点源电场与线源电场的差异和转换问题

直流电法勘探大都用点状电极供电和测量,地下是点源电场。由于点源电场的理论研究和模型实验比较困难,甚至无法开展,因而往往借用线源电场的理论计算(如保角变换)和模型实验(如二度电阻网络、导电纸)的成果,来解释野外实测的点源场资料。在点、线源电场中,同一地电体的异常形态在一定程度上固然相象,但由于两种场的分布规律有差别,致使在这两种场中测得     

井地电法点电源供电地表异常电场分布特征实验研究

井地电法供电点位置与地表电位分布关系密切。为研究点电源供电时供电点位于电性异常层上、下不同位置时地表电位的分布特征,通过物理模型研究的方法,采用铜圆柱体作为固定的点电源供电,利用有机玻璃模拟高阻体,通过三维电位观测系统,获得高阻体位于供电源上、下不同深度时水面测得的电位值,计算该值与无异常体存在所测得的背景场电位值的差值作为异常电场,进一步分析异常电场的特征,推断异常体的空间展布情况。模拟实验表明,点源供电时供电点与异常体越近,其地表异常电位值越高,并且供电点源位于异常体下方时其在地表的异常形态越接近其真实形态。     

2.5维各向异性介质直流电法异常场的正演模拟

为了提高二维直流电阻率法的数值模拟精度,这里实现了2.5维各向异性介质点源直流电场异常场的数值模拟。首先推导出2.5维各向异性介质总场和异常场满足的变分问题;然后采用矩形内三角网格的方式进行单元剖分,三角单元内二次场值和异常电阻率均设计为线性变化。为了简化背景场的计算,将背景介质的电性主轴与观测坐标系的夹角设计为零,从而避免了直接计算任意各向异性介质电位的傅里叶变换步骤。同时对计算中点源波数的选择和适用情况进行了讨论。最后通过对简单层状模型的计算,与解析解进行对比,验证了本数值算法的正确性和可靠性。比较常规各向同性介质模拟方式,本数值模拟发现直流电阻率法对横向电阻率的变化更为明显。     

井地电法不同供电方法对地表电场的影响

为研究线源和点源供电方法的差异,在实验室利用水槽建立物理模型。由于水相对于油层而言呈低阻特征,因此试验中用铜板模拟低阻体,用铜棒模拟线电源供电,铜柱模拟点电源供电,改变低阻体与供电电源的相对位置,测试表面电位的空间分布,从而分析驱油介质(水)的空间分布。实验结果表明,不同的电源供电方法可以表现出不同的电场特性,线电源供电方法对电场的影响较大,对低阻体的识别效果较差,而点电源供电方法用于低阻体的识别和监测效果较好。     

地—井瞬变电磁响应特征研究

地—井瞬变电磁法作为瞬变电磁法的一种装置形式,由于其接收探头在钻孔或井下巷道中,靠近目标异常体,具有电磁干扰小、有用信号强等优点,越来越多地被国内外学者所研究。本文采用时域有限差分法(FDTD),以回线源为激发源,建立含板状体和矩形低阻体的地质模型,从地面—井筒观测方式和地面—巷道观测方式的角度,计算矩形回线源在半空间中产生的地—井瞬变电磁场响应,并对其响应的特征及规律进行研究,研究结果表明当有多个异常体同时存在时,地—井瞬变电磁能够区分出不同的异常体存在,并且能够对不同异常体的埋深和横向位置准确定位,为地—井瞬变电磁法定量解释异常体埋深和位置提供参考依据。     

基于不同装置的二维高密度电法勘探效果比较与分析

为比较分析高密度电法不同装置对探测异常地质体的效果,通过建立高阻异常体和隐伏直立低阻体地电模型,正演计算了不同装置类型下的视电阻率,并加噪进行二维电阻率反演。各种装置的反演结果表明：在探测地下高阻异常体时,温纳α、β、γ装置优于其他装置,揭示异常位置与形态相对较好;对于隐伏直立低阻体而言,温纳p装置和三极装置探测效果好,其中温纳β为最理想装置,实例验证表明,温纳α、β、γ装置在探测地下防空洞时体现了其装置的优越性,验证了理论模拟结论的正确性。     

