浅海域海底极低频电磁响应特征研究

极低频电磁探测方法(WEM)是一种新型人工源低频电磁探测技术,目前尚未见极低频电磁探测方法的海区研究,缺少相关经验.为测试WEM在海洋环境中的电磁响应特征,本文将"地-电离层"全空间电磁波传播理论应用到含海水介质的"地-电离层"全空间模型,由地表处数值格林函数出发,利用空气层与海水层界面谢昆诺夫势函数满足的边界条件,推...     

电磁波对轴对称二维层状介质的散射

本文讨论了任意N层平面分层,每层又可具有任意柱面分层的轴对称二维非均匀有耗介质结构,分析电磁波在其中的传播、散射特性.由于采用电磁场的数值模式匹配理论,径向用离散数值本征模式替代连续模,纵向则用模式匹配方法导出场递推关系的解析表达式,大大减少了数值计算量,而计算精度不变.场的数值结果可很好的再现地下电参数剖面.相应的数值分析程序可用于从感应测井到电磁波测井的计算机辅助解释.     

二维介质柱的电磁成像研究

从体等效原理出发得到用介质柱介电参数表示的体等效电流,并得到一个积分方程组求解散射问题．利用变分原理,对此方程组求变分,并化为矩阵方程组,消去含介质柱内总场变化的项,得到散射场变化与介质柱介电参数变化之间关系的矩阵方程．即反演方程．用算例检验此法的反演精度、收敛性能、多目标反演能力、抗噪声性能及利用不完备测量散射信息反演目标的能力．结果表明,此法是一种实用性很强的二维介质柱电磁成像方法．     

地震监测人工源极低频电磁技术(CSELF)新试验

2009年利用大功率人工源极低频电磁技术(CSELF)在位于华北、华南、东北、西北和西南的12个地震台站和几个流动观测点进行了连续30天新的观测试验.结果表明,利用CSELF技术可以在1700 km之外测量到人工源电磁场信号,计算得到的电、磁场功率谱密度和视电阻率与天然源信号相比,抗干扰能力更强,观测信号更稳定,特别有利于识别和捕捉地震等诱发的电磁异常现象,在地震预测监测中具有很大的研究应用潜力.试验还发现,各地震台站和流动测点观测的CSELF信号的强度,与台站或者测量的电、磁场分量相对于发射源的距离、方位有明显的关系;发现在离开发射源的相对近区,场强随距离的衰减,比在相对远区更快;发现接收磁场信号比电场信号较易获得更高信噪比的数据.     

用积分方程法模拟各向异性地层中三维电性异常体的电磁响应

本文研究并建立了一种模拟各向异性地层中三维电性异常体电磁响应的积分方程算法.首先讨论了并矢Green函数及其相关积分的计算,将水平层状各向异性地层中的电场并矢Green函数分解成含有奇异项的直达波与非奇异的来自各个层界面的反射和透射波两个部分,再应用等效体积单元和表面积分技术对积分方程的奇异核进行离散化处理以便提高离散方程的精度.然后为了节省计算机内存以及计算时间,引入基于Krylov子空间的迭代算法求解积分方程的离散化矩阵方程.最后通过与现有文献中的结果作对比从而检验了所述算法的有效性,并结合具体算例考察分析了地层的各向异性对三维电性异常体电磁响应的影响特征和规律.     

大型复杂采空区注浆效果检测方法研究

大型复杂采空区由于具有分布范围广、多层、厚度及埋深不等和周围岩性复杂等特点,导致其注浆质量检测难度较大,目前尚无可靠的系统检测方法。结合某采空区注浆工程实践,对浆液结石体的电阻率进行了现场试验,得到了浆液结石体的视电阻率范围为93～130m,与采空区及围岩均有较大差异。运用电测深法和电磁波CT对采空区注浆前后进行检测,发现注浆后浅部0～30m范围内,视电阻率普遍得到降低且变得相对均匀稳定; 深部低阻异常在注浆后电阻率也得以减弱,且均匀范围明显扩大; 电磁波吸收系数在40～70m范围内得到提高约25%。钻探取心发现,多数孔内可见注浆结石体; 检测孔的后期注浆中, 10个孔的注浆量均不大于周围相邻4个孔的注浆量平均值的15%。对以上检测结果分析可知:采空区在物性特征上表现为较低的电磁波吸收系数,注浆以后升高; 地下水位之上的采空区表现为较高的电阻率,注浆之后降低,地下水位以下的采空区则反之。注浆前后采空区物探差异明显,本段落采空层的浆液充填效果较好,几种检测方法的结果具有良好的对应关系。同时表明,采用全域检测的电测深和局部详查的电磁波CT相结合的物探方法,与钻探取心结果及检测孔后期注浆数据进行分析对比,可以对大型复杂采空区注浆效果进行有效检测和评价,可为类似采空区提供借鉴。     

层状各向异性地层中三维感应测井响应快速计算及资料处理

本文采用广义反射系数法推导了水平层状各向异性地层中电磁场的积分解析解,并利用快速汉克尔变换技术实现了三维感应仪器测井响应的快速计算.三维感应测井响应与地层水平电导率、垂直电导率和井斜角及仪器方位角同时有关,单一分量的测井曲线不能满足资料解释的需要.通过对仪器测量分量响应特征的考察,本文提出了一种基于组合量测井曲线的资料直观解释方法.数值模拟显示,交叉分量相关组合量可准确划分地层纵向边界,并可直观识别各向异性层;与单独分量相比,主分量相关组合量提高了纵向分辨率、减弱了与地层电导率参数的非线性关系.     

