电性源短偏移距瞬变电磁场扩散规律三维数值模拟

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)采用近源探测形式,极大地提高了信号强度,目前对电性源短偏移距瞬变电磁响应特征的研究主要基于一维模型,且主要讨论电场E_x分量和磁场H_z分量的响应特征和探测能力,不利于复杂目标体的精细探查。基于以上问题,采用三维时域有限差分法,对电性源短偏移距瞬变电磁场在地层中的扩散规律进行了模拟,并研究了三维异常体对电性源短偏移距瞬变电磁场扩散的影响。结果表明:电场E_x分量的正极值区域主要集中在发射源附近,并随着时间的推移逐渐向下扩散; 电场E_y分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 电场E_z分量在地层分界面产生跃变; 磁场H_x分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 磁场H_y分量上部为负值区域,下部为正值区域,说明H_y分量也会受到返回电流影响; 磁场H_z分量极值区域主要位于发射源下方,并随着时间的推移逐渐向下移动; 对于三维异常体,电场E_x分量和磁场H_y分量的灵敏区域位于异常体上方,而电场E_y分量和磁场H_x分量的灵敏区域位于异常体外部,且分布在异常体四周,磁场H_z分量的灵敏区域位于异常体两侧(靠近发射源和远离发射源位置),说明电性源短偏移距瞬变电磁场的5个分量对三维异常体的灵敏区域不同,不同的分量应选择不同的区域进行观测。     

三维体地—井瞬变电磁三分量测量响应规律研究

地—井瞬变电磁法的主要用途是探测盲矿体的性质、规模、方位以及赋存状态,为此,采用本征电流等效模拟三维长方体和球体的三分量电磁响应规律,为定性和定量解释三维盲矿体提供理论依据。计算结果表明:三维地质体电导率值越大,其电磁响应越强;随着三维地质体的规模的增大,其电磁响应逐渐减弱;异常体水平时,Z分量响应曲线幅值以及Y、X分量过零点的位置反映了异常体的中心位置;异常体倾斜时,Z分量响应曲线过零点的位置反映了异常体的中心位置,若Y、X分量曲线过零点的位置位于异常体中心位置上方则三维地质体上倾,反之下倾;对于球体和长方体而言,Z、X分量曲线形态一致,若Y分量曲线形态为"S"型,则异常体为长方体,若Y分量为单峰异常,则异常体为球体。     

瞬变电磁法三维模拟计算研究进展

瞬变电磁法应用于矿产资源、环境工程等领域。目前主流的瞬变电磁三维正演模拟方法包括积分方程法、有限差分法、有限体积法和有限元法。随着观测环境的复杂化以及探测精度要求的提高,有必要研究瞬变电磁法高精度三维模拟计算,以便推动数据处理解释方法的进步。本文系统介绍了瞬变电磁三维正演计算研究进展,分析了准静态差分方程的构建和发射源的加载及边界的处理等有限差分法的关键技术,厘定出空间和时间离散以及大型线性方程组的求解等有限元法的难题。瞬变电磁数值模拟今后的发展方向是深入开展近源情况下受场源效应、复杂地形、极化效应等影响的三维模拟,以及特殊场情况下的多源多分量响应计算,为瞬变电磁法精细探测提供理论支撑。     

储层电各向异性模型的瞬变电磁响应

采用数字滤波算法对储层电各向异性模型的瞬变电磁响应进行数值模拟,首先在频率域计算出各向异性模型的电场响应,然后利用正弦变换将计算结果转换到时间域。通过对电偶极子源激发下的层状各向异性模型的瞬变电磁场进行计算,结果表明:对薄互层模型而言,当中间薄层为高阻时,视电阻率曲线在晚期随各向异性系数的增大而抬升,且各向异性的影响大于厚度的影响。当中间薄层为低阻时,各向异性系数对视电阻率曲线无影响。这对指导瞬变电磁对油藏勘探具有重要意义。     

大地介质影响下地-井瞬变电磁的正演模拟分析

对大地介质影响下地-井瞬变电磁响应特征规律进行了研究.基于时域有限差分法和Mur吸收边界条件对不同观测方式("定源-异井位观测"和"方位观测")下典型地电模型(均质半空间和含浅部低阻层的半空间介质)中三维体的地-井瞬变电磁响应进行了正演模拟,认为观测所得响应是围岩背景场与目标体异常场共同作用的结果,提出大地介质会影响观测结果的观点.研究结果表明:围岩背景场越强,总响应的异常特征越弱;随着观测延时的增加,背景场对总响应的影响减弱;受导电介质影响的观测曲线在剖面形态和衰减特征上与高阻围岩的典型解释模型存在差别.研究结果为相关资料解释工作提供了理论依据.     

