井间电磁成像系统应用研究

井间电磁（EM）成像系统的技术目标是实现井间电学特性的直接测量,并提供井间电阻率的二维及三维图像.从1997年开始,胜利油田与美国EMI公司合作,开展了EM技术的应用与研究,主要是通过大型、系统的现场试验,在大井间距的条件下,进一步验证仪器的性能,进行油藏研究的适用性和可行性分析;以系统的现场实测数据为依据,加快成像处理方法和软件的开发;开展穿透金属套管井的EM试验,探讨金属套管条件下的电阻率成像方法。两年来,利用EMI提供的XBH2000型测量系统,对胜利油田典型的低电阻率砂泥岩剖面,成功地进行了3对井、10个井次的试验。试验证明了仪器性能的可靠,取得了测量重复性好、系统完整的井间EM数据.并反演得到电阻率成像,在分析井间油气分布和油层开采动态方面,取得了良好的地质效果.     

井间电磁成像系统应用研究

井间电磁（EM）成像系统的技术目标是实现井间电学特性的直接测量,并提供井间电阻率的二维及三维图像.从1997年开始,胜利油田与美国EMI公司合作,开展了EM技术的应用与研究,主要是通过大型、系统的现场试验,在大井间距的条件下,进一步验证仪器的性能,进行油藏研究的适用性和可行性分析;以系统的现场实测数据为依据,加快成像处理方法和软件的开发;开展穿透金属套管井的EM试验,探讨金属套管条件下的电阻率成像方法。两年来,利用EMI提供的XBH2000型测量系统,对胜利油田典型的低电阻率砂泥岩剖面,成功地进行了3对井、10个井次的试验。试验证明了仪器性能的可靠,取得了测量重复性好、系统完整的井间EM数据.并反演得到电阻率成像,在分析井间油气分布和油层开采动态方面,取得了良好的地质效果.     

井间电磁成像的迭代反演算法

提出一种基于逐次逼近解法的选代反演算法,对并间地层电导率的构造进行成像．该方法用一阶Ｂｏｒｎ近似将积分方程线性化,得到对电导率分布的初始估计,在选代反演中用高阶Ｂｏｒｎ近似对井间地层电导率构造进行更精确的估计．应用该方法还可以对井间电子率分布进行二次成像,从而使成像分辨率更为准确．数值计算结果表明,这种迭代反演算法与基于Ｂｏｒｎ近似、二阶Ｂｏｒｎ近似和扩展Ｂｏｒｎ近似的反演算法相比提高了成像分辨率,且计算效率相当．     

井间电磁成像的迭代反演算法

提出一种基于逐次逼近解法的选代反演算法,对并间地层电导率的构造进行成像．该方法用一阶Ｂｏｒｎ近似将积分方程线性化,得到对电导率分布的初始估计,在选代反演中用高阶Ｂｏｒｎ近似对井间地层电导率构造进行更精确的估计．应用该方法还可以对井间电子率分布进行二次成像,从而使成像分辨率更为准确．数值计算结果表明,这种迭代反演算法与基于Ｂｏｒｎ近似、二阶Ｂｏｒｎ近似和扩展Ｂｏｒｎ近似的反演算法相比提高了成像分辨率,且计算效率相当．     

我国海底大地电磁探测技术研究的进展

几年以前 ,我国尚未独立开展过海洋电磁探测 ,没有获取海洋岩石层电性资料的技术手段。然而 ,地下岩层的电性参数较之其他物性参数能更好地反映岩石的性质以及岩石所处的物理状态 ,因此迫切需要发展海底大地电磁探测技术。海底大地电磁探测是把仪器布置在海底 ,采集海底大地电磁场数据 ,从而研究海底以下不同深度上介质导电性的分布规律 ,达到了解地下不同深度地质情况的目的。经过两年的努力 ,我们已基本实现了海底大地电磁探测技术的研究目标     

