基于混合边界条件的有限单元法GPR正演模拟

从Maxwell方程组出发,推导了探地雷达(GPR)有限元波动方程.阐述了透射边界条件和Sarma边界条件的原理,推导了这两种边界条件的理论公式;通过在衰减层内加入过渡带优化了Sarma边界条件的加载方法,压制了介质区和衰减层交界面处的人为反射.考虑到透射边界条件与Sarma边界条件不同的理论机制,提出了一种结合透射边界条件和Sarma边界条件的混合边界条件,它利用Sarma边界条件对到达边界区域的GPR波能量衰减功能和透射边界对GPR波能量的透射功能,使GPR波经过Sarma边界条件的衰减吸收后,再通过透射边界条件将剩余能量透射出去,集成了二者的优势.并以二维均匀模型中的中心脉冲激励源方式为例,通过Matlab程序实现,以GPR的全波场快照的直观方式,对比了有、无边界条件及不同边界条件对人工截断边界的处理效果,说明了该混合边界条件对到达截断边界处的GPR波的处理优于单一边界条件.最后,以基于混合边界条件的有限单元法对两个典型的GPR地电模型进行了正演模拟,指导了GPR数据处理与工程实践.     

海岸效应对近海地区大地电磁测深数据畸变作用研究

在近海地区采集的大地电磁测深数据通常受到海岸效应的影响,使得大地电磁测深数据发生畸变,因而很难利用大地电磁测深资料较为可靠地获得地下深部的电性结构.本文通过正演模拟方法,分析和总结海水深度变化和海底地形变化对近海地区大地电磁测深数据的畸变影响.当测区与海岸线的距离小于目标频率的大地电磁场趋肤深度时,高导海洋的存在会严重影响测区内电磁场的分布.由于海岸效应的影响,大地电磁测深视电阻率曲线和相位曲线均会发生不同程度的畸变,在低频部分,这种畸变作用尤为明显.大地电磁测深一维Occam反演方法和二维非线性共轭梯度反演方法,对近海地区浅部地层具有较好的反演效果.随着海水深度的增加和海底地形的复杂变化,两种反演方法均会出现不同程度的假异常,为地质解释工作造成了影响.近渤海地区的实测大地电磁测深数据在低频部分可能受到海岸效应的影响而导致视电阻率曲线的严重畸变.     

地震转换波对叠前同时反演的影响研究

叠前同时反演是油气探测的一种有效工具.其理论基础是平面P波Zoeppritz方程计算的反射系数的近似,是入射角的函数.叠前同时反演可以利用三项或两项Fatti方程进行反演分析.本文针对实际油田的测井数据,利用反射率法模拟了仅包含P波一次反射记录,包含P波一次反射和P波层间多次波记录以及全波场地震记录,再利用叠前同时反演对合成地震记录进行反演研究.研究结果表明,在大偏移距处P波主要反射受到其它模式波的污染,从而影响了叠前同时反演结果的精度.对于薄互层介质当转换波影响严重时,使用小角度数据的两项AVO反演比使用大角度数据的三项AVO反演更合理可靠.     

基于全区视电阻率的线源FCSEM二维正演模拟

频率域可控源电磁是在大地电磁测深的基础上发展起来的一种人工源电磁测深法,其二维电磁响应的计算须采用数值模拟方法.本文以Matlab为程序编译工具,采用双二次插值的有限单元法,推导出相应的计算公式.为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下设计了非均匀网格剖分.在程序编制中,只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间.针对频率域可控源电磁法中卡尼亚电阻率在过渡区和近区畸变的问题,给出了全区视电阻率的迭代公式,并对典型的一维层状模型以及简单二维模型进行了计算.过渡区和近区数据经过校正后,可以正确反映出模型的地电特征,证明了线源下近区勘探的可能性.     

复杂三维介质的大地电磁正演模拟

存在多个三维且不规则异常体的复杂模型,与实际地质模型更为接近,用有限单元法数值模拟计算无疑具有明显优势.但由于刚度系数矩阵为大型、不定且严重病态的,因此普遍存在求解效率低的问题.在引入不完全LU分解改善其条件数后,分析、比较了几种流行的Krylov子空间方法:CGS、BICG和BICGSTAB,得出BICGSTAB具有收敛平滑、求解速度快等优点,更适合于求解大地电磁三维有限单元法正演中的线性方程组问题.通过与一维模型解析计算结果的对比以及COMMEMI-3D模型的正演计算结果,验证了算法和编制程序的有效性,为后续构建大地电磁三维反演提供基础.     

