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.     

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。     

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。     

大定源瞬变电磁法三维正演程序开发

大定源瞬变电磁法是应用比较广泛的电磁激发方法之一,本文介绍了其三维正演程序的开发。首先从麦克斯韦方程组出发,通过讨论边界条件、初始条件和场源计算等问题,建立起地下半空间介质中电磁场与电阻率分布之间的关系方程。再论述求解地下半空间介质中电磁场的三维交错网格有限差分法。然后利用有限差分法完成大定源瞬变电磁法三维正演模拟程序的开发,并详细介绍了程序的流程。最后以均匀半空间模型为例来进行数值模拟,得出结论与实际相符合。利用该程序还可以设置各种三维地电模型来进行数值模拟,从而为野外勘察提供指导,为室内资料处理提供依据。     

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.     

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．     

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。     

瞬变电磁法探测薄层的分辨能力与偏移距关系

薄层探测问题一直是地球物理勘探关注的重点,以往的研究大多关注的是不同地球物理方法对薄层的探测效果,却没有关注观测参数对探测结果的影响。拟选用电性源瞬变电磁法,以一维正演理论为基础,通过定义相对异常表征分辨能力,研究偏移距、观测时间与分辨能力之间的关系,从而决定如何选择合适的观测参数以实现薄层异常的快速有效勘探。结果表明:瞬变电磁法对薄层的分辨能力随着偏移距的增大先呈线性递减后逐步趋于稳定,同时所需的观测时间也逐渐增大; 分辨能力的衰减速率随着电阻率及埋藏深度的增大逐渐减弱。综上所述,采用较小的偏移距进行数据采集,不仅有利于提高勘探精度,也能相应地提升勘探效率。     

多通道井-地电位梯度采集系统的设计与实现

根据垂直有限线源三维异常电位有限差分展开理论计算,验证了电位梯度法在探测水驱驱油异常方向的有效性,设计并研制了基于虚拟仪器技术的低噪声、高分辨率油田井-地电位梯度采集系统。该系统采用差分输入方式,短路噪声幅度低于-130 d B,A/D采集使用了扩展插槽设计思想,从而达到多通道数据的同步采集。运用Matlab和Labview混合编程技术,实现了微弱信号的提取和探测结果的实时成像。对比、重复实验结果表明,电位梯度采集系统具有更高的分辨率及良好的稳定性,通过对大庆油田注水井实验数据的处理、分析,确定了水驱的方向,用注水井资料验证后,证实了该方法的有效性和系统在水驱驱油方向探测上的准确性。     

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。     

用FDTD方法计算电磁波在各向异性介质中的散射

由于各向异性等离子体介质中的介质参数是张量形式,而在各向同性介质中为标量形式,故在研究各向异性等离子体与电磁波的相互作用与分析各向同性媒质的方法就不同.采用线性插值的方法给出各向异性等离子体介质中的FDTD离散式,编写了程序并进行了数值计算,给出与解析方法比较结果,两者符合的很好,并给出等离子体球的电磁散射的若干算例.结果可应用于等离子体的电波传播、天线等领域.     

瞬变电磁场响应计算的频—时域转换方法综述

瞬变电磁场响应的计算一般有两种途径：在时间域求解或在频率域求解,然后把计算结果转换到时间域。本文回顾与评述了国内外瞬变电磁场响应计算的频-时域转换方法。迄今,国内外发展起来的频-时域转换方法主要有：傅立叶变换法、延迟谱方法、Gaver-Stehfest逆拉氏变换方法、数字滤波方法等。在详细阐述上述几种方法的基础上,针对不同的频-时域转换方法的计算精度和速度问题进行了比较,对其方法的优劣进行了总结与评述。     

工作面隐伏突水构造瞬变电磁响应特征研究

工作面顶板和底板下隐伏导含水构造的瞬变电磁响应特征研究,是目前矿山安全生产技术研究的重点难点之一。采用瞬变电磁法全空间探测技术,能有效地探测工作面顶板、底板或煤层内部的隐伏导含水构造,并能确定其具体影响范围。在多测道剖面上对应测点位置的感应值相对较高,对应的曲线部分呈凸起或上升趋势,异常体反应不明显。多测道剖面图多用于实测数据的实时处理显示,根据初步处理结果来调整测线或测点的布置。隐伏导含水构造在视电阻率拟断面图中多呈封闭或半开口状,视电阻率值相对较小。     

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。     

瞬变电磁法在煤矿采空区的应用研究

介绍了瞬变电磁法探测采空区的基本原理.对煤矿采空区傲了正演模型,得出的异常响应对实际的资料解释有很大的指导意义.根据采空区的地球物理特征,通过分析多道电压感应剖面图和视电阻率拟断面图,可以准确的探测出采空区的位置.以山西灵石采空区为例介绍了瞬变电磁技术在煤矿采空区的应用及取得良好的效果.     

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。     

地下全空间瞬变电磁响应的研究

为了研究地下全空间感应涡流的传播规律以及瞬变响应与围岩电阻率和时间的函数关系,采用数值模拟的方法计算了地下全空间响应。将相同时间9种围岩的响应曲线进行拟和,得到了响应与围岩电阻率的关系;在晚期条件下,将围岩响应随时间变化的曲线进行拟和,得到了响应与时间的关系;通过比较全空间与半空间响应的幅值大小,得到二者的比值关系。结果表明：全空间下涡流环极大值半径小于半空间下涡流环极大值在地面的投影半径;全空间瞬变电磁响应按围岩电阻率的1．5次幂进行衰减;按时间的2．5次幂进行衰减;全空间响应幅值为半空间响应幅值的1．93倍。