南极普里兹湾海冰厚度的电磁感应探测方法研究

本文介绍一种由EM31-ICE型电磁感应仪和激光测距仪组合而成的船载电磁感应海冰厚度探测系统. 针对海冰和海水的电学特征,运用电磁感应技术提取探测系统至海冰下底面的距离,运用激光测距仪测量冰面粗糙度和探测系统至海冰上表面的距离,两组数据结合,实现了海冰厚度的探测. 通过南极现场探测数据分析,并与钻孔实测冰厚数据对比研究,定量分析了探测系统距离冰面的高度效应,建立了该系统冰厚测定值随高度变化的修正关系式,并对船载航行数据进行了系统校正. 与SCAR ASPeCt的冰厚数据对比分析,表明该系统能够获得可靠的海冰厚度并具有较高的精度,且能满足对极区大范围海冰厚度观测的需求.     

长偶极大功率可控源电磁波响应特征研究

地球物理学中关于电磁波勘探研究通常采用的是地球半空间模型.然而,对于几十公里的有限长电缆源（长偶极源）,远距离电磁波场探测必须要考虑电离层的影响,它是一个全空间问题.关于包含电离层、空气层和地球介质（我们称“地-电离层”模式）的电磁波场特征的研究在国外较少,国内几乎是空白.本文采用全空间积分方程法首先对小尺度的可控源电磁波场特征进行了研究,由于此时电离层的影响可忽略,它应该和半空间成熟的CSAMT模拟结果一致,对比结果表明,二者是一致的,验证了全空间模拟方法的可靠性和有效性.随后进行了50 km长电缆电离层和空气层高度都为100 km的“地-电离层”模式大尺度电磁波场模拟,以探讨大尺度可控源电磁波场的特征.给定频率的“地-电离层”模式电磁场的衰减曲线表明长电缆远距离电磁波场由于受电离层的作用存在衰减逐渐变小的过渡场和衰减变小的波导场.为了探讨复杂介质“地-电离层”模式电磁波特征,对“地-电离层”模式的典型地盾和地台多层介质模型进行了数值模拟,得到了偶极源长度50 km、电流200A、收发距离远达1600 km和2500 km的合理的电磁场结果.最后,对一简单含油储层结构模型进行了长偶极、大功率、远距离电磁波场响应计算.储层横向不均匀复杂结构模拟的结果表明,考虑电离层和大气层的“地-电离层”模式大尺度深层复杂介质模拟时,电磁场对深部目标体仍有很好的异常响应.     

Acoustic and electromagnetic properties of soils saturated with salt water and NAPL

Electrical, seismic, and electromagnetic methods can be used for noninvasive determination of subsurface physical and chemical properties. In particular, we consider the evaluation of water salinity and the detection of surface contaminants. Most of the relevant properties are represented by electric conductivity, P-wave velocity, and dielectric permittivity. Hence, it is important to obtain relationships between these measurable physical quantities and soil composition, saturation, and frequency. Conductivity in the geoelectric frequency range is obtained with Pride's model for a porous rock. (The model considers salinity and permeability.) White's model of patchy saturation is used to calculate the P-wave velocity and attenuation. Four cases are considered: light nonaqueous phase liquid (LNAPL) pockets in water, dense nonaqueous phase liquid (DNAPL) pockets in water, LNAPL pockets in air, and DNAPL pockets in air. The size of the pockets (or pools), with respect to the signal wavelength, is modeled by the theory. The electromagnetic properties in the GPR frequency range are obtained by using the Hanai–Bruggeman equation for two solids (sand and clay grains) and two fluids (LNAPL or DNAPL in water or air). The Hanai–Bruggeman exponent (1/3 for spherical particles) is used as a fitting parameter and evaluated for a sand/clay mixture saturated with water.Pride's model predicts increasing conductivity for increasing salinity and decreasing permeability. The best-fit exponent of the Hanai–Bruggeman equation for a sand/clay mixture saturated with water is 0.61, indicating that the shape of the grains has a significant influence on the electromagnetic properties. At radar frequencies, it is possible to distinguish between a water-saturated medium and a NAPL-saturated medium, but LNAPL- and DNAPL-saturated media have very similar electromagnetic properties. The type of contaminant can be better distinguished from the acoustic properties. P-wave velocity increases with frequency, and has dissimilar behaviour for wet and dry soils.