原油中的正构烷烃类在海沙和海水中风化的模拟实验

通过自然条件下沙表层和水面溢油的模拟风化实验,采用GC-MS作为检测器,研究原油中的正构烷烃在厦门地区的风化规律.结果表明,在一个月的风化模拟实验中,两种不同介质溢油风化均明显体现轻组分的正构烷烃丢失现象,且正构烷烃组分在水面溢油的风化速率低于沙表层溢油速率1～2个碳数.沙上模拟实验后期APr/APh比值明显受到风化影响,诊断比值不适用于油源鉴别.诊断比值An-C17/APr、An-C18/APh在短期风化过程中受风化影响小.水面溢油模拟实验结束后发现水体中n-C13-n-C29的正构烷烃组分含量升高2.9%～327.4%.     

钼催化作用下的煤成烷烃气碳同位素演化

为了阐释钼催化作用下的煤成气碳同位素演化特征和机理,采用在原煤中添加单质钼的方式,开展催化生气模拟试验,测定模拟系列气样的单体烷烃气碳同位素组成,并对其演化规律和模式进行探讨.结果表明:无论加钼与否,模拟气甲烷碳同位素组成(δ(13C1))均以镜质组反射率1.1%为界分为演化趋势截然相反的2个阶段,乙烷碳同位素组成(δ(13C2))不存在明显的演化阶段性,但加钼煤样δ(13C2)由在较低成熟度阶段重于原煤样变为在较高成熟度阶段轻于原煤样;加钼条件下,模拟烷烃气呈现出正碳同位素系列,δ(13C1)为(-25~-45)×10-3,δ(13C2)重于-29×10-3,表明钼催化成因气属于有机热成因气范畴.对比模拟烷烃气碳同位素组成与镜质组反射率之间的关系,发现模拟烷烃气碳同位素组成演化规律与前人模式有所不同.加钼煤样的不同单体烷烃气碳同位素组成随有机质成熟度变化速率的不同而不同,指示生气作用在钼催化作用下得到增强,这一效应在裂解气生成过程中更为显著;加钼煤样δ(13C2)在较高成熟度条件下轻于原煤样δ(13C2)的原因可能在于钼催化效应促进了煤中壳质组裂解生气.     

岩溶漏失层气助正循环水井钻探新技术的研究

气助正循环水井钻探新技术主要适用于以岩溶地层为特征的严重漏失地层。该技术通过在双壁钻具的内外管之间泵入压缩空气,举升在钻具与孔壁之间的“环空”形成的空气泥浆。“环空”的气举加速作用阻碍了钻井循环液在地层方向的漏失,并且加速了钻屑的上返速度。该技术的优点在北京房山区岩溶漏失地层的600m水井钻探生产试验中得到了证实。试验结果表明,利用该技术可使泥浆正循环中因严重漏失造成的循环液中断得以恢复,“环空气举作用”大幅度提高了上返的泥浆流量。经对比试验证明,气助正循环工艺在岩溶漏失层的钻进速度高于气举反循环和泥浆正循环,是解决岩溶漏失层钻井液循环中断、钻头烧钻、埋钻等钻探事故的有效方法。      

地下隐蔽水库的高密度电法探测研究

地下空间开发过程中,要尽量避开地下已建成的建筑物和市政设施,然而由于各种原因造成地下已建成的建筑物、市政设施等具体位置不明确,形成为地下空间开发过程中的障碍物,对设计和施工造成不利影响.高密度电法具有成本低,效率高,信息丰富,解释方便等特点,威为解决这些地下障碍物问题的物探方法之一.为了探测在地铁选线过程中遇到的地下隐蔽水库,选用了高密度电法进行探测,并且依据调研到的资料建立了正演模型.模拟结果表明高密度电法可以圈定地下隐蔽水库的边界范围.最终的探测结果和正演结果基本一致.这说明在地下空间开发过程中采用高密度电法探测地下隐蔽水库具有可行性,探测的结果能为设计和施工提供参考依据.同时,在探测实施时根据已知条件进行正演模拟有助于解译高密度电法实测结果.