高密度电法探测基岩起伏和隐伏断裂中的应用

蓟县山前地带兴建高档住宅小区,勘察过程中发现基岩埋深变化较大,采用高密度电法进行探测,根据视电阻率等值线的变化规律较好地解决了这一问题,同时对测区内可能存在的隐伏断裂进行了分析判断。     

大地电磁各向异性二维模拟及实例分析

经过半个多世纪的发展,国内外利用大地电磁法研究地球内部电性结构取得了令人瞩目的成就,这些研究成果多数是基于电性各向同性理论.然而地球内部普遍存在电性各向异性现象,地壳和上地幔中存在的电性各向异性是地电模型、地下结构和构造模型间一个重要的联系因素.本文首先由麦克斯韦方程出发,引入张量电导率,根据二维电性各向异性结构的特点,得到一组关于平行走向的电场分量E_x和磁场分量H_x的偏微分方程.使用有限差分法求解偏微分方程,求出E_x和H_x的近似解,并以此求得其它场分量;随后,通过对普通及特殊的二维电性各向异性结构做正演模拟,研究其对观测大地电磁场的影响,从而认识在普通及某种特定地质条件下的电磁传播特性,为其后对大地电磁实测资料的处理解释奠定理论基础;最后,以本文的研究成果为基础,将电性各向异性理论引入对实测大地电磁资料的处理解释中,通过对新疆某地的大地电磁资料做二维正演拟合解释,说明了电性各向异性现象的普遍存在,也验证了理论的正确性及算法的实用性,为今后分析解释大地电磁资料中的电性各向异性现象提供理论依据和技术指导,并开拓了对大地电磁实测资料处理的思路和方法.     

高温高压下麻粒岩电导率研究

麻粒岩是下地壳的重要组成物质,模拟其在下地壳温压条件下的电导率对于认识下地壳的电导率分布具有十分重要的意义.本文用交流法在1 GPa下,373~1002 K范围内研究了麻粒岩样品的复阻抗,并且对测量结果进行了阻抗谱分析.研究结果表明,复阻抗对频率具有依赖性,且随温度的升高,复阻抗的实部、虚部均变小.在实验给出的温度范围内,电导率结果符合Arrhenius关系式.当温度在373~663 K范围内时,实验所获得的激化焓为0.31 eV,表明样品的电导率由低能带杂质离子所控制;当温度在673~1002 K范围内时,激化焓为0.67 eV,此时可能为小极化子导电.将所得电导率结果与西南峨边-马边地区以及华北应县―商河地区的大地电磁结果进行了对比,发现在所模拟的下地壳温压范围内,实验室测得的电导率位于野外MT数据范围内.     

岩芯电阻率成像系统的数值仿真

根据全井眼地层电阻率成像测井仪（ＦＭＩ）的工作原理及技术指标,设计了一套岩芯电阻率成像系统,针对该系统用三维有限元法编制了数值仿真程序,并运用该程序对具有不同几何形状、尺寸、分布和电阻率对比度的电阻率模型进行仿真成像,给出仿真结果及有关岩芯电阻率成像的几点结论,为成像测井资料的定量解释提供参考．     

电磁勘探中各向异性研究现状和展望

电各向异性广泛存在于自然界中,已成为电磁勘探资料解释中不可忽视的因素.特别是在一些沉积岩地区,由于层理发育导致地下介质电阻率随电流方向发生变化,表现出很强的各向异性导电性.此时,利用各向同性模型进行电磁数据解释将引起很大的误差.本文回顾了电磁勘探中电各向异性研究的历史,简要介绍电各向异性成因、数值模拟中的数学描述及电各向异性介质中电磁场正反演模拟方法等研究现状,总结电各向异性在大地电磁、可控源电磁、航空电磁和感应测井等方面的最新研究进展及未来的挑战.随着多维电磁数据采集及正反演模拟技术的进步和计算能力的提高,给电各向异性信息提取和应用带来了新的契机.电各向异性研究将在矿产资源勘查、油气存储与运移特征分析、地下水和地热、环境工程地质调查、大地构造及地质灾害预测等方面发挥积极作用.     

Comparison of stress-dependent geophysical,hydraulic and mechanical properties of synthetic and natural sandstones for reservoir characterization and monitoring studies