基于cole-cole复电阻率模型的线源可控源有限元数值模拟

受激发极化效应的影响,大地中岩(矿)石电阻率是一个与频率、电化学性质等因素有关的复电阻率。接收到的电磁场信号中,包含了电磁感应效应以及激发极化效应双重因素的影响。将cole-cole复电阻率模型引入二维线源可控源正演理论,加载伪delta函数,实现了含激发极化效应的线源可控源有限元数值模拟。计算了不同极化参数的二维地质体线源可控源的影响特征。结果表明:线源可控源响应对IP效应反映明显,视电阻率出现增高的特征;低阻高极化相对于高阻高极化模型受IP效应影响更大,从低阻中提取IP效应更加乐观。该研究为实现从复杂地质条件下CSAMT信号提取IP效应奠定了基础。     

三维张量CSAMT响应特征研究

张量CSAMT(可控源音频大地电磁法)能完整地描述三维的地电信息,更适应复杂地质条件下的地质勘探。采用将总场分解为一次场和二次场的策略,用差分近似微分形成大型线性方程组,通过解方程组得到张量CSAMT三维正演结果。通过计算低阻和高阻目标体的响应,发现卡尼亚视电阻率和视阻抗相位对低阻体表现为低值异常,对高阻体表现为高值异常,视阻抗相位达到极值时的频率比视电阻率达到极值时的频率要高。张量CSAMT对低阻体比高阻体更灵敏,在同样条件下,高阻体的异常区位置相比于低阻体会上移。某工区的勘察案例表明,根据卡尼亚视电阻率异常能定性地判断地下异常体的存在,为解决地质类问题提供了依据。本研究为张量CSAMT三维反演提供了基础。     

钻杆供电直流电法超前探测快速反演

在传统直流电法超前探测施工中,通过三个不同位置的电极对地供电,测量巷道后方一段距离内电位差,由此得到迎头前方电阻率变化的一维结果。由于一维解释结果具有不确定性,为此提出了一种基于钻杆供电的二维反演方法:即将迎头前方三维空间以柱坐标形式剖分,建立前方特定区域电阻率与测量异常电位差的近似线性关系,根据不同钻进深度测量值构建反演代数方程组,通过解方程快速反演以获取前方电阻率的二维分布。采空区模型与陷落柱超前探测快速反演以及实例表明,钻杆供电直流电法超前探测快速反演方法能比较准确反映异常电阻率在两个方向的方位信息,提高反演结果的准确性。     

电阻率法点电源二维地形改正的方法与实践

消除地形对电阻率法的影响,是提高电阻率法勘探效果的重要课题。二十多年来,国内外许多勘探地球物理工作者对此进行了研究。1966年,我国开始应用保角变换法和基于保角变换原理的坐标网法居,线源二维地形影响的研究取得了进展。但线源与实际应用的点源存在着差别。七十年代后,开始研究点源二维地形影响,提出了多种方法。这些方法大致可分两类:(1)角域地     

典型岩溶富水构造的多极距联合剖面曲线正演模拟研究

基于点电源电场微分方程以及电场满足的边界条件出发,结合目前高密度电法找水时常用的点线布设方式,对岩溶区常见的隐伏断层破碎带和溶洞两类低阻富水构造的多极距联合剖面曲线进行了二维正演模拟。模拟结果表明:联合剖面曲线对地下隐伏低阻体反应灵敏,曲线存在良好的分异性。对溶洞低阻富水构造来说,溶洞富水构造埋深约为1/2~2/3倍极距时,正交点异常最明显,随着联合剖面极距继续增大,同步低趋势逐渐显现;地下低阻溶洞空间范围越大,联合剖面曲线分异性越好,正交点异常越明显。对断层破碎带低阻富水构造来说,随着联合剖面极距的增大,正交点向断裂破碎带倾斜方向略为移动,但并不明显,正交点位置主要受浅部低阻的影响,随着极距的逐渐增大,同步低趋势逐渐显现,正交点左侧在断层倾斜方向上越来越多的测点呈现同步低异常,但曲线较平缓,而正交点右侧的曲线较陡,视电阻率在断层顶板的正上方处出现极小值。当联合剖面曲线正交点异常较明显时,随极距的增大正交点处视电阻率值逐渐降低,当联合剖面曲线异常形态以同步低为主时,随极距的增大正交点处视电阻率值趋于稳定。联合剖面曲线左右两支形态对于水平对称模型是对称的,对于倾斜模型是非对称的,倾斜低阻构造的倾向与联合剖面曲线正交点附近较陡一侧的曲线倾向一致。模拟结果可应用到岩溶地区高密度电法的多极距联合剖面曲线资料解释中。      

