带地形的二维各向异性大地电磁测深数值模拟

以往主要在水平层状地表研究大地电磁二维各向异性系数对观测值的影响。通过有限元数值模拟方法,讨论同时存在起伏地形以及各向异性对二维大地电磁测深法中TM极化模式的响应。首先给出二维各向异性介质中TM极化模式的变分问题;其次用规则矩形单元对研究区域进行剖分,用双线性函插值对变分问题进行求解;最后在地垒、地堑地形下,改变各向异性系数模拟TM极化模式中视电阻率的变化。结果表明:地垒地形对TM极化模式视电阻率曲线表现为低阻异常,地堑地形对TM极化视电阻率曲线呈现高阻异常,两种地形对观测数据的影响要远大于各向异性系数对观测值的影响。     

轴向各向异性地-井瞬变电磁三分量响应特征

基于三维时域有限差分算法,引入电导率张量构建控制方程,采用空间上后向差分、时间上中心差分进行离散,以电流密度的形式加入安培环路定理实现电流源的加载,通过轴向各向异性三维瞬变电磁正演研究地层电导率轴向各向异性对地-井瞬变电磁(BHTEM)三分量响应的影响规律。同时,与各向异性半空间模型一维解析解对比验证算法的准确性,然后建立各向异性三维模型并计算其回线源地-井瞬变电磁三分量响应特征。结果表明:在地表激发条件下,水平轴电导率各向异性对地-井瞬变电磁三分量响应的影响大于垂直轴电导率各向异性; x轴各向异性对B_y/t分量响应影响大于y轴各向异性,y轴各向异性对B_x/t分量响应影响大于x轴各向异性。研究成果为地-井瞬变电磁各向异性数据解释提供指导,也为地-井瞬变电磁各向异性反演奠定基础。     

矩形框瞬变电磁法一维正演研究

为研究一维情况下以矩形框、圆形框作为发射源的瞬变电磁响应之间的差异,首先利用电磁学中的互易定理将矩形框发射源的瞬变电磁响应转化为一系列圆形框发射源瞬变电磁响应的积分形式,进而推导出矩形框发射源的瞬变电磁法一维正演表达式。然后以推导的正演算法为基础,编写出正演程序,计算出二层、三层地电模型的瞬变电磁响应曲线,并对比分析了理论情况下的矩形、圆形线框作为发射源的响应曲线。结果显示:在较小时刻两者差异较小,在较大时刻两者差异较大,矩形框的感应电动势直接代入传统的瞬变电磁反演程序计算时电阻率可能存在误差。     

矿井瞬变电磁法探测中低阻屏蔽层影响物理模拟研究

基于＂烟圈＂效应理论和物理模拟相似性准则,对井下瞬变电磁法沿探测方向上存在多个低阻体时,物理模拟浅层低阻屏蔽体瞬变电磁响应特征。模拟结果表明,在沿探测方向上浅部存在低阻体或低阻薄层时,深部低阻体的瞬变电磁响应会受到表层的低阻屏蔽而被压制或掩盖,在感应电位多测道剖面图上表现为单一低阻体的响应形态及规律,使得隐伏在浅部低阻干扰体背后的目标体难以识别和分辨。矿井瞬变电磁法在实际探测中应尽可能避开巷道附近存在低阻体或低阻岩层位置,避免无法识别远处低阻目标体响应特征。     

低阻层覆盖下采空区瞬变电磁场三维响应特征分析

浅部含水层的电阻率相对较低,会降低瞬变电磁探测下方采空区的准确性。为揭示瞬变电磁场在低阻覆盖层下三维含采空区地质模型中的传播规律,指导该条件下瞬变电磁法探测采空区结果的合理解释,通过建立三维地质模型,利用数值模拟方法,分析不同充水程度采空区、不同低阻层厚度和不同采空区埋深三维模型的电磁场响应特征。研究表明,低阻层对电磁场向下扩散有延缓现象,当传播至相同深度时,上方低阻层越厚,电磁场的传播时间越长。低阻层下采空区两侧等值线发生明显弯曲变形,底部则表现为下凹特征。然而,采空区顶部电磁场响应与低阻覆盖层相融,难以识别采空区的顶部埋深。当低阻层厚度每增加约50 m时,电磁场响应幅度约增加2.5倍;当采空区埋深增大约2倍时,下方采空区的电磁响应幅度降低速率相近,并且变化幅度微弱;采空区富水程度增加时,电磁场响应幅度变化相对微弱。以上研究揭示了低阻覆盖层对下方采空区电磁场传播的影响规律和电磁场的传播特征,能够指导相同地质条件下瞬变电磁法探测采空区资料的合理解释。     

