地中电偶极源极低频电磁场的分布与传播特征

利用层状大地中偶极源响应的正演算法,计算地中电偶极源激发的极低频地震电磁场并分析其在地球环境下的传播特征.设计了多个水平层状地球模型,分别模拟和展示了深埋地中的电偶极源的响应和空间分布特征.重点分析了含地壳波导+LAI波导模型的高阻大地中,倾斜电偶极源激励响应随观测点的偏移距和垂直位置、激励源深度、地壳波导结构和参数变化时各场量响应的幅频特征.研究表明,用倾斜电偶极源模拟和分析高阻大地中孕震电磁辐射的响应及在大地电磁系统中的传播特性是可行的;模拟的高阻大地中的电磁辐射在地壳波导和LAI波导中均表现有慢衰减或幅值增强特性,但两个波导效应具有不同的频率选择性;高阻大地中的电磁辐射在波导的高阻介质中具有幅值强、衰减慢的特点.建议在高阻地层出露的地表、井中或海底的高阻岩层中以及大气层中布设测站.

水平层状大地中任意方向偶极源激发的电磁场

目前已存在多种物理模型用于解释地震前兆电磁异常,不同机制下产生电磁波场的源可等效为不同类型偶极源(磁型/电型)的组合.针对不同偶极源激发的电磁响应特征的研究对地震孕育过程中观测的电磁信号的提取与解释具有重要意义.基于此,本文推导了一套正演算法,可用于研究任意方向(方位角和倾角)、大小和位置的一个或多个偶极源在地壳或岩石圈-大气圈-电离层(Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere,LAI)模型中产生的电磁波场的传播特征.基于多源组合,该算法可进一步拓展到线电流源和面电流源的电磁响应的计算.本文给出了水平、垂直和倾斜电偶极源响应计算的实例,并针对不同类型的偶极源激发下的地中、地面以及空间电磁场响应特征进行了初步分析.模拟结果显示,相比于单纯水平或垂直的电偶极源,地中倾斜电偶极源激发的电磁响应在地表的各场量辐射花样虽然仍可反映偶极子的方位角和空间位置,但不再具有对称性,其模式更复杂.本文提出的正演算法可用于地中低频电磁辐射源的正演模拟和反演定位.

非零长线源与偶极源的电磁响应比较分析

电磁测深方法中经常采用长线源进行激励,并用偶极源进行近似解释.要将长线源近似成偶极源必须满足一定的几何条件.本文通过对长线源与偶极源的电磁响应进行推导计算,并分类进行比较分析,得知在长线源几何尺寸相对于长线源到观测点的距离可以比拟时,长线源激励的电磁响应在早、中期与偶极源有较大的偏差,在晚期逐步趋于一致.因此,建议在采用非零长线源进行电磁测深的数据处理中,先进行电磁响应数据的相关修正处理.

球形地质体在阶跃磁偶极源激励下的瞬变电磁响应

解析地研究了地下瞬变电磁测深中的一个具体物理模型：被探测的目标为一球形地质体，发射装置为一通有阶跃电流的磁偶极子．得出了解析解表示式，同时给出了几种特殊情形下的解式．

常阻抗地平面上方垂直电偶极源电磁场的精确和有效解

地平面上方偶极源的电磁场可以分解成直达波场、镜像波场和Somm erfeld型积分三部分之和。应用圆柱波函数的球面波展开式和超几何函数理论,常阻抗地平面上方垂直电偶极源电磁场中的Somm erfeld型积分被表达成圆柱波函数(表面波模)与快速、绝对收敛的球面波函数集展开式之和;其级数展开式的系数是以表面阻抗为宗量的勒让德函数。该展开式数学物理意义明显,并且便于计算,它是此类Somm erfeld半空间问题的精确、有效解答。