横向同性地层中井间电磁响应的三维频域耦合势正演模拟研究

本文针对电导率横向同性地层中三轴发射-接收线圈系的井间电磁响应,开展三维正演算法及模拟研究.首先将发射线圈简化为三轴正交磁偶极子源.为克服低频电磁产生的数值迭代收敛缓慢问题,利用低感应数预处理方法将频域Maxwell方程组转化为基于矢势与标势的Helmholtz方程.采用非等间距的Yee氏交错网格、电导率的体积加权平均技术以及积分形式的有限差分格式实现对控制方程的离散化.借助于不完全LU分解预处理的稳定双共轭梯度法计算井间电磁响应的数值解,并通过与有限元软件COMSOL的数值结果对比验证本文模型与算法的有效性.数值计算结果表明：在横向同性地层的垂直井模型中,测井响应横向分量xx和yy能反映出地层电导率各向异性信息,但横向探测能力较差.轴向分量zz虽只反映地层水平电阻率信息,但具有较好的横向探测能力,且对地层中异常体非常敏感,而交叉分量xz、zx则具备较强的层边界识别能力.

     

瞬变电磁系统探测海底电导率的研究

选择在海洋工程与环境地质等方面有应用前景的海洋瞬变电磁法作为研究对象．研究了在高导海水中探测海底电导率的电磁感应理论,研制了共轴水平磁偶极-偶极装置（HRHR）的瞬变探测系统和解释软件．经东海海域实地试验,取得了良好效果,证实了瞬变电磁探测的有效性和方法优势．目前,它可作为海底地质填图的主要手段．经拓展后可用于海底分层和基底深度的探测．     

瞬变电磁系统探测海底电导率的研究

选择在海洋工程与环境地质等方面有应用前景的海洋瞬变电磁法作为研究对象．研究了在高导海水中探测海底电导率的电磁感应理论,研制了共轴水平磁偶极-偶极装置（HRHR）的瞬变探测系统和解释软件．经东海海域实地试验,取得了良好效果,证实了瞬变电磁探测的有效性和方法优势．目前,它可作为海底地质填图的主要手段．经拓展后可用于海底分层和基底深度的探测．     

考虑卷积完全匹配层数值色散的井间电磁三维正演

本文将以卷积完全匹配层为吸收边界条件的时域有限差分法应用到井间电磁的三维正演模拟中. 证明了卷积完全匹配层中的数值色散会因为有效延伸因子而产生,列举常规有效延伸因子和网格间距对电磁波相速度各向异性的影响,并通过波场快照验证卷积完全匹配层中数值色散的存在;进而推广三维卷积完全匹配层中最大有效延伸因子、最大网格间距与激励源主频之间的约束,以此完善卷积完全匹配层的最优参数设置方案. 在此基础上,通过正演结果中二次场的垂直磁场分量和走时来展示灵敏度分布,以此划定井间电磁勘探的优势区域,提出井间电磁正反演所需要的约束测井系列和最佳取井方案.     

纳米瞬变电磁法在探测浅层铁矿采空区的实验研究

对采空区目前深部探测研究得较多,对浅部则较少,国内外对利用瞬变电磁法探测铁矿采空区应用甚少,纳米瞬变电磁法则没有涉及,在利用探地雷达和常规瞬变电磁对地表存在低阻盖层屏蔽的沉积变质铁矿浅层采空区无法取得成效时,作者利用纳米瞬变电磁(NanoTEM)在实验区进行实验,取得了良好探测效果并分析了采样周期和观测时窗对探测效果的影响,实验研究表明,在岚县浅层铁矿采空区探测中,运用中心回线模式的NanoTEM,采用小线框+小电流+合理的采样间隔+浅层采样时窗的方法,最终达到对沉积变质铁矿浅层采空区的精确探测.     