全空间中空腔内壁点电源场电位的边界元算法及其应用

本文应用边界元数值计算法对全空间中空腔内壁点电源场的电位求解。并将其有效地应用于井下电阻率法三维模拟计算中，从理论上给出了巷道电阻率法中正常背景场与异常场的某些基本规律以及实际资料解释中所需注意的问题。     

基于三维电测量的复杂地质构造识别及参数估计方法

在实际工程中, 地质体通常呈现复杂的三维空间分布, 基于二维介质假设的传统高密度电法难以准确反映其空间位置及走势, 三维高密度电法能更好处理此类问题, 但长期以来由于数据采集与处理难度大, 其应用受到限制。为研究三维高密度电法在空间形态复杂的不良地质体勘探中的应用效果, 比较其与二维电法的差异, 本文首先研究三维高密度电法的工作原理及数据处理方法, 然后通过现场试验进行应用研究, 利用二维及三维高密度电法对福建寿宁银矿采空区进行勘探, 并利用三维激光扫描对结果进行验证。成功实现了复杂地形条件下240道电极的三维电法数据采集, 并引入基于光滑约束的最小二乘法完成三维电法数据的反演。研究结果表明, 三维激光扫描能精确获取采空区的形态及走势, 为电法结果提供可靠的验证; 三维高密度电法能准确反映浅层电阻异常体的位置及走势, 相比于二维高密度电法, 其反演结果收敛, 排除了深层的干扰信息, 降低了多解性。     

三维井地电阻率法有限差分数值模拟研究

井地电阻率法是在井中供电地表测量的一种方法。在井地电阻率法电法实际工作中电流源通常采用点状电流源和线状电流源,其中点状电流源适用于裸眼井中供电的情况,而线状电流源则适用于套管井供电的情况。结合野外实践工作,主要研究以下几个方面并得到了相应的结论:(1)电流源为点状时,针对电流源分别在异常体的上面、里面和下面3种模型进行正演数值模拟计算,结果表明地表的视电阻率响应变化很大;(2)电流源为垂直线源时,针对电流源分别在异常体的上部、延伸至异常体中间以及贯穿异常体3种模型进行正演数值模拟计算,结果表明地表视电阻率响应的幅值变化逐渐变大;(3)电流源为倾斜线源时,线源倾斜角度不断加大对应地表视电阻率的影响较大,随着线源倾斜角的加大,地表响应的幅值变小。这些结论为野外工作中设置井地电法仪器参数以提高其观测精度提供了理论依据,为初步判断异常体的埋深做出定性的分析,同时为井地电法三维反演奠定了基础。     

三维地质体对AMT二维反演的影响研究

为探究三维地质体对二维反演结果地影响以及二维反演中极化模式的选择问题,设计了一系列二维、三维地电模型进行正演计算,并对正演结果进行二维反演计算。研究结果表明:相位受到三维畸变的影响较小,视电阻率较大;当三维异常体模型走向延伸较小时,TE模式的反演结果误差较大,TM模式的反演结果相对较好,但是反演得到了虚假的下覆构造,TE+TM联合反演结合了TE和TM模式反演的优点,可以较好地反映异常体的赋存位置及电阻率值;当三维异常体模型走向延伸长度增大时,三维数据的二维反演结果是可靠的,用TM和TE+TM模式反演都比较合理。     

直流电阻率测深中二维反演程序对三维数据的近似解释

直流电阻率测深剖面数据解释最好的方法是二维反演，这是由于它反演速度快，而三维反演则需要很多的实测数据、很长的计算时间。而且通过对几种三维模型测深数据的二维反演结果的研究，发现尽管对无走向的良导矿体，二维反演方法所圈定的异常中心与真实矿体中心有一定的误差，但基本上还是能反映矿体的真实形态和中心位置。当矿体具有一定的走向长度时，则无论对高阻矿体还是良导矿体二维反演的效果都很好。     

基于积分方程法的任意形状源多次激发三维电磁场反演

利用积分方程和阻尼最小二乘法,对任意形状源多个位置激发下三维异常体的电磁场进行了反演计算。计算中将任意形状源条件下多组激发点和接收点的电磁场数据统一考虑,求出了此种条件下的雅克比矩阵,反演得到了地下异常体的电阻率分布。模型试算结果表明,反演收敛速度快,对初值依赖性小,结果准确可靠。