The application of the high-frequency electromagnetic sounding method in the exploration of underground thermal water

High-frequency electromagnetic sounding is an electromagnetic exploration method using the natural high-frequency electromagnetic field as a field source. It has higher resolution and greater depth penetration than the direct current method and is especially fit for geothermal energy exploration and low- and mid-level groundwater detection. We introduce a successful application of high-frequency electromagnetic sounding for evaluating geothermal water resources. The high frequency electromagnetic system （MT-USA with a frequency range from 10 KHz to 1 Hz） is first applied to sample field data from China. A remote reference station is used to assure sampled data quality. We then perform 2D inversion image processing with the electrical method data. The results basically indicate the spatial distribution of underground geothermal water and provide favorable clues to finding the sources of the subsurface geothermal water in this area.

3D Modeling and Born approximation inversion for the borehole surface electromagnetic method

We present a 3D approach to numerical modeling of the borehole-surface electromagnetic （BSEM） method. The 3D electromagnetic response created by a vertical line current source in a layered medium is modeled using the 3D integral equation method. The modeling results are consistent with analytical solutions. 3D Born approximation inversion of BSEM data is also conducted for reservoir delineation. The inversion method is verified by a synthetic reservoir model.

基于覆盖准则的多轮测试用例优先排序方法

针对测试用例优先排序中存在的覆盖准则选择困难、确定最优准则序列难等问题,提出了一种基于扩展有限状态机模型的最优覆盖准则序列排序方法(CWTCP)。该方法首先运用鲸鱼优化算法挑选出最优覆盖准则序列,为后续的排序提供了有力支持;其次将覆盖准则序列依次应用在多轮排序中,以应对可能出现的平局问题。为了验证CWTCP方法的有效性,在5个扩展有限状态机模型上进行了实验,采用平均故障检测百分比(APFD)作为度量标准。实验结果表明,CWTCP的平均APFD值为0.918,比随机算法的相应值高了19.8%。

时频电磁法在深层页岩气有利区预测中的应用

时频电磁法基于时—频域、电—磁场一体化探测理念,实现了多信息联合,弥补了传统电磁方法抗干扰能力不足的缺点,集成了可控源电磁法的优点:探测深度大,精度高,抗干扰能力强。在四川泸州地区开展时频电磁勘探,结合岩石物理和测井数据,对宝藏—云锦向斜的志留系五峰组—奥陶系龙马溪组页岩层系进行页岩气有利区预测。对本区外露头信息和电阻率测井数据进行统计,结果表明页岩含气性与电阻率具有相关性,高电阻率页岩段普遍表现出较高的含气性,本区具有开展电法勘探的物性基础。研究区不同地层之间存在明显的电性差异,纵向可划分为高、低相间的6套电性层,其中页岩气主力产层五峰—龙马溪组与上、下围岩电阻率差异明显。从时频电磁勘探原理出发,利用一维有限元和有限差分方法进行数值模拟,研究方法的可行性,并根据正演结果设计最佳采集参数。在围绕目的层进行针对性数据采集的基础上,采用自主研发的重、磁、电处理解释系统GeoGME进行数据处理解释,通过弱异常信息提取和井震双控约束反演等关键技术,探明了龙一1亚段各小层的电阻率和极化率分布特征。综合考虑目标页岩层段电阻率异常和极化率异常,预测出页岩气勘探有利区4个,为下一步该区域页岩气钻井部署提供了技术支撑,表明时频电磁法是进行深层页岩气有利区预测的有效勘探手段。

海洋辅助源宽频大地电磁方法

受空气波影响,目前常用的海洋可控源电磁探测方法在浅水区几乎是探测盲区;由于海水的吸收衰减作用,大地电磁测深信号的高频成分在水域几乎衰减殆尽。因此,这两种方法在探测深度方面均存在不足之处。针对这一问题,提出海洋辅助源宽频大地电磁方法,将可控源音频大地电磁法应用于海洋资源勘探,开展混场源电磁数据采集,即在水面布设激发场源,在海底远区布设采集站接收电磁信号,可获得海洋可控源音频大地电磁信号。对这两组数据进行拼接处理,可实现海域宽频大地电磁探测。建立空气—海水—海底三层地电模型,计算水面激发—海底接收方式下的电磁场分量,分析了不同储层模型的宽频大地电磁视电阻率曲线特征,探讨了海洋可控源音频大地电磁分量的适应性及可行性。本项研究为海洋资源勘探与深部地球科学研究提供了有效的电磁探测方法。

