大地电磁场源效应特征分析及其校正研究

大地电磁法一直以来基本都遵循场源为平面电磁波的假设,这种假设普遍适用于中高频的大地电磁研究,但在具有显著非平面波场特性的区域或开展长周期大地电磁研究时,则对场源平面波的理论基础带来了挑战,若不满足理论假设,将会导致深部探测的可靠性降低,勘探目标定位风险增高.本文通过选择线状、片状及非规则场源模型来模拟极光电集流、赤道环电流和横向波动的波数场源,开展了大地电磁场源效应的模拟研究,对比分析了非平面波模式和平面波模式的响应差别.模拟表明大地电磁场源效应强度与模型平均电阻率正相关,与频率和测点与源水平距离负相关,且与场源的高度、宽度和横向波长等参数均有关系,非平面波模式和平面波模式正演响应在一些情况下具有超过10%的差异.基于场源效应特征,归纳并提出了五种场源效应校正方法,一是计算极限模型来截断场源效应影响频段的频域截断法,二是对多个同步观测的邻近测点进行平均的测点平均法,三是延长测点观测时间的时间域延长法,四是剔除较强垂直磁场分量所对应场源效应较强段数据的时间域剔除法,五是直接考虑场源的反演,五种方法均能一定程度上降低大地电磁场源效应的影响.对于受场源效应影响的大地电磁数据,若直接采用平面波方式进行反演则可能在深部产生较大畸变,若在获知场源相关参数的基础上,可开展考虑场源的大地电磁反演来消除场源效应影响.

CSAMT场源效应试验研究

在可控源音频大地电磁法(CSAMT)野外勘查中,往往会存在场源效应的影响,而且场源效应也是长期以来困扰CSAMT野外施工和数据处理解释的难题。因此,识别场源效应,分析场源效应的影响特征,对CSAMT的实际应用效果非常重要。这里采用野外试验的方法,对场源效应进行了试验对比,初步总结了CSAMT场源效应对其视电阻率和阻抗相位的影响特征。

CSAMT场源效应的三维模拟与试验

场源效应严重影响了可控源音频大地电磁法(CSAMT)的应用效果,为了分析场源效应的影响,利用三维积分方程数值模拟计算方法,模拟场源下方存在三维异常体模型,然后做了相关的野外试验。模拟和野外试验证明场源下方基岩深浅不同,受影响的是低频段,高频段几乎不受影响;低阻体产生的场源复印效应更强,也就是说观测数据受低阻体影响更大。

大地电磁感应的场源效应

本文对大地电磁感应的场源效应进行了较详细的研究.用线电流为场源,均匀大地和三层结构为构造模型进行了计算,其结果与均匀场源的感应作了对比.场源效应受场源高度、信号周期、电阻率、测点距离等的影响.为了能更深入的了解和控制这影响,本文提出了“阻抗平均法”,该方法对消减场源效应有一定作用,使平面波的解释继续有效.

用正演方法模拟张量CSAMT法的场源效应

研究可控源音频大地电磁(CSAMT)法的场源效应对电阻率异常的影响,有助于提高识别CSAMT电阻率异常特征的能力,帮助我们去伪存真、准确地进行资料的地质推断。利用张量CSAMT二维正演方法,对三种地电模型的场源效应进行了研究,并给出了场源效应的电阻率异常等值线断面图。在实际CSAMT法工作中,由于场源位置不同造成观测结果中有可能存在场源效应的影响,在对CSAMT资料作地质解释时,应考虑场源效应的影响。

人工源电磁法中场源效应校正方法

提出一种基于积分方程法的场源效应校正方法,以电偶源的水平电场分量Ex为研究对象,通过数值模拟验证该校正方法的有效性,并将其应用于实际资料处理中。结果表明,对于各向同性介质,基于积分方程法,采用等效异常体对场源效应进行校正的方法是可行和有效的。处理实际数据时,该校正方法将位于不同地质构造上的场源归一化,在保留各测点数据差异性的同时消除场源导致的差异,校正结果整体符合预期。

