基于复杂介质的非金属管线电法探测技术与应用

对于大埋深非金属管线而言,其上覆盖层具有介质复杂、厚度大的特点,在对这类管线进行探测时,数据的解译和分析是一大难题。针对大埋深非金属管线探测的技术难题,首先开展基于复杂介质的杂填土、块石和非金属管线建模技术研究,采用数值模拟和现场试验研究了多种复杂介质条件下的非金属管线电性响应特征,并将研究成果成功应用到岳阳市白石岭路大埋深玻璃钢材质供水管道的探测中。结果表明:基于复杂介质的非金属管线模型更加符合实际,模拟的结果对于实际的工程应用具有很好的借鉴作用,高密度电法对于非金属管线探测响应特征明显,应用效果良好。

二维复杂介质的块状建模及射线追踪

射线追踪方法不但是研究地震波传播问题的有效手段之一，而且在地震层析成像和叠前深度偏移等方面都起着重要的作用，射线追踪的计算精度和速度将直接影响层析成像和叠前深度偏移的效果。本文改变了传统的层状地层的建模方式，提出了一种射线追踪中块状结构的建模方法。新的建模方式使射线追踪方法能应用于十分复杂的地质对象。在用块状结构建模方法的编程中，Ｃ＋＋语言起了重要的作用。文中给出了在十分复杂的地质结构中应用块状结构方法建模并用迭代追踪法进行射线追踪的计算实例。

复杂介质结构中折射界面的哈格多恩原理波前成像

在城市活断层探测中 ,浅层结构常常表现为强烈的非均匀性 ,界面横向强烈起伏 ,层内速度变化较大 ,传统的基于平界面均匀层模型的折射资料处理方法不能适用。研究开发能应用于复杂介质结构中折射资料处理的方法就显得十分必要。文中基于惠更斯原理 ,用波前扩张法对波场作正演计算 ,根据哈格多恩折射波前成像原理 ,在lecomte算法和Hole有限差分计算程序的基础上 ,开发出 1种复杂介质结构中折射资料的处理方法与软件 ,并用此方法处理了福州城市活断层折射探测试验中在义序完成的 2条折射剖面资料。结果表明 :探测区浅层为 3层结构 ,分别为盖层、强风化层和基岩。基岩顶界面的埋深约为 5 8～ 5 2m ,盖层P波速度变化较大。

双复杂介质条件下频率空间域有限差分法保幅偏移

油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域.双复杂条件下的叠前深度偏移是解决复杂地表条件和复杂地质构造成像的有效手段.基于"逐步累加"的"直接下延"法是解决复杂地表成像的有效手段,能够较好地消除地形起伏的影响.波动方程频率空间域有限差分(xwfd)叠前深度偏移对介质速度横向变化有较强的适应性,适宜于复杂构造的偏移成像,同其他常规波动方程深度偏移一样,常规的xwfd偏移方法,主要也是针对相位进行波场延拓,没有对振幅做任何处理.我们基于保幅单程波方程,推导出了基于xwfd的保幅波场延拓算子,针对xwfd求解时引入误差的影响,我们在xwfd保幅波场延拓过程中加入了误差补偿,实现了带误差补偿的xwfd保幅偏移.基于带误差补偿的xwfd保幅算子,应用适合起伏地表的直接下延法,对双复杂介质模型和实际资料进行了试算,改善了双复杂介质的成像效果.其中,误差补偿可以在若干个外推步长上进行,所以相对于保幅傅里叶有限差分(ffd)法偏移来说,该方法在改善成像质量的同时,也具有较高的运算效率.