接触式激发极化法油气储层压裂监测有限元模拟

可通过天然或人工露头接入电流的勘探目标体是地球物理勘探领域重要的研究对象,其在矿产、油气、水文工程及环境地球物理领域较常见。如何高效、高精度地模拟接入电流目标体响应的空间分布,是一项极具挑战的任务。为此,基于油气储层压裂监测问题,提出接触式激发极化法三维有限元数值模拟技术。接触式激发极化法采用接触式供电、地面测量的观测系统,直接供电可有效提高观测信号的强度和精度。采用交错网格四面体剖分,计算离散网格单位场源电流分布,实现了接触式场源的三维有限单元法电磁场数值模拟。定义了比值法计算接触式激发极化法视电阻率计算公式。设计不同方法场源、物理模拟土槽试验及沁水盆地煤层气压裂监测模型,对数值模拟结果与传统激发极化法观测数据进行对比分析,验证了接触式激发极化法应用于油气层压裂监测领域的可行性及有效性。

针对渗漏型目标的新型接触式激电法及应用

如何高效、高精度地探测目标区重金属污染、油气渗漏等渗漏型激发极化场源目标的空间分布,是一项极具挑战性的任务。为此,以重金属污染为例,开展接触式激发极化法渗漏型目标探测的应用研究。提出接触式供电、地面观测和接触式供电、直接观测两种观测系统,解决复杂施工环境条件的限制问题,同时提高了观测信号的强度和观测精度。在详细讨论接触式重金属污染探测的微观极化效应机理的基础上,构建了边缘渗漏带引起高极化率值的异常模式。引入发射光谱法测定污染样品化学元素含量及四极装置测定样品极化率,分析形成渗漏型目标激发极化场源接触式激发极化效应的物性基础及其探测应用前提。设计渗漏型激发极化场源初始状态、扩散状态两个物理模拟土槽试验,对比、分析观测结果与传统激发极化法观测数据,验证了接触式激发极化效应的存在及其在环境、资源探测领域的可行性。该方法可推广应用到储油库油气泄漏、原生油气藏渗漏以及其他重金属渗漏污染目标的探测。

基于物性分析建模的时频电磁反演及储层评价——以准北缘石北构造带为例

时频电磁法(TFEM)在油气勘探中发挥着重要作用,数据反演中模型精度对反演精度影响很大,充分利用已知资料精确建模可有效降低反演的非唯一性、提高反演精度。基于准北探区实际资料,对研究区电测井数据进行高斯分布统计分析,获得各地层的电阻率均值、离差等特征数据,据此提出对研究区上、下构造层及不同地层进行分层电性建模的方法;通过火成岩储层岩石频散测试分析,获得探区不同油气饱和度火成岩的频散特性,同时依据该地区时频电磁油气检测结果与钻井含油气信息建立油气电磁属性识别模板。示例展示了通过分层建模和反演获得的电阻率和极化率剖面,以及剖面的分析、解释结果,指出了含油气有利目标。文中的建模方法和油气目标解释思路可为类似地区的油气储层评价提供有价值参考。

基于照明度的广域电磁观测系统优化分析

从电磁正演模拟结果出发,引入了地震勘探中“照明度”的概念,提出了电磁勘探的照明度定义及特征函数等。对照明度的地表平面特征、随深度变化特征和随频率与大地电阻率的变化特征进行了模拟分析,总结了其规律。通过分析,对广域电磁法的观测系统提出了优化建议,对野外测量的偏移角度和范围提供了借鉴。

时频电磁(TFEM)技术:数据采集参数设计

时频电磁法(TFEM)是一种应用于油气勘探领域、探测深度较大的可控源电磁方法。本文以Q地区探测目标地层为模型,基于探区噪声分析,对地质目标进行三维模拟,分析目标体电磁异常特征及规律,并对TFEM采集参数的设计进行了研究与分析。提出了等腰梯形区域测网布设、测点信号平衡的接收系统设计方法,以及基于目标异常对比分析的发射系统优化设计,同时提出针对目标的激发周期和叠加次数设置的激发参数设计方法,为TFEM勘探采集设计提供科学的借鉴和参考。