地表上方电偶极源响应特征研究

采用麦克斯韦方程的解析解对位于地表上方一定高度处的电偶极源响应进行研究。设计了五种不同参数的地球模型,分别模拟均匀的湿混凝土、干混凝土、湿泥土、干泥土和水媒质,用于分析不同媒质条件下天线与地面间电磁场的响应特征。通过对不同介质模型条件下天线不同离地高度时的电磁响应的计算和分析,得到了一些重要的认识,对探地雷达天线系统的设计具有指导意义。

位移电流在偶极源电磁测深中的影响研究

采用基于电型源和磁型源的矢量势导出了在电偶极源激励下的层状地球中的频率域电磁响应的表达式;并通过G-S逆拉氏变换在时间域中对其结果进行了验证。研究了K、H型三层地电模型,得出忽略位移电流时使得垂直磁场Hz振幅、相位观察值增大,而在高频时忽略位移电流对水平电场Ex振幅和相位几乎没有任何影响。在K型的地电模型的Hz计算中,高阻层越厚,忽略位移电流就对计算结果产生影响的起始频率越小。而在H型模型中,忽略位移电流的影响出现的起始频率与低阻层的厚度变化没有关系。

水平电偶极源层状模型垂直磁场全区视电阻率计算方法

利用水平电偶极源层状模型电磁场公式系统计算了不同收发距、不同层状地电模型的电磁场分量,给出了由循环互相关法辨识出频率响应,并计算全区视电阻率的方法。利用水平电场Ex分量和垂直磁场Hz分量计算了全区视电阻率,与层状模型大地电磁测深卡尼亚视电阻率和可控源音频大地电磁测深卡尼亚视电阻率进行比较,水平电场Ex分量和垂直磁场Hz分量全区视电阻率均能很好地反映出地电特征,且垂直磁场Hz分量全区视电阻率与层状模型大地电磁测深卡尼亚电阻率在低频段有相似的频率响应特征。对于大埋深基底,Hz分量全区视电阻率在小收发距条件下就能有较好的响应。垂直磁场分量进入近区的频率低于水平电场进入近区的频率,更有利于在小收发距条件下进行大深度勘探。

层状介质磁偶极源视电阻率一维正演研究

根据层状介质表面上电磁场分量表达式,通过电场水平分量视电阻率定义的方式,利用快速汉克尔变换研究了垂直磁偶极源频率电磁测深的一维正演,绘制了一维层状介质不同电性断面的电场水平分量视电阻率与频率间的关系曲线。分析各条曲线得出:由于非平面波效应,电场水平分量视电阻率在低频端严重偏离真电阻率,在高频端逐渐趋近表层真电阻率。

三维自由空间中指向性信息未知偶极声源的等效源识别方法

偶极声源的指向性是影响声源识别结果的关键因素。目前,偶极声源的识别方法通常是基于声源的指向性信息先验假设,然而在实际偶极声源识别中,很难事先获得声源的指向性信息;此外,声源分布在二维平面上的假设通常不适用于实际的气动系统。为了准确识别指向性信息未知的偶极声源,并获得声源的三维成像结果,提出了一种基于加权迭代L1最小化算法的等效源方法。该方法将声源指向矢量作为未知参数,从测量声压与等效源源强的传递函数中分离出来,并通过加权迭代L1最小化算法将声源指向矢量与等效源源强一起求解出来,进而利用这些求解获得的声源信息进一步预测声场。与以往的偶极声源识别方法不同,该方法可以实现指向性信息未知偶极声源的三维成像。指向性信息未知偶极声源的三组仿真案例和自制类偶极声源的实验研究验证了该方法的有效性和鲁棒性。

非零长线源的电磁响应的偶极剖分计算方法

时间域电磁测深方法广泛被应用于中深部地质勘探工作中.有关偶极源的电磁响应的正演计算是热点问题.本文从偶极源的电磁响应的理论计算出发,采用对分偶极的方式,将长线源的电磁响应的计算转化为偶极源电磁响应的累加,并根据电磁场的叠加性原理将折线源和环形源的电磁响应的计算转化为多段长线源的电磁响应的累加.这种计算方法对野外施工中的各种不规则的激励源的电磁场的计算非常有效.