复杂介质地震定位中震源轨迹的计算

在地震定位中常常需要求解震源轨迹,但由于复杂介质中的震源轨迹较为复杂,难以给出其解析解,因此震源轨迹的计算通常仅限于简单介质模型.本文基于最小走时树射线追踪技术,提出了一种计算复杂介质中震源轨迹的方法.为回避发震时间问题。以观测到时差作为震源轨迹的约束条件.首先从模型节点中选出少量理论到时差与观测到时差之绝对差,即双重时差较小的点作为震源轨迹的代表点,然后以其中双重时差最小的点为初始点.在双重时差场中利用最小走时树射线追踪方法计算出初始点到其他震源轨迹代表点的射线路径作为震源轨迹.当选的震源轨迹代表点较多时.得到的震源轨迹较为粗略,此时可去掉射线经过次数较少的代表点的射线路径使震源轨迹更为精细.为减少计算量.对最小走时树射线追踪方法的终止条件做了修正.以一个复杂介质模型中的地震为例,计算了包括速度扰动、到时扰动等不同情况下的震源轨迹.结果表明所提出的震源轨迹计算方法切实可行.

起伏地表复杂介质波动方程有限元数值模拟方法

波动方程数值模拟是深入研究地震波传播规律的有效方法.有限差分法因其方法简单、精度高而得到了广泛的应用.但其缺点是不能准确模拟具有复杂几何形态的物性界面.因而当遇到起伏地表或复杂构造时,求解精度低.为了准确模拟起伏地形、复杂构造和复杂介质条件下的地震波场,本文采用有限元法模拟二维声波方程.用三角形单元模拟地形和速度界面;把单元内的场和波速均看作单元上的线性函数,以适应复杂介质压制边角散射;采用吸收边界条件去除来自截断边界上的反射;采用集中质量矩阵和集中阻尼矩阵使得显式时间递推无需对矩阵求逆,提高了计算效率.对模型的计算表明该方法正确有效.

复杂介质条件下CSAMT最小发收距的选择

提出利用CSAMT与MT的响应相对误差来区分CSAMT近区、过渡区与远区场数据的方法,考虑发收距r、测量角度φ、测深频率f、覆盖层厚度h1和各层电阻率等因素。通过3种数值模型,讨论复杂介质条件下最小发收距rmin的选择方案。结果表明:均匀半空间模型中,rmin的值可精确给定;两层介质时,rmin的选择需根据勘探深度分情况讨论;多层介质时,可等效成两层介质进行估计。

复杂介质有限元法2.5维可控源音频大地电磁法数值模拟

利用有限元 2 .5维可控源音频大地电磁法 (简称CSAMT)数值模拟方法 ,对 10 0Ωm均匀半空间介质中有限长度的电偶极源产生的电场、磁场及视电阻率、相位特征进行了数值模拟 ,研究了场的空间变化规律 .在一个象限中 ,场的特征存在双叶现象 ,当收发距大于 4个趋肤深度时 ,电阻率较接近介质真实的电阻率 ,这些结果为观测系统和收发距的选择提供了依据 .波数域场的特征表明 ,低波数对源的贡献占较大的比例 .有限元法 2 .5维CSAMT数值模拟的优势在于能较准确地获得复杂介质结构的波场特征 .本文结合直立异常体、倾斜异常体及断陷模型对CSAMT电阻率、相位剖面特征及频率曲线特征的可靠性进行了研究 .数值模拟结果直观地给出了异常体的剖面异常形态 .通过对比研究异常体的剖面异常形态和半空间场的特征进一步说明本文方法和软件在模拟复杂介质结构场特征时是可靠的 .这为认识观测数据 。

低渗透复杂介质中的渗流描述方法研究

杂乱的天然裂缝和因增产措施而诱发的人工压裂缝加剧了低渗透储层介质的复杂性。实验研究和现场实践表明 ,渗流的非线性和流态的多变性是低渗透复杂介质中的主要渗流特征 ,也是当今渗流力学界普遍关注的难题。本文根据实验并结合微分原理 ,提出了低渗透复杂介质系统内非线性渗流的微分线性描述方法 ,比较详细地介绍了该方法的原理、步骤和使用过程中应当注意的问题。该方法不但可以描述流体渗流的非线性 ,而且还能描述流体流态的多变性。

复杂介质地震波场研究进展

从传统的层状介质研究发展到对非均匀各向异性介质乃至随机介质研究,是解决当今高难度油气勘探和高标准油气开发问题的需要。面对这种发展趋势,近年来国内外有关学者进行了大量的复杂介质地震波场研究。本文对其在裂缝介质、双相介质及随机介质等方面的研究所取得的成果作一综述,以期为今后在该领域的研究积累较为系统的基础资料。

