不规则回线瞬变电磁法一维烟圈反演研究

瞬变电磁法中最常用矩形或圆形回线,但有时由于地形限制,只能使用不规则回线发射和接收.如果仍用现有的常规回线理论进行处理解释,得到的结果会存在很大的偏差.本文首先进行了不规则回线瞬变电磁法一维正演理论研究,基于电偶极子源的频率域响应公式,通过沿回线积分和时频转换,推导出不规则回线源在水平层状介质中的时间域响应公式.采用欧拉算法、高斯积分和快速汉克尔变换,计算不规则回线内任意一点处的磁场响应.利用改进的二分搜索法计算全区视电阻率,并在此基础上利用烟圈法反演电阻率和深度.通过四个典型地电模型的正反演计算,表明烟圈法反演能够有效反映地电模型的大致形态,可以用于不规则回线瞬变电磁数据的快速反演解释.     

大回线源瞬变电磁全域视电阻率定义

为了进一步满足精细探测的需要,给出了一种大回线源瞬变电磁全域视电阻率数值计算方法,利用该方法可以快速求取大回线源非中心点处多分量的全域视电阻率.利用贝塞尔函数展开法计算大回线源非中心点垂直分量与水平分量的电磁响应,通过分析非中心点处的多分量电磁响应特征,得到基于磁感应强度的大回线源全域(时间上不分早晚,距离上不分远近)视电阻率计算方法.与现有全区视电阻率方法不同在于:对非中心点处多分量视电阻率进行定义,利用磁感应强度定义不存在假极值现象,无需迭代,计算速度快,精度高.     

用于大回线源瞬变电磁场一维正演计算的两种方法对比

本文利用偶极子合成回线方式计算了回线源一维瞬变电磁场.首先推导了水平电偶极子和垂直磁偶极子合成方回线源瞬变电磁场的计算公式,并对部分计算过程做了改进.然后将这两种算法在方回线中心点计算结果分别与面积相同的圆回线中心点解作对比,并分析了积分方式和回线框大小对计算精度的影响,得到下述三点认识:(1)在早期道,偶极子合成回线正演相对误差较大,但随着测量时间道的增加,相对误差减小;(2)对于电偶极子合成方回线的正演,一般采用高斯-勒让德5点求积便可达到最高精度,对于磁偶极子合成方回线正演,一般回线框越大,便需要更精细的积分才能达到最高精度;(3)偶极子合成方回线中心点正演在早期存在较大的误差并非由计算方法导致,而是等效面积相等的方回线和圆回线激发的二次磁场本身存在差异所致.最后利用偶极子合成回线正演方式可以较准确的计算回线框内外任意一点的瞬变电磁场,将为回线源瞬变电磁全区勘探和一维反演提供理论指导.     

频率域线源近区(过渡区)测深理论初步研究

对频率域无限长线源近区(过渡区)测深的理论基础进行了探索性研究。通过计算均匀半空间、层状介质等多个模型的线源响应,进而定义并计算全区视电阻率。结果发现,利用水平电场、垂直磁场分别计算的全区视电阻率均能较好地反映地下电性结构的变化。把水平磁场与水平电场联合通过二分搜索算法计算的全区视电阻率也能较好地反映地下电性结构的变化。在近区通过单分量定义的全区视电阻率与一维MT曲线吻合得很好,因此可以用成熟的MT反演技术来进行线源近区电磁资料的反演,从而把有源的问题转化到无源的问题。这初步表明频率域线源近区(过渡区)测深是可行的,但还有一些问题需要解决。     