泄漏模式及其对偶极源井孔声场中纵波头波的影响

在分析井孔特征函数黎曼面结构的基础上,给出了分析泄漏模式对声场贡献的方法,研究了泄漏模式对声场的贡献随井孔内外参数的变化.数值算例表明泄漏模式对纵波头波的影响大小与(-1,-1)和(0,-1)黎曼叶上的复极点在频率-波数域的分布有关.快速地层中泄漏模式对声场的贡献几乎可以忽略,但是在泊松比较大的慢速地层中存在虚部较小且靠近纵波支点的复极点,因此对某些声源频率泄漏模式的贡献较大;泄漏模式对头波的贡献随源距的增加逐渐衰减,大致与源距的平方成反比.

慢速地层偶极声波远探测井眼成像发射频率优选

为了提高慢速地层偶极声波远探测丛式井邻井井眼成像的图像质量,优选了偶极声源的最佳发射频率。根据慢速地层中偶极辐射声场理论,计算偶极纵波辐射波能流和辐射指向性,分析它们随频率的变化规律,结合试验井测试和现场应用情况,确定适合浅层慢速地层邻井成像的偶极声源最佳激发频率为2.4 kHz。研究结果表明,在测井资料质量良好的情况下,采用该激发频率处理得到的邻井远探测成像图清晰可靠,对图中反射体进行识别,能够确定邻井相对测量井的距离和方位,利用此结果可以指导浅层丛式井邻井防碰。研究结果为开发过程中丛式井邻井防碰提供了新的技术手段。

偶极子声源在套管井中的应用研究

套管井第I界面胶结差时单极子声波测井通常测量不到地层波信息。在套管井边界条件下,推导出了不同胶结状况下的偶极子声源激发的井内声场,计算了它在井孔中的二维谱和时域波形。计算结果表明在稍高的激发频率下,在第I界面胶结不好时在接收波列中可清晰地观测到纵波和弯曲波振相,分别以地层纵波和横波的速度传播,这表明横向偏振的声源比纵向振动的声源有更好的穿透性;在较低的激发频率下,波形中占主导地位的是地层弯曲波和套管弯曲波;在第I、II界面均胶结良好时主要是地层弯曲波。

偶极声源激发的波频散特性

李鹤升 ,李宁 .偶极声源激发的波频散特性 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 2 ,37(5 ) :4 4 1～ 4 4 5 ,4 5 4 偶极声源在地层井内激发的波是频散波 ,已经有许多文章讨论了它的频散特性 ,并涉及了频散校正问题 ,但主要讨论它的最低模式 (即截止频率最低的那一条曲线 ) ,而对于其他模式则没有进行比较详细的讨论。本文根据地层横波速度与泥浆速度相比高、接近、低的三种情况把地层分为硬性地层、中性地层和软性地层 ;给出了单极和偶极两种声源在这三类地层中激发的频散波的频散曲线。结果表明 ,这两种声源激发的频散波具有很强的可对比性 ,它们的最低模式在单极声源激发时是斯通利波 ,在偶极声源激发时是弯曲波 ;两种声源的其他模式处于截止频率时 ,在硬性地层中的速度趋于横波速度 ,在软性地层中速度趋于纵波速度 。

井中偶极声源激励下的反射横波实验研究

针对偶极横波远探测测量模式开展相关的实验研究,模拟研究了井中偶极声源激励下来自井旁地层界面的反射横波,分别测量了不同声源位置、不同声源振动方向和不同地层界面特性下的地层和井孔全波。实验结果表明:井中偶极声源除了激发出沿井传播的直达弯曲波之外,还会向地层中辐射SH和SV两种类型的横波。随着偶极声源振动方向与地层界面走向的夹角从0°增至90°,反射横波幅度逐渐减小,验证了偶极声源对于井旁反射体具有明显的方位指向特性,可以用来反演井旁反射体的走向。在固–液或固–气地层界面特性下,SH波在界面处会发生全反射,而SV波则会在界面处发生模式转换,SH反射横波更有利于进行远探测反射波成像,尤其对于井旁裂缝研究具有独特的优势。