各向异性参数对电性源频率测深曲线的影响

基于各向异性大地频率域电磁测深的正演计算,研究了二层大地模型中水平电偶极源下各向异性参数对电场Ex分量的振幅和相位曲线的影响。计算出在不同各向异性系数下电场水平分量的振幅和相位值,通过对其曲线特征进行分析,总结出一些规律性的结论,对野外资料的解释有一定的指导意义。     

基于“烟圈”理论的圆锥型场源瞬变电磁优化反演

针对瞬变电磁圆锥型场源装置,采用汉克尔变换和余弦变换数值滤波法对该场源和中心回线源瞬变电磁正演响应进行了计算.将"烟圈"反演结果转换到频率域作为初始模型,采用最小二乘正则化方法对反演结果进行了改进.以电阻率100Ω·m的均匀半空间模型对两种反演方法进行了验证,并在此基础上对2层、3层和4层典型地电模型开展了正反演计算.最后,在某矿集区开展了短剖面实验,并采用2种反演方法对实测数据进行了处理.研究结果表明:用最小二乘正则化方法改进后的反演电阻率更接近于模型电阻率,反演深度更接近层界面,具有一定的分层效果;其视电阻率拟合曲线与模型的重构误差在10-4~10-3范围内.对均匀介质模型开展的反演表明,改进后的反演电阻率与模型电阻率的相对误差约为0.2%,而"烟圈"反演的相对误差超过0.8%.     

中心回线瞬变电磁法和直流电测深资料一维Occam联合反演

瞬变电磁方法对高阻层反应不灵敏,一维反演会带来一些虚假构造信息,为提高瞬变电磁反演的精度,将中心回线瞬变电磁的视电阻率数据和直流电测深视电阻率数据联合起来进行反演,应用Occam方法找到拟合观测数据的最平滑模型。结果表明联合反演能有效消除单一方法存在的一些缺陷,并具备一定的抗干扰能力,较好地还原了五层模型算例中的高阻目标层和低阻目标层,联合反演显著地改善了反演效果。     

海底钴结壳TEM的响应规律

大洋富钴结壳是潜在的海底金属资源,为了更快、更准确地对海底钴结壳进行勘探,本文研究了其TEM的响应规律.通过分析深海钴结壳的电性和物性特征,说明了瞬变电磁法满足海底探测的物化条件,进而建立探测深海钴结壳的地电模型,证明了本方法应用于海底钻结壳勘探的可行性;采用瞬变电磁全空间理论,计算了深海钴结壳瞬变电磁响应,这为瞬变电磁探测深海钴结壳的反演提供了依据.计算结果表明:海底瞬变电磁测深能很好地探测到海底钴结壳的存在,且异常峰值对应钴结壳的中心在海面的投影位置;深海与无海水情况下的瞬变电磁相比,响应曲线形态变化不大,响应幅值明显增加;地形对探测有一定的影响.     

随钻电磁波电阻率测井在水平井各向异性地层响应特征研究

在砂泥岩薄互层、缝洞型地层以及泥页岩储层等非常规油气藏中,地层普遍存在各项异性。在水平井测量环境下,仪器响应方式与直井不同,同时受到地层各向异性影响,电阻率测井响应更加复杂,增加了储层评价难度。使用数值正演方法模拟了水平井各向异性地层电磁波电阻率测井响应,分析了各向异性地层对电磁波电阻率测井响应的影响规律。研究结果表明:随着各向异性系数增大,方位相位差电阻率和方位幅度比电阻率均增大,而方位幅度电阻率随各向异性系数增大分离程度比方位相位差电阻率分离程度小。最后,对电磁波电阻率实测资料进行分析。可知,各向异性地层往往会导致水平井电阻率与直井电阻率存在显著差异,同时在泥岩层会出现曲线分离现象。     

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...     

