航空电磁勘查技术发展现状及展望

航空电磁作为一种高效的地球物理勘查技术手段, 其发展在国外(加拿大、澳大利亚等国家)已十分成熟.然而, 在我国该项技术仍处于发展当中, 在国内目前尚未形成具有实际探测能力的航空电磁系统和解释手段.这一现状严重影响了我国对地形地质条件复杂区域(比如广大西部地区)矿产资源勘查的需求.本文旨在通过系统介绍航空电磁勘查技术中的基础理论、关键技术、仪器系统、数据处理、解释及应用, 并对未来我国航空电磁勘查技术的发展提出建议, 使读者了解该技术未来发展方向和研究热点, 以期该项技术在我国得到快速发展并获得广泛应用.     

层状各向异性地层中含环状天线槽随钻方位电磁波测井几何因子算法

本文基于感应测井中的几何因子与一阶Born近似理论,通过柱坐标系下耦合势Helmholtz方程三维有限体积法研究建立了各向异性地层中含环状天线槽的随钻方位电磁波测井几何因子.首先,通过引入环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数,并结合Green第二积分公式,推导出随钻方位电磁波测井仪器中环形电场和横向磁场微小变化与各向异性地层中水平和垂直电导率相对摄动量之间的关系,得到轴向和横向感应电动势微小变化量计算方法与柱坐标系中轴向和横向分量空间灵敏度函数（三维几何因子）表达式.在此基础上,进一步给出径向和纵向微分几何因子计算公式.然后,应用耦合势三维有限体积法确定发射线圈产生的感应电磁场以及环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数的数值解.最后,给出不同频率、不同倾角、不同各向异性系数等多种情况下该仪器的空间灵敏度函数与微分几何因子的数值结果,用于分析考查仪器的响应特征与空间探测能力.

     

单船拖曳可控源电磁数据自适应分频匹配滤波消噪方法

海洋可控源电磁法(MCSEM, Marine Controlled-Source Electromagnetic Method)是一种工业化的主动源海洋电磁勘探方法, 近年来在海底油气资源探测中收效显著, 通过测量海底地下介质的电阻率变化, 能够有效降低地震勘探方法的多解性.MCSEM的工作方式主要有单船拖曳与双船拖曳两类.单船拖曳信号具有强时变特征, 近、中、远收发距信号强度变化极大.由于海水环境较为复杂, 数据受到洋流、背景场、仪器等多种因素干扰, 使得小收发距数据信噪比较高, 中、远收发距数据信噪比较低, 因此MCSEM数据随机干扰压制方法的研究难点在于适应数据的强时变特征.本文利用发射机数据与接收机数据的时间(空间)和频率对应关系, 提出基于正则化条件和衰减函数约束的自适应分频匹配滤波方法.该方法首先通过计算原始接收机数据基频的振幅随偏移距变化(MVO, Magnitude Versus Offset)曲线获取衰减函数, 然后利用该衰减函数将发射机所有频点数据进行振幅衰减, 减低MCSEM发射机与接收机数据对应振幅的强时变差异, 最后利用基于整形正则化条件的自适应匹配滤波方法压制接收机数据中的强振幅随机噪声.模型数据与实际数据的处理结果表明, 本文提出的方法能够有效压制MCSEM数据中不同收发距的随机噪声干扰, 保护具有强时变特征的接收机数据, 提升整体数据质量.

     

三维电磁模拟技术及其在频率测深法中应用

利用现有的并矢格林函数和积分方程理论对轴向频率测深三维问题进行正演模拟，并讨论其精度．三维良导体或高阻体的存在对频率测深电场分量Ｅｘ定义的视电阻率响应（振幅、相位）分布特征的影响各有其特殊的规律性．选择测量电极中心作为频率测深三维问题正演计算结果的记录点，既使视电阻率响应在异常体正上方获得最大异常，同时又使正演计算的拟断面图的异常分布与异常体之间有很好的对应关系．     

三维电磁模拟技术及其在频率测深法中应用

利用现有的并矢格林函数和积分方程理论对轴向频率测深三维问题进行正演模拟，并讨论其精度．三维良导体或高阻体的存在对频率测深电场分量Ｅ_ｘ定义的视电阻率响应（振幅、相位）分布特征的影响各有其特殊的规律性．选择测量电极中心作为频率测深三维问题正演计算结果的记录点，既使视电阻率响应在异常体正上方获得最大异常，同时又使正演计算的拟断面图的异常分布与异常体之间有很好的对应关系．     

