音频大地电磁测深法探测冻土区天然气水合物有效性实验

我国青藏高原永久冻土区具备良好的天然气水合物成矿条件和找矿前景,缺少有效的勘查技术已经成为影响我国陆域水合物资源调查与评价工作的重要瓶颈。在木里地区开展了音频大地电磁测深法探测天然气水合物方法有效性实验研究,结果表明:音频大地电磁测深法在探测冻土和水合物方面是有效的。研究区冻土发育,但厚度变化较大,冻土发育状况对水合物成藏有一定控制作用。天然气水合物矿体在电性上表现出三大特征,这些特征可以作为判断水合物成藏的识别标志。水合物成藏受坳陷南缘的逆冲断裂(F_1、F_2)控制明显,断裂带不仅是气体运移通道,也是水合物成藏空间。研究结果对推动我国陆域天然气水合物勘探技术进步和水合物资源调查与评价工作有积极意义。

基于探地雷达的实验室水合物物理模型制备与电磁特性研究

探地雷达是探测水合物的一项有效技术手段。通过模拟试验研究实验室水合物电磁特性与水合物饱和度等因素的关系,对陆域冻土区水合物勘探及储量估算具有重要的意义。通过实验室制样获得以均匀天然石英砂颗粒为骨架的含四氢呋喃水合物土样并对其介电常数进行研究,发现在1.5G高频雷达测试下,纯冰模型与四氢呋喃水合物具有明显的电磁特性差异;当四氢呋喃水合物模型饱和度大于35%时,水合物模型介电常数随水合物体积增大而增大,雷达波在模型中传播速度逐渐减小;四氢呋喃水合物在10℃室温及常压下可以保持近1 h的模型稳定性,当模型孔隙中水合物和液态四氢呋喃共存时,合成试样的四氢呋喃体积分数越大,孔隙中液态四氢呋喃越多,水合物模型的介电常数也随之增大。

大地电磁法远参考处理技术压制噪声干扰的应用效果分析

介绍了大地电磁法远参考处理技术的基本原理和野外数据采集技术,将远参考处理技术应用到东北地区强电磁干扰区,取得了较好的应用效果。应用效果表明,远参考处理技术对电磁干扰具有较好的压制效果,在野外数据采集时,遇到较强的电磁干扰,在远处增加布设一个远参考站,采用磁道远参考进行数据处理,通常能使数据的品质提升一个等级。

内蒙古扎鲁特盆地深部林西组发育特征——来自大地电磁探测的依据

为了进一步了解扎鲁特盆地晚古生界林西组的空间发育状况,评价林西组的油气资源前景,在扎鲁特盆地部署完成了多条大地电磁测深(MT)剖面和音频大地电磁测深(AMT)剖面。根据大地电磁测深结果分析了扎鲁特盆地林西组的残留厚度、埋藏深度及平面展布状况,表明扎鲁特盆地深部林西组十分发育。依据其残留厚度可进一步划分为"三坳两隆"5个次级分区,即:北部坳陷区、中部隆起区、中部坳陷区、南部隆起区和南部坳陷区。林西组在3个坳陷区的发育规模较大,中部坳陷区的面积最大,超过300km2。坳陷区内残留厚度普遍超过1000m,底界埋深平均超过1200m,并被早中生界地层所覆盖。结合其它资料综合分析认为,扎鲁特盆地林西组具有寻找页岩气等非常规油气资源的潜力。

分布式电磁法仪器系统设计及实现

本文介绍一种采用大功率稳流发射、低噪声测量、宽频带接收以及分布式同步等技术,自主研制的分布式多功能电磁法仪器系统.系统包括大功率电磁法发射机、分布式电磁法接收机、磁场传感器、整流源等设备.采用ARM芯片和FPGA芯片进行发射机的整机控制和信号整形发射,采用PC104工控机和FPGA芯片进行接收机的整机控制和信号处理.在人工场源模式下实现了可控源音频大地电磁法(CSAMT)、谱激电法(SIP)和时域激电法(TDIP)等测量功能;在天然场源模式下实现了大地电磁法(MT)、音频大地电磁法(AMT)的测量功能.发射机在满功率发射的情况下连续可靠运行时间大于12h,接收机的动态范围大于120dB,接收机可接收信号频率范围是0.001Hz^32kHz.通过典型矿区的野外实验和应用,表明本系统的性能总体上达到了国际先进水平.