基于参考台的盲源分离法在抑制地磁场近场噪音中的应用研究

随着城市建设的不断发展,地磁场观测受到的人文干扰越来越严重.汽车、地铁、高铁等产生的近场噪音造成了地磁脉动等空间场源信号难以被精确观测,严重影响了地磁观测资料的实际使用价值.因此抑制这些近场噪音、提取空间场源信号具有科学意义和应用价值.本研究将远场参考法和盲源信号分离法相结合,提出了一种能有效分离空间场源信号和近场噪音的方法.首先,基于仿真分析,我们准确分离了不同特征的源信号,阐明了此方法的有效性.然后,我们将该方法应用于日本千叶地区受电车干扰较为严重的实际磁场观测数据,并选用数据质量较高的KAK国际基准台作为远场参考,实现了地磁脉动和电车干扰信号的分离,并在此基础上对观测台站的近场噪音进行了抑制.这些结果表明基于参考台的盲源信号分离法在抑制近场噪音、提取地磁场信号中是有效的,可能在电磁法勘探中具有潜在的应用价值.

面向目标自适应海洋可控源电磁三维矢量有限元正演

本文实现了一种面向目标自适应海洋可控源电磁三维矢量有限元方法.为满足三维复杂电性结构模拟的需求,网格剖分采用非结构化六面体.在组装刚度矩阵之后,形成的大型复数线性方程组分解为等价的实数形式,利用带预条件的广义最小残差法进行求解.在获得微分方程的解之后,为提高解的准确性,通过面向目标的自适应误差估计来指示网格细化,重点加密能使观测点数值模拟精度提高的网格.对于大规模三维数据,为了使模型空间的并行计算达到均衡负载的效果,我们使用METIS函数库来进行网格计算任务量的划分.最后,通过对比一维解析解与三维自适应矢量有限元计算结果,验证了程序的正确性;通过自适应过程中误差指示子的分布,验证了面向目标自适应的有效性;通过对三维复杂模型进行均衡负载下的并行计算,测试了程序的可扩展性.

横向约束瞬变电磁拟三维反演

一维反演是当前瞬变电磁数据反演的主要方法之一,但一维反演存在剖面连续性差的问题,因而将横向约束引入三维测网瞬变电磁数据的一维反演。考虑到一般情况下实际测点分布并不严格规则,构建了距离加权相邻点横向约束的拟三维反演方法,利用高斯—牛顿法求解,并采用反射系数递推的方法快速求取雅可比矩阵。该方法能对非规则测网数据加入横向约束,提高模型相邻测点的连续性。模型正演数据和实际数据的测试结果验证了该方法的有效性和实用性。

基于矢量位和标量位的广域电磁法三维有限元数值模拟

广域电磁法(WFEM)提出了一种适用于全域公式计算的视电阻率,从根本上突破了"远区"理论的束缚,有效扩展了人工源电磁法的观测范围和探测深度,提高了野外数据的观测精度和效率。考虑到地下介质是三维的,从基于库仑规范的矢量位和标量位角度出发研究了广域电磁法三维有限元数值模拟方法。该方法克服了直接根据麦克斯韦方程组求取电磁场分布时出现的"伪解现象"和模型边界不连续的问题,避免了较为复杂的棱边有限元正演模拟。其中背景场使用准解析法求解,二次场使用有限元法求解,克服了局部激发场源的奇异性问题。在模型算例中,利用均匀介质解析解验证了方法的正确性和较高的计算精度;在此基础上,设计棱柱体模型,利用提出的正演算法对比分析了广域电磁法与可控源音频大地电磁法(CSAMT)对典型三维目标体的探测能力,结果表明在相同的条件下,广域电磁法能够更准确地反映地下目标体信息,且具有更高的分辨能力。

海洋可控源电磁法三维模拟电性模型研究

海洋可控源电磁法(MCSEM)是实现海洋油气圈闭评价和精确勘探的有效手段。目前,关于准确、高效、稳定的MCSEM数据三维正演模拟研究已取得长足进步。文中针对MCSEM正演的三维精确建模,从海洋地层岩石分类特征出发,细化三维网格电性表征,建立基于孔隙度和岩石物性特征的网格单元函数,给出了海洋可控源电磁回路中包括铜棒电极的网格单元和海水层、海底沉积层、油气储层及其盖层等五种类型介质的电阻率表征,同时通过对上述五类介质的频散测试数据进行复电阻率等效模型拟合,进一步获得其复电阻率最优表征。考虑储层岩石孔隙度及海水分层特征、充分利用已知信息的建模方法能够提高三维模拟精度,为直接反演储层含油饱和度提供了一种思路,这必将推动MCSEM在油气勘探领域更广泛的应用。