低温SQUID瞬变电磁法中去除地磁场影响的方法研究

采用低温SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)进行瞬变电磁测量,具有高灵敏度的优势,但易受到地磁场的影响.由于地磁场变化为nT量级,而低温SQUID灵敏度可达■.使用传统的双极性脉冲激励叠加对地磁场的抑制作用有限.当晚期道二次场信号叠加了地磁场信号后,导致晚期道信号发生整体抬升或降低,甚至出现负值,使得晚期道信号无法直接利用,从而直接影响勘探深度.本文研究不同噪声环境下信号叠加对噪声压制的机理,并结合地磁场的特点,对off-time晚期道噪声段进行一次线性拟合,获得近似地磁场变化规律,并通过外推得到整个off-time地磁场干扰,最终去除off-time信号中的地磁场.去除地磁场后晚期道瞬变电磁信号信噪比明显改善,勘探深度得到较大提高.     

2.5维起伏地表条件下时间域航空电磁正演模拟

时间域航空电磁作为一种高效地球物理勘探技术特别适合我国地形复杂地区(沙漠、高山、湖泊、沼泽等)资源勘查.然而,这些地区地形起伏较大,对航空电磁响应有严重影响,忽略地形影响会给航空电磁数据解释造成很大误差.到目前为止人们对航空电磁地形效应特征研究十分有限.本文提出了基于非结构化网格的有限元法模拟带地形时间域航空电磁系统响应.该方法与基于结构化网格的有限差分相比能更好地模拟地形.首先通过傅里叶变换将2.5维问题转化成二维问题,利用伽辽金方法对二维问题进行离散.通过使用MUMPS求解器,得到波数域电磁响应.利用反傅里叶变换将波数域电磁响应变换到空间域,并利用正弦变换将其变换到时间域,得到2.5维时间域航空电磁响应.通过将本文的计算结果与半空间模型解析解及其他已发表的结果进行对比,检验了本文算法的精度.最后,我们系统分析了山峰和山谷地形对航空响应的影响特征.本文研究结果对航空电磁地形效应的识别和校正具有指导意义.     

含环状天线槽正交方位随钻电磁波测井仪器三维有限体积法数值模拟

针对由多环状天线槽构成的方位随钻电磁波测井仪器真实结构,基于柱坐标系下耦合势Helmholtz方程和三维有限体积法研究建立一套相应的三维电磁响应数值模拟算法.首先,采用柱坐标系下三维不规则Yee氏交错网格对计算区域进行剖分,保证了钻铤表面附近的剖分网格与非光滑刻槽钻铤表面同形;并利用电场延拓边界条件逼近钻铤表面的理想电...     

CSAMT法一维层状介质灵敏度分析

为改善CSAMT一维反演的实用性,本文以电磁场数值模拟为基础,推导出偶极源激发下频率域电磁反演中的偏导数公式.并以三层水平层状地电模型为例,针对同线装置和赤道装置两种形式,利用扰动法对本文的半解析算法结果进行验证.对比结果表明无论同线还是赤道装置,本文半解析结果和扰动法计算结果拟合程度非常好,验证了偏导数公式推导及程序代码的正确性.进而,分析了CSAMT观测数据对中间薄层参数的灵敏度.灵敏度特征分析表明:CSAMT观测资料对中间低阻薄层比较敏感,对高阻薄层的分辨率较低,但对层厚度,即便是高阻薄层,仍存在较高的灵敏度.频率对层参数的灵敏度有重要影响.实际应用中,应同时考虑资料和参数加权,以提高中间层参数的求解能力.本文的算法不仅有助于CSAMT资料反演解释,同时为地下薄目标层的有效识别提供理论依据.     

频率域航空电磁数据的加权横向约束反演

传统的一维反演技术已经被广泛应用于航空电磁数据解释中.然而,利用单点水平层状介质模型模拟地下复杂地电结构有时会遇到困难.突出表现在反演参数的横向不连续性,即使相邻测点的反演结果也会出现突变.本文针对航空电磁直升机吊舱系统可进行密集采样,相邻测点地下电性结构应具有某种程度连续性的特点,研究航空电磁数据横向约束反演理论,并提出参数加权约束方法.首先阐述频率域航空电磁正演和加权横向约束反演理论,着重介绍这种拟二维反演方法的基本原理和实施步骤,以及将该方法成功应用于频率域航空电磁数据反演处理的方法技术.最后,通过对理论和实测数据反演处理,并与传统的一维反演结果进行对比,验证加权横向约束反演方法的有效性.