电性源地空电磁法场源效应模拟分析

针对地空电磁受到场源效应影响时会与探测目标体产生的电磁响应叠加在一起,影响地质工作者对目标体的识别,为此从频率域磁场垂直分量(Hz)出发,模拟分析了地空电磁电性线源产生的磁场响应对均匀半空间内不同位置分布的高、低阻异常体产生的影响。研究表明:在均匀半空间内,当y<0时,Hz实部为负值,Hz虚部为正值,当y>0时正好相反。距离场源近的异常体引起的Hz幅值较大,关于y=0 m对称分布的异常体,引起的Hz响应也关于y=0 m对称。同一位置的高、低阻异常体引起的Hz实部曲线形态相反,高阻体的Hz虚部幅值大于半空间的,而低阻体的Hz虚部幅值小于半空间的。

青藏高原大地水准面异常的解释与场源效应初探

在正常地球椭球或球体的情况下,其内外异常质量引起的大地水准面(异常)的表达式已推导出来,从而可以决定该面是在正常地球之内,抑或其外,由此推得高原处的大地水准面应在其外(正值),而青藏高原的大地水准面却在?30m左右.为什么会有这样大的负异常?该大地水准面有什么特征?它们由哪些场源组成的?主要和其他的异常源的贡献有多大?本文根据地震波速及地形、重力等资料对此作了较深入探讨和解释,分析表明五个方面场源的总效应与EGM-96的结果相近.

CSAMT勘探中场区、记录规则、阴影及场源复印效应的解析研究

由矢量位导出均匀大地表面上水平接地谐变电偶极子地下电磁场的闭合表达式,将地层波和地面波显式地区分开来,据此定义了与远区场和近区场对应的地面波区和地层波区.对长期困扰CSAMT勘探工作者的记录点问题、阴影和场源复印效应问题给出了物理解释.由地层波与地面波之比给出了定量划分场区的方法,每一场分量最佳记录规则下的条件和判断是产生阴影和场源复印效应的前提.山西沁水盆地CSAMT勘探覆盖点的推断结果表明,阴影和场源复印效应是由地层波所携带的源与观测点之间、源下方真实地质情况的信息决定,是可以利用的.

三维CSAMT中的阴影和场源附加效应

阴影和场源附加效应将导致对地质构造的错误推断,在实际工作中将导致一定的经济损失。这里通过利用有限单元法数值模拟了阴影和场源附加效应,对比分析均匀半空间中异常体在场源与测线之间不同位置的数值模拟结果,得出了阴影效应影响规律。同时,通过扩大测区范围得出阴影效应的影响区域比异常体本身大得多,并且阴影区域穿过异常体的中心,从中心向两边阴影效应逐渐减弱。通过改变收发距的大小,异常体的埋深以及其形态大小,分析了阴影和场源附加效应的影响程度。

CSAMT法供电场源的选取与探讨——以广西武宣县盘龙铅锌矿区为例

在可控源音频大地电磁法(CSAMT)工作中,采集到的数据往往会受到场源效应的影响,因此对于供电场源的选取是CSAMT野外工作的重点和难点之一。简要阐述了造成场源效应的原因及相关理论,通过在广西武宣县盘龙铅锌矿区实践生产中开展的对比试验,分析探讨了不同供电场源对电磁场、视电阻率及阻抗相位的影响特征,并进行了数据处理及相关的改正计算。为该研究区以及其他地质条件复杂、人文干扰严重的地区,开展CSAMT工作时对于供电场源的选取提供了参考。

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。

基于二次场的可控源电磁法三维有限元-无限元数值模拟

本文提出了一种新的混合有限元-无限元三维可控源电磁法(CSEM)问题快速高精度正演模拟算法.首先从电场双旋度方程出发,推导了水平电偶极子源的二次场边值问题,采用无限元代替截断边界条件和有限元离散内部计算区域的新策略,达到减小计算区域的目的,基于并行直接求解技术,实现多源CSEM问题的快速精确求解.其次,通过层状解析模型测试,一方面验证了新算法的正确性,另一方面通过与其他三种已知CSEM问题求解策略进行对比,表明了本文提出的基于二次场有限元-无限元算法具有离散区域小、求解速度快和计算精度高等优点.最后,通过3D模型计算,清晰直观地模拟了场源阴影效应,为野外数据的处理与解释提供指导.