大地电磁测深反演技术有效性对比试验

设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征。

电磁探测正反演软件设计与开发

从电磁探测软件的需求、设计和技术实现等方面,介绍软件的开发过程和功能。在软件设计与开发中应用软件工程技术流程,分别对时间域激电法(TDIP)、大地电磁法(MT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)和频谱激电法(SIP)四种电磁方法正反演模块的软件集成进行需求分析和系统设计,形成一套完整的开发文档。针对SIP二维正反演计算、CSAMT二维正演计算和MT三维正反演模块应用并行计算技术,达到提高软件计算效率的目的,同时在软件中集成可视化技术与人机交互建模技术,提升软件的实用性。

青海哈拉湖东南缘多年冻土厚度及其影响因素研究——基于音频大地电磁探测

南祁连哈拉湖盆地是重要的含油气盆地,多年冻土分布广泛,具有良好的天然气水合物找矿前景,而多年冻土的分布特征是天然气水合物成藏的重要控制因素。应用音频大地电磁测深(AMT)对南祁连哈拉湖东南缘的多年冻土的下限进行探测,并对影响多年冻土厚度的因素进行了分析。结果表明:应用AMT能较好地划分多年冻土的厚度;区内的多年冻土厚度基本分布在30~130 m之间,整体呈现"中部与西北部厚,其他区域较薄"的分布特征,其中,中南部、中部与西北部的多年冻土厚度在80 m以上,为天然气水合物提供了良好的盖层条件;区内多年冻土厚度的主要影响因素为地形、坡向(向阳面/背阴面)与地表径流,同时,断裂构造和地下水含量对冻土厚度也有一定的影响。高地、背阴面、非地表径流段、非断裂构造区域有利于形成较厚多年冻土层。

基于边缘计算的大地电磁法三维反演分布式计算实现

随着大地电磁法三维勘探及处理技术的逐步推广,导致数据计算量成倍增长,需要具备高性能计算能力的系统才能满足计算需要。提出基于边缘计算的理念,采用容器技术构建具备大规模计算资源池的分布式计算环境,实现了大地电磁法三维反演的分布式并行计算。基于松耦合的软件架构设计研发了大地电磁法三维反演分布式计算软件,实现了人机交互操作和反演结果可视化。

一种电磁法三维数值模拟的建模与网格剖分方法

为满足电磁法三维数值模拟解释对交互建模与可视化网格剖分的需求,利用计算机图形学、人机交互、拓扑关系学等技术,设计了起伏地形下三维矢量交互建模、四面体和六面体网格剖分流程,并开发了软件模块。该软件可提供起伏地形下电磁法三维数值模拟的四面体、六面体网格剖分的实用化工具,提高了电磁法三维在数据模拟与解释方面的可视化程度和计算效率。

一种适用于电磁法数值模拟的二维建模与网格剖分方法

为满足电磁法二维数值模拟解释对交互建模与可视化网格剖分的需求,利用计算机图形学、人机交互、拓扑关系学等技术,设计了基于测线、测点等信息的二维矢量建模、四边形和三角形网格剖分方法与流程,并开发形成了软件模块。该方法与软件可提供起伏地形下大地电磁、可控源音频大地电磁法二维数值模拟的三角形、四边形网格(下边界随地形变化或平地形)剖分实用化工具。将该方法应用到多种模型试验中,取得了良好的建模与网格剖分效果。