基于同步大地电磁时间序列依赖关系的噪声处理

本文从信号与系统的角度讨论了同步大地电磁时间序列信号之间的依赖关系,选取高信噪比的时间序列信号作为先验数据,用最小二乘法估算依赖关系;结合参考道的数据,合成本地道含噪声时段的数据,最后用合成数据替代噪声段数据,组成新数据,从而在时域中去除大地电磁噪声.西藏地区高信噪比实测数据的试算结果表明,无论电场还是磁场,信号之间的依赖关系是相对稳定的,只与先验数据的长度有关,与时间无关;虽然不同参考点之间的依赖关系不同,但都可以精确合成本地点数据,与参考点地下电性结构和参考距离无关.仿真实验显示,去噪后的信号与原始信号基本一致.实测数据处理结果表明,该方法可以有效去除强噪声干扰,抑制中高频段的近场源效应,同时保留了微弱的有效信号,保证了处理结果的正确性.最后针对方差比方法无法识别的方波噪声,提出了一种简单的平移方法,成功去除了持续时间大于窗口长度的方波噪声;将该方法与远参考技术结合,可以有效抑制近场源噪声干扰,获得光滑连续并且可信的测深资料.     

一种自动同步的可控源频率域电磁探测系统

在分析当前可控源电磁法仪器发展趋势的基础上,针对现有仪器存在噪声大、设计难度大、数据处理复杂的问题,提出了一种便于实现的高效抗干扰收发系统,接收机和发射机按照相同的时间—频率表自动变频,实现灵活的多频同步收发;接收机利用乘法变频技术,将不同的信号频率变换到固定的频率,简化了滤波放大电路的设计,降低了对ADC采样速率的要求,采用低速高分辨率ADC实现高质量的信号采集,并采用数字互相关算法实现对强干扰情况下信号的提取;使得这种探测系统具有易于实现、自动高效、抗干扰能力强等特点,可广泛应用于音频大地电磁法(CSAMT)、人工源极低频电磁技术(CSELF)、频谱激电法(SIP)等频率域电磁法中.     

瞬变电磁法多匝重叠小回线装置实验研究

文中采用实验方法对瞬变电磁法多匝重叠小回线装置发射磁矩、关断时间、感应信号强度随发射线圈匝数及接收线圈匝数的变化分别进行了研究。对固定发射线圈匝数改变接收线圈匝数与固定接收线圈匝数改变发射线圈匝数这2种实验方式进行了对比,从而找出了更适合地质响应的发射与接收线圈的匝数。同时还分别采用线圈边长为0.5m×0.5m与1m×1m的线框进行了对比实验,通过分析发射磁矩、关断时间、感应信号强度随线圈边长、线圈匝数的变化,找到合理的重叠小回线装置。实验结果表明发射磁矩随线圈的边长与发射线圈匝数的增加而增加;关断时间随发射线圈匝数近乎呈正比增加,与接收线圈无关;感应信号强度与线圈匝数呈正比关系,但是相比之下,接收线圈匝数更占主导地位。     

航空瞬变电磁法对地下典型目标体的探测能力研究

航空电磁法的探测能力受飞行高度、发射波形、发射磁矩和发射基频等因素的影响,致使不同分量间的勘探能力存在差异.航空电磁如对所有磁场和磁感应分量、on-和off-time数据进行观测和解释,不仅数据量大、耗时长,而且出现大量冗余数据.目前国内针对此问题尚无系统解决方法.本文针对吊舱式直升机航空电磁系统,采用积分方程法求解频率域响应,经汉克尔变换转换到时间域,计算了地下三维目标体的 B 和d B /dt时间域响应.利用异常体响应与背景场响应作比值,并通过设定响应阀值定义最大勘探深度,进而分析不同发射波形、不同分量以及on-和off-time期间的航空电磁系统的探测能力.基于本文分析手段,可根据实际勘探目标,确定一套探测能力较强的航空电磁最佳参数组合,为野外测量和数据处理提供技术指导,高效完成勘探任务.     