时频电磁(TFEM)技术:数据联合约束反演

在油气勘探中,时频电磁(TFEM)数据反演可以利用更多的已知资料。充分利用已知资料有效减小反演非唯一性具有重要意义。建立联合反演目标函数,采用人工鱼群算法实现TFEM勘探水平电场和垂直磁场的联合约束反演;设计层厚度、电阻率和极化率等参数三类模型空间,以实现对不同层位参数的灵活约束,给出了模型参数空间设置的方法和规则,能够充分利用或多或少的已知资料对反演参数进行约束;同时提出了三类模型的分步反演方案,其中一些措施有效地减小了反演结果的非唯一性、提高了反演精度。模型测试和实际剖面反演表明,人工鱼群算法和分步约束的反演方案能够很好地克服反演的非唯一性并确保勘探精度和效果,有较强的实用性。

谷子SiPRR73基因的光温调控模式及非生物胁迫响应特性

利用RT-PCR技术从延谷11号谷子中克隆SiPRR73基因,通过系统分析SiPRR73组织表达特异性,对不同光周期处理、不同光温组合处理以及5种非生物胁迫处理的响应特点,揭示光周期、温度对SiPRR73的调控模式及SiPRR73对非生物胁迫的应答模式。结果表明,从延谷11号克隆得到SiPRR73基因2928 bp的cDNA序列,包含2283 bp的CDS区,编码760个氨基酸;SiPRR73蛋白与C4家族作物糜子、哈氏黍、高粱、玉米PRR73蛋白具有较近的进化关系。SiPRR73在顶端第2片叶中表达水平最高,在根、茎、穗部表达水平较低。短日照、长日照条件下该基因均表现光照期表达水平高于黑暗期的特点,且整个营养生长期短日照条件下表达水平明显低于长日照,SiPRR73受光诱导表达和光周期调控。温度决定SiPRR73表达峰的数目,光周期决定SiPRR73表达峰出现的时间,光周期和温度共同参与了SiPRR73的表达调控。PEG和低温胁迫总体上诱导SiPRR73表达,NaCl在胁迫早期诱导该基因表达,后期总体表现为抑制状态,Fe胁迫则早期抑制该基因表达,后期总体诱导其表达,SiPRR73对ABA胁迫的响应特点接近NaCl。以上研究表明,谷子SiPRR73表达具有光依赖性,光周期和温度以互作模式调控SiPRR73表达,推测SiPRR73参与了谷子对不同光温环境的适应性调节过程,并且在应对干旱、低温、ABA、NaCl、Fe胁迫过程中发挥了一定作用。

时频电磁(TFEM)勘探技术:数据采集系统

大功率电磁仪器系统是深部矿产资源勘探的基础,发展大功率、高精度电磁仪器具有重要意义。基于深层油气勘探需求开发的时频电磁(TFEM)勘探仪器系统,可同时实现时间域和频率域电磁一体化勘探。模拟研究证明,该系统的技术指标能够满足时间域与频率域、电法与磁法的一体化勘探要求,亦可实现近区和远区的数据采集。这套由东方地球物理公司(BGP)自主研制的时频电磁法仪器系统包括大功率恒流电磁发射机、分布式/节点式多类型电磁信号接收机等。接收机的动态范围大于120dB,可接收信号的频率范围是0.001~500Hz,数据采集实验证明其技术指标达到了国际同类仪器水平,可为中国深部资源勘探提供有力支撑。

时频电磁(TFEM)技术:数据处理

时频电磁(TFEM)技术应用于油气勘探已二十余年,发挥了重要作用,系统研究数据处理对于该方法的发展具有重要意义。文中厘清了TFEM数据处理流程,分析了数据处理的特点和优势;给出了电磁属性的概念,改进了主要电磁属性参数提取方法,明确了TFEM法油水识别因子;进一步论述了储层目标多解性的约束处理解释方法。展示了实际探区的含油含水实例,实际剖面显示出油气因子与地震异常的叠加能够更好地指示有利含油目标,具有重要的实用价值,为TFEM数据处理方法的发展指明了方向。

电磁—地震联合研究深层火山岩储层——以辽东凹陷火山岩勘探为例

深层火山岩地层地震反射杂乱,使火山岩油藏的探测异常困难。针对火山岩储层制定了针对性的技术路线,采用电磁-地震联合模拟退火约束反演、利用钻井标定和地震构建浅层模型,提高深层的反演分辨率;通过岩性分析,揭示工区火山岩电性变化规律,提出以电性变化节律编码技术解释储层,有效识别出沙三段多期次火山岩及相带分布,精细刻画粗面岩的分布特征,为探测类似的复杂目标提供了可行的研究思路。