张量CSAMT方法及对比实验

可控源音频大地电磁法(CSAMT)目前主要以标量测量为主,标量CSAMT只能在地下产生单一方向的电流矢量,只能求取标量阻抗,因此只适合一维构造及构造走向与测线垂直的二维情况。对于复杂的三维地电结构,CSAMT可采用张量测量。本文使用V8多功能电法仪进行张量CSAMT试验,发射端采用两个相互垂直的发射源,接收端采用五分量接收,数据处理采用阻抗张量分解技术,与标量CSAMT和音频大地电磁测深(AMT)结果对比,表明张量CSAMT远区数据与同测点AMT数据曲线整体形态趋势一致,重合性很好,只是天然场信号较弱,高频段AMT曲线不及张量CSAMT曲线圆滑;标量CSAMT数据与AMT数据相差很大,已经不能正确反映地下结构特征。因此,张量CSAMT可以弥补标量CSAMT适用范围的局限性和AMT信号弱、干扰大的问题。

电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟

现有海洋可控源电磁三维数值模拟方法大多基于电导率各向同性介质理论,不能模拟海底地层电导率各向异性的实际情况.本文给出了电导率各向异性三维介质中电性源海洋可控源电磁二次电场的边值问题以及相应的变分问题,采用长方体单元对研究区域剖分,将场分量定义在剖分单元的边上,利用矢量有限单元法求解变分问题,实现了电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟.这个新的正演方法可以计算电导率任意各向异性三维地电模型的海洋可控源电磁响应,基于二次场矢量有限元法直接求解电磁场,避免了传统有限元方法可能遇到的伪解问题和难于处理电场法向分量不连续的问题,提高了数值模拟计算精度.一维电导率各向异性模型电磁场数值解与解析解吻合得相当好,无论在源附近还是远离源处相对误差均不超过1%.电导率各向异性二维模型的计算结果与已有文献采用的非结构有限元模拟结果十分吻合.三维地电模型数值模拟结果显示,电导率各向异性张量电导率主轴分量和欧拉角对不同装置海洋可控源电磁响应均有着明显的影响.

水合物沉积物介电特性测量实验

介电常数法是探测冻土区水合物的一项有效技术。通过物理模拟实验,研究冻土区砂岩水合物沉积物的介电特性与水合物饱和度、骨架粒度等因素的关系,对水合物的勘探和开发具有重要意义。在实验室以不同粒度石英砂为骨架制备甲烷水合物和四氢呋喃(THF)水合物沉积物样品,并使用探地雷达测量其介电常数。结果显示:不同石英砂粒度条件下,两种甲烷水合物沉积物的介电常数均随饱和度增大而减小;相同饱和度条件下,围岩粒度小的甲烷水合物沉积物介电常数高,推断是孔隙内未反应的水引起的;在相同石英砂粒度条件下,THF水合物沉积物与甲烷水合物沉积物的介电常数随饱和度变化趋势相同,均表现为介电常数随饱和度增大而减小;在相同饱和度和石英砂粒度条件下,甲烷水合物沉积物介电常数整体大于THF水合物沉积物,推断是甲烷水合物沉积物孔隙中气相因素及未反应的水等综合因素所致。

基于希尔伯特-黄变换的低频探地雷达弱信号处理技术及其在天然气水合物勘探中的应用

低频探地雷达采集时间窗口大,深部信号受到地层衰减和频散的影响十分明显,真实反射信号往往伴随大量噪声,因此低频探地雷达信号可以视为典型的非稳态信号。引入对于非稳态信号处理效果非常好的Hilbert-Huang变换方法,在其基础上研究低频探地雷达深部微弱回波信号精细处理方法,能有效地滤除信号中的突变部分和噪声,从而实现对深层微弱信号的检测和提取。利用该方法对冻土带天然气水合物进行勘探,可以提取低频探地雷达信号在冻土底界及其下的天然气水合物储层的有效反射信号,取得了良好的效果。