一种复杂介质中渗流描述的广义方法

实验研究和现场实践表明 ,流体渗流的非线性和流态的多变性是复杂介质储层中的主要特征。根据实验渗流曲线的非线性特征 ,并结合微分原理 ,提出了一种广义的渗流描述法。文中详细地介绍了该方法的原理和一般步骤 ,以及使用过程中应当注意的问题。该方法不但可以描述流体渗流的非线性 ,而且还能方便地确定出流体在任一流速或者任一压力梯度下的渗流方程 ,从而可以有效地描述渗流过程中流体流态的多变性。

复杂介质的折射波射线追踪

本文由二维层状介质模型出发论述了折射波逐段迭代射线追踪的原理 ,由于连接炮点和接收点之间的初始射线路径满足费马原理 ,因此其上任意连续三点之间的射线路径也满足费马原理。据此即可分别推导出透射中间点和折射点的一阶修正公式 ,进行折射线逐段迭代计算求出整条射线路径。将此原理推广到二维块状介质模型 ,用于解决复杂介质中的折射波射线追踪 ,推导出任意界面上折射点的一阶显式增量修正公式 ,避免了高次多元方程的求解 ,具有计算速度快 ,能够适用任意界面的特点。文中还指出了在块状介质模型中用逐段迭代法进行射线追踪较在层状介质中难度大的原因在于射线路径点的增、删。实例试算表明 ,文中所述方法是一种有效的折射波射线追踪方法。

复杂介质中扩散和耗散行为的分数阶导数唯象建模

复杂介质一般是多相混合物.与普通固体、液体和气体相比,其力学行为具有明显的记忆、路径依赖性特征,难以用一般的经典力学模型来描述,因而显得反常.从数学力学建模上看,整数阶导数的局部极限定义不适合描述这样的非局部力学行为.分数阶导数实质上是微分-积分算子,能精确地刻画力学行为的全局相关特征.而且分数阶模型具有明确的统计物理解释.20世纪末至今,复杂介质反常力学行为的分数阶导数模型由于具有参数少,且参数的物理意义明确等突出优点,开始引起广泛关注.该文从唯象建模的角度,综述了分数阶导数和分形导数在复杂介质的反常扩散和频率依赖能量耗散建模中的应用与发展.

复杂介质地震初至波数值模拟

发展了一种地震初至波(firstbreak)数值模拟的旅行时插值波前追踪方法.将复杂变速介质剖分成匀速的矩形或多边形单元,在单元边界上设置一些对波前旅行时采样的节点.首先从震源开始计算波前到达所有节点的旅行时,然后从接收点开始反向确定震源与接收点之间的射线路径.其中,到达任意一点的波前旅行时和射线是通过对该点所在单元其它两两相邻的已算节点旅行时的插值和Fermat原理求极小而获得的.该算法对介质的复杂程度、单元形状和震源与接收点的位置没有限制,能模拟直达波、临界折射波和绕射波以及盲区射线等,具有较强的适应性和较高的精度.用该方法对一些典型近地表模型的初至波进行了数值计算,清晰地显示出这些模型的波前形态和射线路径.

复杂介质中瑞雷面波最大模频散特征分析及实验研究

目前,对瑞雷面波的正反演理论、基阶频散特征的应用研究等都是基于水平层状介质。但实际地层大多为横向不均匀的复杂介质,如城市地铁隧道、地下停车场等城市地下空间。近几年多道面波分析(MASW)技术在国内外已经有了许多应用实例,但该技术在复杂介质中的应用效果并不理想,同时还缺少大量的理论和实验研究。本文通过对比水平层状介质和复杂介质中瑞雷面波能量分布的特征变化,在此基础上,将最大模频散(凡友华提出)的概念和提取方法应用到复杂介质的模拟数据和实际数据中。实验研究表明:复杂介质的两种数据的最大模频散曲线特征具有可对比性。复杂介质的最大模频散曲线包含了各阶模信息,最大模频散是多阶瑞雷波综合叠加的结果,能更精确地反映实际地层结构。本次实验成果在实际的复杂介质探测中具有一定的现实和指导意义。

