通过测量颈胸部淋巴结的信号噪声比（SNR）及对比噪声比（CNR）以及主观评分,评价两种扫描方案的图像质量。结果:常规和能谱颈胸腹盆联合增强CT扫描方案的动脉期和延迟时期的辐射剂量具有统计学差异,能谱的辐射剂量更低;颈部动脉期淋巴结的SNR值、CNR值在常规和能谱扫描之间不存在统计学差异;胸部动脉期腋窝淋巴结的SNR值、CNR值在常规和能谱扫描之间存在统计学差异;颈部淋巴结常规和能谱扫描的主观评分不存在统计学差异,胸部腋窝淋巴结常规和能谱扫描的主观评分存在统计学差异,能谱主观评分更高,主观评分一致性较好,Kappa值为0.916。结论:能谱颈胸腹盆联合增强CT扫描方案的辐射剂量更低,扫描流程更简便,患者配合度更高,对于胸部腋窝淋巴结的显示更清晰,加之能谱扫描可以提供多参数的图像数据,因此具有重要的应用推广价值。      

鄂尔多斯块体Lg尾波衰减及其分布图像

利用32个地震台站记录到的19次地震事件共487条垂直方向数字化波形记录,采用单台记录叠加频谱比法(SSR法)计算得到了每条地震记录在0.6～10Hz范围内共51个频率点的Lg尾波Q值,并统计得到了鄂尔多斯块体Lg尾波衰减的频率依赖关系.同时,利用遗传算法计算得到了鄂尔多斯块体Lg尾波在频率为1Hz处的衰减(Q0)值、频率依赖指数(η)值的空间分布,并计算了其误差的空间分布,讨论了成像分辨率.结果表明,鄂尔多斯块体虽然是一个稳定构造地区,但其Lg尾波Q0值低于加拿大地盾、西伯利亚地台的Q0值,其η值大于加拿大地盾、西伯利亚地台的结果,且其Q0值、η值具有横向不均匀性的特征.Q0值的空间分布与地震活动、地热流值分布具有较好的一致性.     

直接消除电磁耦合的发送端去耦方法

针对频率域激电应用中的电磁耦合问题,提出了一种矩形波经低通滤波后放大输出并对大地供电的发送端去耦方法;建立了数学物理模型,通过调节低通滤波时间常数进行的仿真实验结果表明,本方法可以显著衰减接收回路耦合尖峰幅值,且时间常数越大耦合尖峰幅值越小,大于10 ms后衰减量增长缓慢.进一步以5 m收发距为例的仿真结果表明,本方法...     

地震CT技术在复杂岩溶坝基渗漏探测工程中的应用

地震CT获得的结果是地下介质弹性波速度的空间分布,与电磁波CT相比,弹性波速度与介质力学性质的关系要密切得多,更有利于确定异常性质.以云南文山某水电站大坝为例,介绍了地震跨孔CT技术在复杂岩溶坝基渗漏探测工程中的应用及应注意的问题.     

不需提取激发脉冲的探地雷达波形反演方法

利用麦克斯韦方程的波形反演方法,能充分利用雷达数据中反映地下介质特性的波形、走时、相位等信息.它要事先已知激发脉冲信号,需从实际资料中提取,但受到诸多因素的影响.本文尝试避免从实际雷达资料提取激发脉冲的方法.首先,借助于一个已知地质模型上的探地雷达系统采集的记录以及给定激发脉冲、给定激发接收天线的正演模拟信号,计算出转换算子.其次,将转换算子作用于实测雷达信号,将其转换成给定激发脉冲激发的、给定激发接收天线采集的信号.最后,用转换后的数据进行波形反演.二维模型数据的转换表明,转换后的数据与正演模拟数据一致,反演结果差异甚小.实验室实测数据的反演结果与实际情况相符.     

浙江珊溪水库库区地震波衰减特征研究

2002-2007年发生的珊溪水库地震事件是少震、弱震的浙江省区域显著的地震事件.搜集182次ML＞2.0地震的近场台站数字地震波形,使用这些波形高信噪比的尾波时间域信号,根据计算尾波Qc(f)值的Sato模型,通过滤波及去除环境噪声,计算了地震波传播路径上的尾波Qc(f)值;拟合Qc(f)值与频率f之间的关系,分析了水库区域地震波衰减的时空特征.根据信噪比及计算要求,从近场9个台站的记录中挑选出641条三分向记录,计算尾波衰减参数,得到尾波Qc(f)与频率f的关系为:Qc(f)=52.19±7.11f0.9221±0.05.结果表明,本区域为低衰减区域.震群活动使区域介质对高频率波衰减趋势性增大.进一步对尾波衰减参数及尾波采样体之间的关系分析发现,该区域存在深部高衰减层.     

浙江珊溪水库库区地震波衰减特征研究

2002—2007年发生的珊溪水库地震事件是少震、 弱震的浙江省区域显著的地震事件. 搜集182次M_L>2.0地震的近场台站数字地震波形, 使用这些波形高信噪比的尾波时间域信号, 根据计算尾波Q_c(f)值的Sato模型, 通过滤波及去除环境噪声, 计算了地震波传播路径上的尾波Q_c(f)值; 拟合Q_c(f)值与频率f之间的关系, 分析了水库区域地震波衰减的时空特征. 根据信噪比及计算要求, 从近场9个台站的记录中挑选出641条三分向记录, 计算尾波衰减参数, 得到尾波Q_c(f)与频率f的关系为: Q_c(f)=52.19±7.11f0.922 1±0.05. 结果表明, 本区域为低衰减区域. 震群活动使区域介质对高频率波衰减趋势性增大. 进一步对尾波衰减参数及尾波采样体之间的关系分析发现, 该区域存在深部高衰减层.      

HHT在探地雷达检测路基质量中的应用

为探明路基中隐藏病害的类型和空间位置,应用探地雷达方法对公路路基质量进行了无损检测.在地层介质强衰减和噪声干扰作用下,探地雷达信号存在信噪比低、深部复杂目标体难以识别的问题.针对探地雷达路基实测信号非线性和非平稳的特点,采用信号均衡和希尔伯特-黄变换相结合的方法,首先对数据进行均衡处理以突出深层弱信号,在此基础上对单道信号进行经验模态分解以获得固有模态函数,通过希尔伯特变换对固有模态函数的瞬态属性特征进行分析,进而将希尔伯特-黄变换应用于整个探地雷达的数据剖面,最后通过综合对比瞬时振幅剖面和瞬时相位剖面对探测结果进行了分析和解释.结果 表明,信号均衡可以有效缓解深部信号衰减问题,基于希尔伯特.黄变换可以从多属性参数角度对探地雷达信号进行处理与解释,可以较好的识别异常体的位置和属性信息,提高了探地雷达解释结果的可靠性.