瞬变电磁接收装置对浅层探测的畸变分析与数值剔除

从理论上对瞬变电磁系统的接收装置频率特性进行分析,得出了瞬变信号在早期发生畸变的根本原因,揭示出接收装置在发射电流关断期间和电流关断后对一次场和二次场的影响关系,给出基于导电球体模型下接收装置的谐振频率与最小取样时间的关系图,进而讨论了接收装置对浅层目标体探测的影响.当瞬变电磁测量系统在电流关断开始时刻记录全程瞬变响应和发射电流波形时,如果接收装置的位置和谐振频率已知,就可以通过数值计算方法从根本上剔除接收装置对早期瞬变信号的影响,即使接收装置存在过渡过程,也同样可以实现近地表浅层的探测,从而缩短瞬变电磁法的浅层勘探盲区,提高近地表的探测分辨率和精度.     

城市活断层探测中电磁噪音和环境干扰对浅层电磁方法的影响

城市噪音主要指由于城市设施和人类活动 (如电网、管线、通讯设备、建筑物、交通等 )对电磁信号的干扰。克服城市噪音、提高信噪比是保证城市活断层的电磁探测能否成功的关键。因而 ,在福州市活断层的电磁试验探测中 ,噪音观测与分析被列为试验的一项重要内容 ① 。文中将主要讨论不同类型的噪音对高密度电法 (DC)和瞬变电磁法 (TEM)的影响 ,并提出一些实用的解决办法。试验表明 ,影响高密度电法观测质量的主要因素是地下噪音源 ,如地下管道、地下电缆等 ,地面以上噪音的影响相对较小。对于瞬变电磁法 ,不管地面以下还是地面以上的噪音源都将产生影响。但是 ,只要仪器的性能好 ,对不同噪音源采取相应的措施 ,可以获得满意的结果     

瞬变电磁法对隐伏岩溶探测的影响因素研究

发育于地下灰岩地区中的隐伏岩溶给隧道、桥梁以及高速公路等工程的建设与运行带来了极大的安全隐患.城市中常见的路面塌陷情况,多数也是由于岩溶发育导致.利用岩溶与其周围灰岩之间的物性差异,多种地球物理探测方法对隐伏岩溶结构进行有效探测.瞬变电磁法由于其探测效率较高、勘探成本低且对低阻异常体灵敏等特点,近年来在地下隐伏岩溶探测...     

基于Python对MTU和V8系列大地电磁测深仪TBL数据研究与应用

在大地电磁测深工作中,加拿大凤凰公司MTU及V8系列仪器被广泛使用,但其在数据采集时参数设置繁琐,易引起误操作,数据处理中,仪器自带软件无法进行数据信息提取及修正的批量操作,V8及MTU-3E等类型仪器坐标格式存储错误,且数据分析及反演方面较为薄弱.由于其原始数据为特殊二进制格式,为了简化野外数据采集的操作流程、提高野外工作质量及效率,节约室内工作人员的工作时间,为数据分析及反演等软件的编写提供基础,有必要对原始数据进行详细研究.目前在大地电磁领域基于Python的应用研究较少,鉴于其众多优秀特性,通过Python对TBL文件进行研究分析后,编写程序,实现了相关功能的批量处理,修正了TBL坐标格式错误问题,为Python在大地电磁数据分析及反演中的应用研究提供思路.     

地面瞬变电磁系统标定的理论研究

建立了以标定环为目标体的地面TEM系统标定模型,计算并分析了影响标定环响应(TLR)准确获取的七种非期望响应.研究结果表明,一次场响应(TR)和大地响应(TER、TRER)影响最大,可以通过背景场剔除方法加以剔除.接收线圈与标定环之间的高次互感响应TRLR、大地与标定环之间互感响应TELR幅度均超过标定环响应一个数量级,严重影响标定环早期响应的准确获取.通过调整标定环的直径、标定环与接收线圈之间垂直距离、标定环时间常数,可以有效地抑制TRLR的影响;通过合理配置标定环时间常数并选择高阻大地进行标定,可以有效抑制TELR的影响.本文的研究对准确标定、评价以及优化地面TEM接收系统具有指导意义.