双复杂介质条件下的反Q滤波偏移延拓算子研究

地下介质的非弹性吸收衰减效应造成地震资料中深层信号频带窄、能量弱、成像困难,因此需要对地层的非弹性吸收衰减进行补偿。在已有的补偿方法基础上,基于单程波方程,采用与品质因子和频率相关的复速度代替介质真实速度,将粘滞传播算子在频率—空间域采用连分式展开,得到相移项和补偿项,针对连分式的误差,在频率—波数域进行补偿校正,并用逐步累加法解决起伏地表问题。该方法提高了成像精度,有效补偿了由于地层非弹性吸收造成的振幅和频率损失。模型试算和实际资料处理表明,该方法具有一定的适应性和实用性。

复杂介质体系阻尼矩阵的合理形成方法

本文以物理分析为基础,通过三个步骤给出了建立复杂介质体系(或复杂结构)阻尼矩阵的一个合理方法.这三个步骤是:1.给予单自由度系统的阻尼以一与常见者不同的等价表达形式;2.将此适用的阻尼表达形式推广到 Voigt 体单元阻尼矩阵的形成过程中;3.阐明在实际问题中对阻尼比概念所可赋予的新含义.

复杂介质的层析建模及模型反演

针对地震反射走时层析成像方法在复杂介质速度建模时面临数据拾取困难的问题,本文从理论上对其形成的原因进行了分析,认为是模型描述中反射层的引入导致了数据拾取的困难。本文采用了新的模型描述方法和反演目标函数,利用地震波的传播方向和传播时间作为反演的数据,并利用拾取的地震波传播方向约束射线路径,保证射线路径的惟一性,从而在模型上无需定义地震反射层位。为检验该方法的有效性,利用Mar-mousi模型进行了试验计算,计算结果表明该方法在一定程度上可有效解决复杂介质的速度建模问题。

基于MP-AES的复杂介质中金属元素分析

为探讨微波消解—微波等离子体原子发射光谱仪(Microwave plasma-atomic emission spectrometry,MPAES)测定复杂介质中(土壤、沉积物、尾砂等)Cu、Pb、Zn、Cd等金属元素的实用性。对比研究了MP-AES、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、石墨炉-原子吸收分光光度计(GF-AAS)3种仪器测量复杂介质中金属元素的精密度、线性范围、检出限等性能参数,同时采用国家标准物质验证其可靠性与准确度。结果表明:MP-AES检测土壤、沉积物、尾砂等介质中4种金属的标准曲线线性相关系数均大于0.999 7,土壤、沉积物和尾砂中4种金属的加标回收率为80%~109%,检出限为5.8%~18.9μg/L,而且国家标准物质的测定值均在标准值允许范围内,表明MP-AES能够满足对土壤、沉积物、尾砂样品中Cu,Pb,Zn,Cd等金属含量分析要求。该方法具有成本低、动态线性范围宽及可实现多种元素同时分析等优点,可广泛应用于土壤、尾砂及沉积物等复杂样品中金属含量的分析测试。

复杂介质频率域地面可控源电磁法2.5维快速成像

基于微分方程法的复杂介质地面可控源电磁数据的正反演算法研究比较成熟,但其涉及复杂计算过程及昂贵的计算代价。采用体积分方程法,结合Anderson解析算法、稳定型双共轭梯度-快速傅里叶变换算法降低计算量及存储量要求;采用对比源反演算法,利用伴随算子及快速傅里叶变换算法提高多频率数据的反演迭代效率,开展复杂介质可控源电磁频率域数据的2. 5维快速正反演算法研究。3个不同复杂度模型算例表明,积分方程法2. 5维算法在复杂地形及大尺度地下目标体的模拟中具有独特优势;对比源反演过程避免了病态雅可比矩阵及其逆矩阵计算,无需正演算子,反演迭代稳定收敛。