低频探地雷达探测冻土带天然气水合物正演模拟研究

通过对低频探地雷达在青藏高原冻土带环境下的探测深度、分辨率及反射特征分析的正演模拟来研究其在冻土带天然气水合物勘探中的可行性和关键参数。首先通过雷达测距方程计算确定了理论上探地雷达的最大探测深度与发射频率、地下介质电阻率、介电常数之间的关系,并根据电磁波反射理论计算满足冻土带天然气水合物探测深度所需的系统增益;随后通过低频探地雷达分辨率计算和仿真模拟来确定低频探地雷达在大尺度(200 m)范围的广义分辨率;最后参考已经发现天然气水合物的木里地区基本情况设计冻土及天然气水合物模型,利用时间域有限差分(FDTD)方法进行二维正演,获得了探地雷达信号在冻土带底界以及天然气水合物顶、底界的反射特征,为野外实测数据的处理及解释提供有用信息。研究结果表明,采用中心频率小于等于15 MHz且系统增益大于165 dB的低频探地雷达在地表电阻率较高的冻土区能够满足天然气水合物储层的探测深度要求;分辨率计算及仿真模拟表明低频探地雷达在满足一定条件下在200 m深度可以达到探测深度1%的广义分辨率;探地雷达信号在冻土底界、天然气水合物顶、底界均存在明显的强振幅和频率突变特征;理论计算结果认为应用低频探地雷达直接探测冻土带天然气水合物是可行的。

青藏高原冻土区AMT探测天然气水合物采集试验

音频大地电磁测深(AMT)在"死频带"(500~5 000 Hz)内,容易引起视电阻率与相位曲线畸变。为获得探测天然气水合物的高质量AMT数据,在青藏高原冻土区开展了AMT采集试验研究,涉及到5个采集参数,分别为采集时段、采集时长、天气、电极距与测点密度。通过参数对比试验发现:为获取高质量的AMT数据,采集时段应选择在下午至晚上区间,采集时长≥40 min,选用较小的电极距(50~100 m),选择多云或阴天进行采集,此外,采用密度较高的点距布设(点距100 m或更小)有利于构建准确的电性模型。

2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟

本文实现了2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟.利用傅里叶变换导出了电导率正交各向异性2.5维海洋可控源电磁法波数域电磁场耦合方程,采用伽里金加权余量法推导了相应的有限元方程;采用任意四边形单元对研究区域进行剖分,在单元中进行双二次插值,将有限元方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组并进行反傅里叶变换获得空间域电磁场值.这个方法可以模拟海底起伏地形条件下地下任意形状电导率正交各向异性的复杂模型.与一维模型的数值模拟结果对比表明,电磁场数值解与解析解吻合.二维模型的计算结果与二维自适应非结构有限元模拟结果也吻合.水平海底二维地电模型考察了不同各向异性系数对海洋可控源电磁响应的影响特征.海底起伏地形地电模型的数值结果表明,电导率各向异性对海洋可控源电磁响应影响明显,有可能淹没海底地形和高阻油气藏引起的异常.

同时考虑退磁和剩磁的有限体积法正演模拟

为分析同时考虑退磁和剩磁对磁测数据解释的影响,探讨了利用有限体积法求静磁场数值解的方法.从静磁场中的麦克斯韦方程出发,导出了有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件近似处理后求解方程组得到磁异常.通过与退磁改正计算结果对比,验证了方法的正确性,并分析得到忽略剩磁的相对误差与科尼斯布格比(Q)相关;利用有限体积法计算长方体模型在无地磁场情况下的磁异常和内部磁化强度,从数值模拟上说明剩磁也需要进行退磁改正,并表明退磁作用对剩磁的影响不仅与磁化率相关,而且与剩磁的方向和磁性体的形态相关;组合模型的计算结果对比表明,退磁作用对剩磁的影响还会因为临近强磁性体的作用发生改变.在青海灶火河西工区的应用说明,开展同时考虑退磁和剩磁的解释方法对准确识别强磁性岩体具有实用价值.

音频大地电磁测深在祁连山哈拉湖坳陷天然气水合物调查中的应用

祁连山哈拉湖坳陷与已发现天然气水合物的祁连山木里地区有相似的成藏条件,是高原冻土区水合物勘查的重点区域。为了调查祁连山哈拉湖坳陷的天然气水合物资源前景,查明冻土层厚度及断裂分布特征,利用音频大地电磁测深在哈拉湖地区进行了测量,从电性结构特征测区内划分了3个凹陷区、2个凸起区和26条断裂,分析了哈拉湖地区冻土层发育特征。结合测区内构造条件、冻土条件及顶空气甲烷异常区,指出哈拉湖南部和北部靠近断裂附近对天然气水合物成藏较有利。