线源时间域电测深全期全区视电阻率求解

由于线源一维的正演国内外研究尚少,文中主要利用水平电场分量求取全区视电阻率。通过计算发现水平电场与电阻率之间是一一对应的关系,这使得定义全区视电阻率具有惟一性和可靠性。文中以水平电场定义视电阻率,然后利用二分搜索算法进行全区视电阻率求解。模型计算表明,该方法定义的全区视电阻率能较准确地反映地下电阻率信息。进一步研究发现:对时间域线源而言,在近区算不好晚期的数据,因为电磁波的传播、衰减很快,同样在极远区算不好早期的数据,而且探测深度是随收发距的增加而增大。最后,加入5%的随机噪声后与理论结果进行对比,得到了收发距与最大探测深度的关系。     

基于全区视电阻率的半航空瞬变电磁法对低阻薄层的探测能力探讨

针对使用感应电动势定义全区视电阻率会出现"二值性"的问题,本文采用与电阻率一一对应的垂直磁场分量结合二分搜索算法计算全区视电阻率,这使得全区视电阻率具有唯一性和可靠性.将全区视电阻率的概念引入到半航空瞬变电磁法中,在此基础上,建立以中间层为低阻薄层的三层地电模型,分别绘制了不同低阻薄层埋深与层厚比、围岩与低阻薄层电阻率比的全区视电阻率异常曲线图,并分析其全区视电阻率异常曲线形态及变化规律,通过计算其相对误差,分析并归纳了半航空瞬变电磁法对低阻薄层的探测能力.结果 表明全区视电阻率对地下低阻薄层分辨率较好,能较好反映地电断面信息,这对半航空瞬变电磁法有效探测低阻薄层具有实际的指导意义.     

电性双极源频率域全区视电阻率的计算及应用效果研究

研究了一种能够快速、准确、稳定的计算电性双极源频率域全区视电阻率的方法并分析了应用效果.首先研究了均匀半空间上双极源频率域电磁场和大地电阻率的关系,得到电场水平方向分量(E_x)、阻抗(Z_(xy))是大地电阻率单调递增函数的结论,结合二分法的思想,把求取全区视电阻率的过程当作一个用二分法对非线性方程求根的过程,利用二分法对理论模型数据计算了E_x和Z_(xy)定义的全区视电阻率,并与卡尼亚视电阻率进行了对比,结果表明计算得到的全区视电阻率不受过渡带影响,较真实客观的反映了地电断面的电性变化;对理论数据加入随机噪声后,E_x定义的全区视电阻率对干扰的抑制最大,Zxy定义的全区视电阻率及卡尼亚视电阻率对干扰的抑制较弱.对某工区实测CSAMT和AMT数据处理结果表明,全区视电阻率对CSAMT方法的非平面波效应有很好的改善作用,利用CSAMT全区视电阻率探测1 km范围以内的地质构造具有分辨率高、保真度高、不受过渡带和近区场影响的特点,证明CSAMT全区视电阻率方法可进行大深度第二空间找矿勘探的结论.     

电性源瞬变电磁B场全程视电阻率计算

在传统电性源瞬变电磁资料解释中,常常采用Bz/T求取视电阻率值,由此带来Bz/T计算全程视电阻率多解性.而Bz随电阻率变化是单值函数,由Bz计算全程视电阻率具有减少多解性的优势.为了研究接地源瞬变电磁B场全程视电阻率,文中首先研究了接地源瞬变电磁法Bz和Bz/T响应值随电阻率的变化特性,然后设计不同的地电模型,采用二分搜索算法对B场全程视电阻率进行计算,结果表明全程视电阻率对电性目标体分辨率高,分层能力强,能较好地反映地电断面的信息;另外,全程视电阻率仅与地层的电性结构有关,与收发距无关,便于野外进行接地源瞬变电磁近源测量.在实际应用中,通过把观测的二次感应电压转换成磁场微分数据,再对磁场微分数据进行积分,求取B场数据,并进而求取视电阻率,取得了较好的应用效果.     