Synthetic rock samples can offer advantages over natural rock samples when used for laboratory rock physical properties studies, provided their success as natural analogues is well understood. The ability of synthetic rocks to mimic the natural stress dependency of elastic wave, electrical and fluid transport properties is of primary interest. Hence, we compare a consistent set of laboratory multi-physics measurements obtained on four quartz sandstone samples (porosity range 20–25%) comprising two synthetic and two natural (Berea and Corvio) samples, the latter used extensively as standards in rock physics research. We measured simultaneously ultrasonic (P- and S-wave) velocity and attenuation, electrical resistivity, permeability and axial and radial strains over a wide range of differential pressure (confining stress 15–50 MPa; pore pressure 5–10 MPa) on the four brine saturated samples. Despite some obvious physical discrepancies caused by the synthetic manufacturing process, such as silica cementation and anisotropy, the results show only small differences in stress dependency between the synthetic and natural sandstones for all measured parameters. Stress dependency analysis of the dry samples using an isotropic effective medium model of spheroidal pores and penny-shaped cracks, together with a granular cohesion model, provide evidence of crack closure mechanisms in the natural sandstones, seen to a much lesser extent in the synthetic sandstones. The smaller grain size, greater cement content, and cementation under oedometric conditions particularly affect the fluid transport properties of the synthetic sandstones, resulting in lower permeability and higher electrical resistivity for a similar porosity. The effective stress coefficients, determined for each parameter, are in agreement with data reported in the literature. Our results for the particular synthetic materials that were tested suggest that synthetic sandstones can serve as good proxies for natural sandstones for studies of elastic and mechanical properties, but should be used with care for transport properties studies.     

基于逆重复m序列的岩矿石标本电性参数测量方法研究

岩矿石标本电性参数实验中,常使用一个或者多个频率激励的变频法测量电阻率,存在观测效率低、可用信息少、抗干扰能力弱等实际问题.本文将变频法改进为伪随机电流信号法进行观测,提出激励场源使用逆重复m序列伪随机电流信号的观测方法,推导出抑制工频干扰的参数选取条件,进而针对岩矿石标本电性参数实验中激励场源的特殊要求,详细分析了观测系统中信号产生与接收面临的问题,并给出了解决方法:采用高驱动能力设计及阻抗匹配技术解决岩矿石标本电阻率分布跨度大(n×10～n×10⁶Ωm)导致的发送端驱动能力不足以及接收端阻抗不匹配等问题;采用系统频率响应校正技术修正系统存在的观测误差;采用高频微弱信号产生与拾取的相关技术,保证电流密度处于岩矿石标本的线性响应区间,避免非线性效应,实现宽频率分布范围观测(10^-3～10⁴ kHz).采用所研发的可编码、高精度、小电流(10^-6 A)、连续可调输出的精密电流源,使用阻容模型进行实验测试,结果表明:(1)该方法可在10^-3～10⁴ Hz频带内...     

基于二维图像的数字岩心电导率计算方法研究

电导率是表征岩石电学性质的重要物理参数,在地质资源勘查和测井解释等领域发挥着巨大作用.快速、准确地确定岩石电导率具有重要的理论和实践意义.作为近年来发展的一种岩石物理数值模拟工具,数字岩心技术在定量计算电导率等物性参数方面应用广泛.三维微观结构的准确获取是数字岩心技术计算岩石电导率的关键,但传统获取岩石三维微观结构的方法较为复杂费时.为了方便快速地通过数字岩心技术计算岩石的电导率,本文研究了岩石二维与三维数字岩心的电导率联系.我们基于微米级X射线CT扫描得到的三个砂岩样品的微观结构信息建立了三维数字岩心,并通过有限元法计算的三维数字岩心电导率与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.随后我们数字地扩展了岩石的孔隙,产生了较大孔隙度的三维数字岩心样本,在此基础上,计算了三维数字岩心和相应二维数字岩心的电导率,并通过Archie公式分别拟合了电导率与孔隙度之间的关系,得到了相应的胶结系数.结果表明,三维数字岩心的胶结系数小于二维数字岩心的胶结系数,且二者的比值与岩石实测孔隙度呈线性负相关关系.以该联系为纽带,通过二维图像快速计算得到的电导率与孔隙度关系,确定了三维数字岩心的电导率与孔隙度关...     

江南造山带深部边界及成矿制约：来自综合地球物理的认识

江南造山带位于组成华南大陆的扬子地块和华夏地块之间，是揭示华南陆块演化及其动力学过程、探索该地区大规模岩浆多金属成矿作用的关键窗口。前人在构造学、岩石学和矿床学等方面取得了诸多进展，但仍对江南造山带的深部结构认识不明，导致对其定义、边界范围、形成时代及演化过程等方面长期存在争议，故亟需开展综合地球物理探测工作，为解决上述争议问题提供约束。鉴于后期构造运动对上地壳大幅改造的影响，致使对于江南造山带的深部边界存在不同认识，本文以重力数据和航磁数据为主、辅以大地电磁测深结果、并与水系沉积物地球化学资料相结合，厘定江南造山带的深部边界。综合重磁多尺度边缘检测、深部电性结构及75种元素水系沉积物地球化学数据聚类分析结果，推测钦杭结合带可能为江南造山带东南侧深部边界，并推断了江南造山带北部可能的深部边界和周缘的断裂构造。基于上述结果和认识，分析了区域构造对金、铜矿床的控制作用，认为江南造山带深部边界及深部断裂扮演了成矿系统中“导矿通道”的角色，从深大断裂形成之初就提供了铜、金等幔源成分为主的矿物质，在合适位置就位成矿；后期复杂的构造运动，使得局部位置再次活化，成矿物质重新富集迁移，在次级断裂等有利...