大功率长偶极与环状电流源电磁波响应特征对比

为了在深部第二成矿带找矿,需要进一步提高电磁法可控源的强度,因此,一种新的大功率固定发射源的电磁法正在孕育之中.该方法采用长偶极源或者环状电流源,为了提高发射源的强度,偶极长度L或者环状源半径R需要非常大.然而,电磁场信号的强度不仅仅依赖于发射源,当L或者R为数十公里时,接收点的位置远离发射源,电离层对电磁场的影响不可以忽略.电离层的影响既可能是增强信号,也可能是削弱信号,这依赖于不同类型源产生的电磁波.本文利用三维积分方程法对包含电离层、空气层、固体地球层(简称地-电离层模型)的线状和环状大功率电流源电磁波响应进行了三维数值模拟,对两种源的电磁波的响应特征进行了对比研究.研究表明虽然磁性源的发射效率高于电性源,但是由于发射源在波导区产生的直达波经电离层的反射波要产生相长相消干涉,波导区的场特征既和发射源的特征有关,也和电离层有关.对比研究发现对于x方向的水平长偶极源电离层对电磁场Ex和Hy的影响是使场的幅值增强,即波导场的Ex和Hy的衰减是减缓的.而对于水平环状电流源,电离层对水平方向的电磁场的影响是使场的幅值减弱,即波导场的Ex和Hy的衰减是增大的.为此,认为采用大功率固定源在波导场工作时应该采用线状电流源.

井孔偶极子源声场的复极点分布

近年来，偶极子声波测井得到了越来越广泛的应用。前人关于偶极声波测井的研究工作有很多，对目前利用偶极子声波测井起到了的指导作用。但他们对于偶极声源在井孔中激发产生的复极点及其组成的泄漏模式对声场的贡献等问题研究的很少。这对于进一步深入分析偶极声源在井中发生的各种波动现象和解决一些尚未清楚的问题等是不可或缺的。

基于偶极等效声源的特高压变压器有源降噪方法研究

有源降噪技术主要基于声波干涉相消原理,因此初级声源和次级声源的声场传播特性及其声波相干作用导致的声场分布变化规律的研究对有源降噪的系统设计及次级声源的布局至关重要。在实验室进行变压器有源降噪实验时,通常采用扬声器来模拟变压器噪声,因此扬声器等效模型的选择很关键。等效为点声源模型简单方便,但误差较大。该文选取偶极声源模型作为扬声器的等效模型,并以实测特高压变压器噪声特性为基础,分别对扬声器等效为点声源模型和偶极声源模型的声场干涉特性进行仿真和实验验证。实验结果表明,偶极声源模型比点声源模型更符合扬声器实际的声辐射特性。

偶极声源在裸眼井及套管井外的横波辐射特征

偶极横波远探测技术作为近年来发展起来的一门地球物理测井技术,一个重要应用前景就是在裸眼井和套管井测井时寻找井外地层中的油气构造.本文从井中偶极声场积分表达式的远场渐近解出发,对裸眼井及套管井中偶极声源的辐射场进行了对比分析,首次得到了偶极声源在不同声源频率和不同地层类型下的辐射特征.并深入研究了套管井中偶极声源的SH横波远场辐射特性,给出了不同耦合情况下的SH横波远场辐射特性的变化规律,对比了套前套后SH横波远场辐射的异同.结果表明:井中偶极声源的远场辐射特性受声源频率和地层类型影响较大;在套管井中,偶极声源辐射到地层中的横波能量也可以进行远探测,尽管与裸眼井情况相比,辐射能量会有所降低.本文的结果为偶极横波远探测技术的应用提供了理论支持.