水平多层大地上垂直磁偶极频率测深的全波视电阻率

本文根据视电阻率定义的原则,以及用不同的场量定义的视电阻率效果不同这一事实,提出一种新的全波视电阻率定义.在全区同时用均匀大地上电磁场的三个分量来分区定义祝电阻率.在远区视电阻率由磁场的水平分量求出,在近区由磁场的垂直分量或其实分量定义,而在过渡区则由电场的水平分量确定.用这种方法定义的视电阻率为电磁响应的单值函数,它随频率变化的曲线显著改善,能直观地反映地层电阻率随深度的变化,数值比较接近地层的真电阻率值,假极值效应明显压低.在计算中用切比雪夫多项式分段拟合均匀大地电磁响应的反函数,并给出一套系数,由此算出的视电阻率误差小于1％.     

核磁共振测井仪静磁场分布的数值模拟

为了优化磁体设计,加速核磁共振测井仪的研制,本文建立核磁共振测井仪静磁场分布的数学模型,利用有限元方法求取MRIL、CMR及MREx三种核磁共振测井仪的二维静磁场分布,结果表明有限元方法可以方便的求取任意形状磁体的磁场分布,且结果精度较高.     

CSAMT全区电阻率法数值模拟及应用探讨

常规的可控源电磁法理论在计算视电阻率公式上,多半采用其电磁场的渐近特征,难以直接反映全区视电阻率的值,及直观地显现地下介质的地质构造.文中采用水平偶极子激发的电磁场,提出了电场的全区精确表达式,直接计算出大地电阻率.利用汉克尔数值滤波算法和逆样条插值算法对水平层状电磁场进行正演计算,并与计算的卡尼亚视电阻率的对比和野外试验结果表明：该方法的结果在远区等价卡尼亚电阻率,在近区和过渡带则明显地改善了卡尼亚电阻率的非波场区场畸变,从而能更好地接近基底的真电阻率,更形象地反映了地下介质的垂向电性变化.     

水平电偶源频率测深中全区视电阻率定义的新方法

从电磁场的统一性出发，分析了水平电偶源频率测深中等效电阻率的算法原理和具体定义．分析表明，等效电阻率可明显地改善波区视电阻率在非波区场的畸变，较为形象、直观地反映出地电断面的电性变化．数值计算、三维模型计算和实际数据处理表明，等效电阻率具有良好的特性和应用前景．     

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.     

点源两层大地三维地电模型视电阻率边界元解

本文用两层均匀大地人工点源作用下的空间电位分布作为基本解，导出了下伏基岩中陷含三维地质体情况下，关于电位的边界积分方程组，用边界单元法解积分方程求得地表电位，从而求得了一定装置下的视电阻率。本文方法的独特优点是积分只须在异常体边界面上进行了测线可以沿任意方向。用联剖法计算了均匀半空间下含球形异常体的ρｓ曲线，所得结果与其他学者用解析方法所求得的结果一致。用中间梯度法计算下层基岩中含有一长方体，测线     

线源三维井地电法异常边界增强及地形校正技术

基于非结构网格有限元方法开展了三维复杂地电模型的线源井地电法的高效正演模拟研究,探讨了通过求取电场响应导数来刻画目标体边界范围、采用差异场地形校正技术来消除地形影响等措施对井地电法成像的效果和精度的影响。并通过对比与解析解,验证了本文数值解算法的有效性。模型计算结果表明：积水巷道的空间位置和走向均会引起视电阻率的显著变化,视电阻率变化率的极值准确且清晰地指示了巷道边界的位置;电位的归一化总水平导数极大地提高了井地电法对目标体复杂边界位置的识别能力;地形对井地电场分布的影响也很大,其视电阻率响应与地形形状近似呈对称关系,利用差异场技术能有效地削弱地形对井地电法高精度成像的影响。     

基于非结构网格的电阻率三维带地形反演

地表起伏地形在野外矿产资源勘察中不可避免,其对直流电阻率法勘探影响巨大.近年来,电阻率三维正演取得诸多进展,特别是应用非结构网格我们能够进行任意复杂地形和几何模型的电阻率三维数值模拟,但面向实际应用的起伏地形下电阻率三维反演依然困难.本文基于非结构化四面体网格,并考虑到应用GPS/GNSS时,区域地球物理调查中可非规则布设测网的实际特点,实现了任意地形(平坦或起伏)条件下、任意布设的偶极-偶极视电阻率数据的不完全Gauss-Newton三维反演.合成数据的反演结果表明了方法的有效性,可应用于复杂野外环境下的三维电法勘探.     