斜阶跃场源关断时间对测量结果的影响及校正研究

论文推导了斜阶跃场源激励下,采样延时零时刻在发射电流关断起始点的高阻围岩中导电球体、不导电基底上水平薄板和均匀导电半空间的瞬变响应解析式,分析了发射电流关断时间对三种模型全程瞬变响应的影响。根据均匀半空间瞬变响应解析式,讨论了斜阶跃场源激励下的磁场、感应电压与全程视电阻率的对应关系,提出了一种全程视电阻率直接计算方法。此方法将发射电流关断时间作为系统参数参与视电阻率的计算,无需关断效应校正,可以方便地直接计算出中心回线装置下测量目标的全程视电阻率。理论模型及实例计算数据都证明了这种数值算法的可行性。由于斜阶跃场源技术的成熟,该算法具有一定的实用价值。     

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。     

任意形状水平电性源瞬变电磁全区视电阻率计算

传统电性源瞬变电磁法的资料解释多采用反函数迭代法计算长直导线源的全区视电阻率,该方法计算效率低,适用性有限。考虑到野外实际工作中水平接地导线源形状可能发生变化,给出了一种适应于复杂电性源发射的全区视电阻率定义方法。首先,利用电偶极子叠加原理得到了任意形状水平电性源瞬变电磁场的表达式; 接着,研究了均匀半空间下磁场强度及其时间导数的平移特性,通过理论公式推导给出了基于两种方式定义的全区视电阻率计算方法,该方法无需迭代,计算精度高、速度快; 最后,通过设计几种不同的地电模型,验证了用该方法求取全区视电阻率的可行性及有效性。结果表明:全区视电阻率能够很好地反映目标体的地电断面信息,对于低阻异常体的分辨能力要明显优于高阻异常体; 相比于磁场强度,用磁场强度时间导数定义的全区视电阻率有更大的异常幅值,且更接近地层的真实电阻率; 另外,全区视电阻率只与地层的电性结构特征有关,与装置的收发距无关。在对陕西省渭南市华州区华阳乡的实测数据处理中,将观测的二次感应电压转换成磁场强度时间导数,再运用平移算法求取全区视电阻率,取得了较好的应用效果。     

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。     

电性源瞬变电磁快速反演解释方法

电性源瞬变电磁法是俄罗斯等国家油气勘探的主要手段,国内相关解释和应用技术研究较少.在现有条件下,瞬变电磁法观测的是场源变化在接收线圈里产生的感应电动势,但是利用感应电动势计算全区电阻率往往出现双解或无解现象.实际计算中将实测的感应电动势转换成磁场,利用磁场计算全区视电阻率和电阻率反演.目前瞬变电磁反演主要采用“烟圈”反演方法,“烟圈”反演方法把感应涡流场在地表引起的磁场看作为地下各个涡流层的总效应,并认为近似等效于向下传播的一个个简单的电流环,地表瞬变电磁响应可以由某时刻地下的镜像电流环作为源来进行计算.文中给出电性源瞬变电磁测深一维“烟圈”反演解释方法的基本原理、计算方法和应用实例.     

瞬变电磁法小线圈装置过渡过程影响研究

接收线圈分布参数对早期瞬变电磁信号影响严重,导致信号的有效采样时间起始点后延,丢失浅层探测信息。本文比较了过渡过程影响下的视电阻率误差,并描绘视电阻率误差随接收装置半径变化曲线。结果表明,在相同有效接收面积的前提下,选择不同半径的接收装置对视电阻率计算会带来不同程度的影响,解决工程实际中接收线圈最佳半径设计问题。     

Calculation of all-time apparent resistivity of large loop transient electromagnetic method with very fast simulated annealing

In large loop transient electromagnetic method(TEM),the late time apparent resistivity formula cannot truly reflect the geoelectric model,thus it needs to define the all-time apparent resistivity with the position information of measuring point.Utilizing very fast simulated annealing(VFSA) to fit the theoretical electromagnetic force(EMF) and measured EMF could obtain the all-time apparent resistivity of the measuring points in rectangular transmitting loop.The selective cope of initial model of VFSA could ...     

磁性条件下频率域航空电磁法正演研究

直升机频率域电磁系统在磁性地区的视电阻率填图,长期存在争议。以往方法,通常忽略磁性层影响,并把模型中磁导率以真空磁导率代替。但是倘若勘探地层为高磁性区域（铁磁性矿床或基性火成岩）,其磁导率将会导致计算电阻率值升高。为了避免这一影响,必须先确定该地区的磁导率。针对这一问题,从均匀半空间模型出发,推导出电磁响应的理论数值解,采用汉克尔变换,得到不同磁导率,不同感应系数,不同飞行高度以及不同收发距条件下的电磁响应特征,同时分析了磁导率与电磁响应的关系以及飞行高度与电磁响应的关系,为解决磁性地区磁导率反演提供理论基础。