斜井层状介质孔中时间域电磁张量响应特征

在石油勘探、金属矿找矿以及地下空间探测领域,孔旁远探和随钻前探是迫切性技术需求。结合三分量感应测井和瞬变电磁场理论,提出了一种孔中时间域电磁张量测井方法。基于谐变场三维感应测井9个磁场分量求解方法,采用传输线法实现并矢格林函数的快速计算,通过将谐变场的磁张量转换到时间域,获得孔中时间域电磁场张量计算公式; 然后,建立一个斜井三层介质模型,分析该模型下感应电位张量各分量的时间衰减规律,得到目标层电磁张量响应特征; 最后,在地-井瞬变电磁实测资料分析基础上,比较孔中张量测井方法的效果。结果表明:感应电位张量xz、yz、zx以及zy分量衰减曲线符合垂直磁偶源激励场特征,其他分量满足水平磁偶源激励场特征; 与z相关的分量对地层电性界面的反映最为明显,可以作为张量解释的首选分量,其他分量可以作为辅助分量; 低阻目标层在多测道曲线和感应电位张量时间剖面中得到清晰识别,为孔中张量电磁资料处理与解释提供了手段。     

三轴应力下原煤吸附CH4/N2变形时空特性

为深入研究受载煤体与CH₄/N₂相互作用时的变形时空特性,开展了三轴应力加载下原煤吸附CH₄/N₂及其二元混气时的吸附量与吸附变形动态测试试验.结果表明：恒定三轴应力下,原煤对CH₄的吸附能力大于N₂;二元混气吸附量介于纯气体吸附量之间.三轴应力下原煤吸附膨胀变形存在各向异性.不同注气压力下,原煤轴向/环向应变随吸附时间整体呈现相同演化规律,注气端轴向应变可划分为5个阶段,煤样中部、排气端轴向/环向应变均可划分为3个阶段.相同注气压力下,原煤吸附气体时各测点轴向应变由负转正时间由长到短的顺序为：CH₄,CH₄/N₂混气,N₂.原煤吸附CH₄,N₂,CH₄/N₂混气时,轴向/环向应变随吸附量增加依次呈指数函数、一元一次函数、一元二次函数增长.三轴应力加载后,原煤轴向/环向初始应变呈两端...     

回线源三维地—井瞬变电磁法FDTD数值模拟

采用时域有限差分方法(FDTD),以回线源作为激发源.对均匀半空间和垂直断层面进行正演模拟.分析得出:在均匀半空间中,随观测时间延迟,感应电位先增大后减小,响应极大值向下移动;瞬变场在垂直断层面产生突变,在曲线上表现为峰值,低阻体产生响应直观明显,而高阻体响应无变化;对含有低阻体垂直断层面进行正演模拟,异常响应随断层面两侧异常体的电阻率比值增大而增强,识别能力强.研究结果为定性解释地—井瞬变电磁法异常和判断断层面提供参考依据.     

地下瞬变电磁法全区视电阻率核函数算法

全区视电阻率的求解方法是地下瞬变电磁理论体系的重要组成部分.在对全空间核函数分析的基础上,提出了全空间全区视电阻率的核函数算法,采用理论数据对其计算效果进行了验证,同时将其应用效果与半空间瞬变电磁法平移算法进行了比较.结果表明:当采样时刻大于10μs和回线边长大于5m时,全空间核函数随电导率具有单调递增特性,井中多匝小回线装置的等效边长和采样时刻均满足此要求;由核函数算法获取的视电阻率在早期、过渡区及晚期均能反映出模型的真电阻率;在电阻率为10Ω.m的全空间模型中,该方法与平移算法计算结果的均方根误差分别为6.945 1×10-4和1.030 0×10-2,因而具有更高的精确性.实测资料处理结果显示核函数算法具有更好的应用效果,丰富了全空间瞬变电磁法理论体系,为井下实测资料的处理提供了参考.     

巷道边界条件下矿井瞬变电磁响应研究

研究了巷道对瞬变电磁场的影响,模拟了全空间中介质的瞬变电磁响应特征．提出了适用于矿井三维全空间瞬变电磁法时域有限差分计算的新的巷道边界条件,通过将该边界条件离散为差分格式,并结合时域有限差分法进行计算,研究了1μs到0．8ms之间巷道的存在对瞬变电磁场的影响特征,以及巷道对巷道顶、底板内部的低阻异常体响应的影响、结果表明,由于巷道的高阻作用,使置于巷道中间的发射源,在0．5ms时在巷道两迎头处感应出2个相同的新源,而当发射源置于巷道一端迎头时,在另一迎头处逐渐感应出1个新源,在0、1ms后巷道的边界能清楚的显示出来、另一方面,巷道的延迟作用使低阻体响应的位置在20μs时落后其实际位置6～8m．     

市场超额需求函数

通过研究市场超额需求函数与多项式的关系得到:对于(n-1)个关于市场价格p1,p2,…,pn-1的多项式Es(p1,p2,…,pn-1),s=1,2,…,n-1,若满足条件2PE2ts=λ(s,t)2PE2st,则Es(s,t=1,2,…,n-1)均为一类特殊市场的超额需求函数。同时给出了满足上述结构超额需求函数的正则经济经济模型。     