Computation of apparent resistivity profiles from VLF-EM data using linear filtering1

A simple filter is developed which transforms VLF-EM real magnetic field transfer functions into apparent resistivities. It is based on the relationship between the horizontal derivative of the surface electric field and the vertical magnetic field at the surface of a two-dimensional earth model. The performance of this simple autoregressive filter is tested for modelled and real survey data. The technique yields profiles of apparent resistivity very similar, both in magnitude and in wavelength, to those which would have been obtained using VLF-EM resistivity measurements or d.c. resistivity profiling. This low-pass filter has the advantage of reducing high-wavenumber noise in the data; therefore only the major features of the VLF-EM profile are displayed.     

THREE-DIMENSIONAL INTERPRETATION OF MULTIPLE-SOURCE BIPOLE-DIPOLE RESISTIVITY DATA USING THE APPARENT RESISTIVITY TENSOR1

The bipole-dipole resistivity technique, which uses a single current source (bipole) to map variations in (apparent) resistivity has been much criticized in the past. A series of 3D models are used to show that the use of two distinct current bipoles in the same location but with different orientations, combined with analysis in the form of a previously defined tensor apparent resistivity, can greatly improve many aspects of bipole-dipole mapping. The model study shows that, for measurement stations more than a few bipole lengths from the current source, the apparent resistivity tensor behaves, to a close approximation, as though the current bipoles are idealized dipoles, and hence is independent of the orientation of the individual current sources used. Any pair of current bipoles (in the same location but with different orientations) can therefore be used to determine the tensor resistivity properties. The invariants of the apparent resistivity tensor have considerable advantages over the normal scalar apparent resistivities. Modelling shows that although the electric field vector corresponding to a single current bipole can be highly perturbed by a local inhomogeneity for some considerable distance beyond the inhomogeneity itself, the tensor invariants are virtually unperturbed beyond the extent of the inhomogeneity. Hence false anomalies, which are a characteristic of apparent resistivity measured using only single current bipole models, are almost completely eliminated by the use of tensor invariants. Of the possible tensor invariants, the invariant given by the square root of the determinant gives the best representation of a buried 3D body. Resistivity anomalies are localized, and occur only over the causative body. Even with complex models involving several buried bodies, the tensor invariants clearly delineate the extent of each body. Outside the bounds of perturbing bodies, the tensor data can be analysed by conventional techniques, for example, to determine layered structure.     

FREQUENCY ELECTROMAGNETIC SOUNDING USING A VERTICAL MAGNETIC DIPOLE*

A horizontal transmitter loop (vertical magnetic dipole) is used for frequency electromagnetic (FEM) soundings. The frequency ranges from approximately 6 Hz to about 4000 Hz. The vertical and radial magnetic field components are measured for 20 frequencies per decade several hundred meters from the transmitter loop. A very small bandwidth is selected for amplification using a reference signal. An Apple computer is used for data acquisition. A computer program for Marquardt inversion optimizes the parameters for the n-layer case: the resistivities and thicknesses of individual beds and a correction factor for the primary magnetic field. Interpretation of each component individually yields practically the same parameters. Examples from the field are given with interpretation; comparison with dc resistivity measurements is provided. The ratio of vertical/radial magnetic field components vs. frequency can be transformed simply into apparent resistivity vs. apparent depth. This can be done in the field to obtain an estimation of the depth of the layer boundaries. FEM results are compared with Schlumberger d.c. sounding obtained at the same site.