可控源音频大地电磁测深在深部地热资源勘查中的应用效果

可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)的电磁场表达式是基于水平电偶极子源在均匀半空间的假设条件下推导而来的,它要求地电结构是水平均匀介质或水平均匀层状介质。实际工作中,电性结构往往不是简单的一维结构,在复杂地质条件下,其应用会受到多种地质因素的约束。通过具有代表性的深部地热资源勘查实例,来说明这些具体的地质影响因素,对应用CSAMT法开展深部地热资源勘探取得良好的地质效果,具有一定的借鉴作用。

二维非测速条件下声发射震源定位方法数值验证

基于离散元方法构建平板模型,研究应力波信号传播规律。在平板模型上布设震源点激发应力波作为主动震源,布设监测点记录应力波传播信息,采用3种典型监测点布设方式(等腰直角三角形、一般直角三角形和等边三角形)在非连续介质中进行二维非测速条件下定位试验研究,探讨应力波在三维FJM模型中的传播规律。研究结果表明:1)互相关技术能够准确计算应力波信号到达相邻监测点的时延,互相关系数可用于评估应力波衰减规律;2)数值模拟计算所得震源定位结果集中在实际震源周边,且定位误差较小;3)采用正弦波激发方式所得3种布设方式计算震源位置较优点的比例分别为100.0%,100.0%和87.5%,采用雷克子波激发方式所得3种布设方式计算震源位置较优点的比例分别为100.0%,95.8%和95.8%;4)在震源处施加集中力,各监测点P波位移场在施加力方向(z方向)上最大,在垂直于施加力方向(x和y方向)上无位移;平板上各监测点实际振幅与位移场远场项理论解相符。

低频动载应力波传播规律及颗粒流模拟方法研究

基于颗粒流理论,分别建立大尺度一维、二维颗粒流数值模型,研究低频动载应力波的传播规律。在一维颗粒链模型中,分别从震源激发方式、黏结模型、数值弥散、边界条件的角度系统地研究P波在数值模型中的传播规律,为模拟动载应力波在二维颗粒流模型中的传播提供了参考数据。大尺度一维颗粒链模型(6 400 m)研究结果表明:(1)雷克子波不存在高频角点,比正弦波更适合模拟波场震源;(2)当颗粒链模型采用接触黏结时,P波振幅随距离的增大而衰减,但波速基本不变,与理论值的相对误差为0.12%;(3)当颗粒链模型采用平行黏结时,P波波形产生强烈扭曲;(4)数值弥散分析表明,雷克子波峰值频率的增大和震中距的增大均会使弥散程度增大,但峰值频率的增大主要使波的振幅降低,震中距的增大使振幅和波速均降低。当频率f≤60.23 Hz,角频率?与波数k近似成线性关系,弥散现象可忽略;(5)边界条件分析表明,对于刚性边界,反射波与入射波的振幅大小相等,符号相反,边界处质点的位移等于0;对于自由边界,反射波与入射波的振幅完全相等,符号相同,边界处质点的振幅为入射波的2倍;对于吸收边界,反射波振幅比入射波相比大约减少了96.8%,能有效降低反射波的影响。根据以上结论,在大尺度二维六角形排列颗粒流模型(3 000 m?3 000 m)中,采用接触黏结模型,并施加吸收边界条件,分别探讨了P波和S波波阵面特征及波形与波速的变化,并定性地分析了远场条件下的场源效应。结果表明:(1)当在震源处施加集中力时,模型中出现由点震源激发的P波和S波。考虑到颗粒间的切向刚度为零,S波的存在说明颗粒几何排布对应力波在颗粒模型中的传播规律影响很大;(2)当震源频率一定时,震中距越大,P波和S波的振幅及波速均因弥散作用而降低,且S波弥散程度更大;(3)场源效应分析表明,在震源处施加集中力时,P波位移场在力的方向上幅值最大,在垂直于力的方向上无位移;S波位移场在垂直于力的方向上幅值最大,在力的方向上无位移。上述研究得到了应力波在大尺度一维、二维颗粒流模型中传播的规律,与理论分析结果较为吻合,对进一步模拟研究岩石的动态力学行为及其细观机制具有重要的参考价值。