基于聚类算法的钻孔瞬变电磁视电阻率立体成像方法

煤矿井下地球物理水害超前探测要求探测点20 m范围内不得有积水和金属物体,传统电磁法超前探测技术已不能满足要求,钻孔瞬变电磁法通过将收发装置送入掘进工作面前方的钻孔中进行探测,既远离了巷道中的各种干扰,又提高了隐蔽致灾水体的探测精度。为解决该方法对钻孔径向异常体的准确定位解释难题,通过三维正演总结了其水平分量异常响应特征,提出了异常体象限确定准则,研究了根据水平分量幅值和异常象限综合求取异常体工具面角的计算方法。将由垂直分量计算得到的每一个视电阻率视为独立异常体,基于K-means聚类算法对相应的水平分量异常曲线特征值进行二分类,实现了全数据集的视电阻率象限自动划分,结合异常工具面角算法研究得出钻孔瞬变电磁视电阻率立体成像方法。最后计算了三维数值模型的立体成像结果,对钻孔径向的小规模低阻异常体取得了良好效果。结果表明:基于K-means聚类算法的钻孔瞬变电磁视电阻率立体成像方法是地球物理与机器学习的有机结合,该方法能够为井下掘进工作面隐伏水害超前探测精细解释提供技术支撑。     

一类非线性薛定谔方程解的衰减估计

研究了一类具有次临界非线性项的薛定谔方程的大初值问题.在强耗散条件下,分析了非线性薛定谔方程i _tv+1/2²_xv=λ|v|^{p -1}v+ia/((1+t)(p-1))v整体解的L²衰减估计,所得结果完善了文献[4]的结论.     

钻孔瞬变电磁拟地震反演方法在露天煤矿采空区精细探测中的应用

露天开采煤矿地下存在大量小煤窑采空区,严重威胁煤矿生产安全和人员生命安全。受露天煤矿地表工作环境影响,常规物探手段探测采空区精度较差,而钻孔瞬变电磁探测是一种精度较高的探测方法,属于一种动源动接收的工作方法。为提高资料处理精度,应用滑动时窗波场反变换算法对数据进行高精度波场转换,采用共轭梯度法研究了针对瞬变电磁虚拟波场数据的拟声波介质全波形反演算法,实现了钻孔瞬变电磁数据的拟地震反演,计算了三维数值模型数据的反演结果,并对钻孔径向的小规模低阻异常体取得了良好的成像效果。结合山西朔州地区某露天煤矿的工程实践,对该方法精细探测积水采空巷道形态、性质和规模的实用性和有效性进行了检验。结果表明:钻孔瞬变电磁探测方法是矿井物探与钻探的有机结合与相互补充,拟地震反演方法能够有效应用于露天煤矿采空区的精细解释。     

Numerical and experimental evaluation on methods for parameter identification of thermal response tests

Several parameter identification methods of thermal response test were evaluated through numerical and experimental study. A three-dimensional finite-volume numerical model was established under the assumption that the soil thermal conductivity had been known in the simulation of thermal response test. The thermal response curve was firstly obtained through numerical calculation. Then, the accuracy of the numerical model was verified with measured data obtained through a thermal response test. Based on the numerical and experimental thermal response curves, the thermal conductivity of the soil was calculated by different parameter identification methods. The calculated results were compared with the assumed value and then the accuracy of these methods was evaluated. Furthermore, the effects of test time, variable data quality, borehole radius, initial ground temperature, and heat injection rate were analyzed. The results show that the method based on cylinder-source model has a low precision and the identified thermal conductivity decreases with an increase in borehole radius. For parameter estimation, the measuring accuracy of the initial temperature of the deep ground soil has greater effect on identified thermal conductivity.     

基于Pscad/Emtdc电网合环仿真的研究

本文以抚州金巢变电站10kV配电网合环为例,基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC准确地搭建了系统仿真模型,以解决配电网合环操作过程中可能出现的涌流现象引起保护误动作。提出在合环点两侧相位差较小时候合环,或者通过调整变压器分接头以减小合环点两端母线电压差,从而减小合环电流。     

瞬变电磁法在城区建筑基坑中的防空洞探测

防空洞探测属于地下洞体探测中的一种特殊工程地质问题.选用小线框瞬变电磁法应用于地下空洞的探测,对于施工区地表有较强的适应能力,工作效率较高.其数据处理解释采用全期定义将实测瞬变衰减曲线转换为视电阻率一深度曲线,根据地下空洞的瞬变电磁响应特征分析等视电阻率曲线的形态来确定空洞体存在,证明了在城区建筑基坑中采用小线框瞬变电...     

瞬变电磁模型映射反演

由瞬变响应曲线随地下电导率、发射回线边长与观测时间的平移伸缩特性,近似反演地下介质的电性参数,并称之为视模型,再根据视模型与真模型的加权平均模型之间存在的一一映射关系,应用关系映射(RMI)原理,提出一种新的瞬变电磁模型映射反演方法,并对该算法的收敛条件及收敛速度进行了分析和讨论。映射反演算法无需计算反演灵敏度矩阵,具有算法稳定、收敛速度快的优点,值得推广。