海洋电磁探测发射机可控源电路小信号建模

海洋电磁探测发射机通过向海底发射大功率变频的电磁波,来获取海底结构和矿产资源的分布规律,目前发射机存在效率低、发热严重等问题,为此采用软开关可控源电路来降低电路损耗.为了提高输出电磁波的瞬态性能,需建立可控源电路的数学模型,进行闭环控制.针对软开关可控源电路工作时状态多、直接建模困难问题,在硬开关可控源电路建模的基础上,通过分析输出滤波电感电流、变压器漏感、输入电压对软开关可控源电路占空比变化的影响,建立了软开关电路的小信号模型,最后通过仿真和实验验证了模型的正确性和有效性.

海洋实时电磁探测采集系统设计

海洋电磁探测是水下目标非声探测的研究热点。针对水下目标电磁探测的实时计算和高速传输需求,提出一种基于SoC FPGA的海洋实时电磁探测采集系统(ROEM/SoC FPGA)。系统主控采用内嵌ARM Cortex⁃A9处理器的SoC FPGA,包括HPS端和FPGA端。HPS端搭建基于嵌入式Linux操作系统的系统软件,实现多通道电磁数据的时频分析和实时传输,时频分析采用短时傅里叶变换方法,实时传输采用基于MQTT和TCP/IP的网络传输;FPGA端搭建数字逻辑实现多通道电磁数据同步采集;FPGA端与HPS端通过AXI总线互联。与传统的“低功耗MCU+FPGA”电磁探测采集系统相比,具有较强的数据实时计算和传输能力,测试结果表明,设计的ROEM/SoC FPGA系统能够有效完成多通道电磁数据的时频分析和网络传输,对采样率为125 Hz的10 min单通道电磁场数据的时频分析计算耗时约为2634 ms,网络传输速率可达14.5 MB/s,可以满足水下目标电磁探测的应用需求。

海洋油气勘探中可控源电磁探测法(CSEM)的发展与启示

基于含油储层与其周围饱含水地层之间的巨大电阻率差异,为海洋CSEM方法直接探测油气储层,并取得良好效果提供了条件,此法采用船载可移动水平电偶极子源和置于海底的陈列电磁接收器接收来自海底地层的电磁信号,通过对接收到的电磁场信号进行处理、解释,得到地下地层的电阻率分布,借助电阻率与储层含油气饱和度的密切关系,直接探测地层的含油气性。本文通过对近年在国际学术会议及相关学术期刊关于可控源海洋电磁法文献的追踪分析,介绍了可控源海洋电磁探测方法(CSEM)的基本原理、发展历史、采集与处理解释技术,并对研究现状、应用中存在的挑战与问题进行了分析,指出了海洋CSEM未来的发展与研究方向,以供国内油气勘探业界及相关研究人员参考。

MVO曲线方法在海洋可控源电磁数值模拟中的应用研究

采用有限差分方法,对水平电偶极子源在海洋二维介质情况下电磁响应进行数值模拟。利用油气高阻异常体模型的数值模拟结果,研究MVO(Magnitude Versus Offset)曲线解释方法的有效性,进而分析高阻油气异常体的水平位置的变化,对电场和磁场幅值的MVO曲线产生的影响,得出了通过MVO曲线定性分析高阻油气异常体相对水平位置的方法。本研究可为海洋可控源电磁法数据的定性分析提供部份理论依据。

二维海底地层可控源海洋电磁响应的数值模拟

利用等参有限元方法对不同类型的偶极子源在二维海底地层上方产生的电磁场响应进行了数值模拟。通过对构造走向进行Fourier变换,将全三维电磁问题转化为一系列二维电磁问题,并在波数域求解,极大地减小了计算量;导出了适用于二维海底地层中任意方向的电偶极子或磁偶极子响应的波数域电磁场方程,并在x-z平面内采用等参有限元方法求解,利用Fourier逆变换得到空间域海洋电磁响应;采用具有一定面积的伪δ函数表达源电流分布,提高了数值解的精度;利用层状含高阻油气储层和低阻水层模型的数值模拟结果,分析了不同方向的电偶极子源和磁偶极子源的敏感性。模拟结果表明,水平电偶极子激发测得的两个电场分量和一个水平磁场分量,均对海底高阻层响应灵敏,适合于油气储层直接探测;水平磁偶极子激发的两个磁场分量和一个水平电场分量,尽管响应幅度较低,但在高阻储层能产生一定的异常,可以为水平电偶极子激发油气探测提供补充信息。

2.5维海洋非线性共轭梯度反演应用效果研究

为了研究频率域2.5维非线性共轭梯度反演在海洋天然气水合物探测中的实际应用效果,利用美国Scripps研究所在South Hydrate海域采集的可控源电磁探测数据进行2.5维非线性共轭梯度反演计算,结合其他地球物理方法在同一海区的研究结果,综合分析2.5维反演计算的准确性和有效性。结果表明,非线性共轭梯度反演能够清晰地反映出该区域海底面以下1~2 km地层的电导率结构分布,其局部反演结果与地震反射、地震层序、测井分析结果基本一致,且对小尺寸异常、浅层高阻体分辨力较强,尤其在海洋天然气水合物探测方面具有较大潜力。

海洋电磁接收机中新型声学释放装置的可行性分析

海洋电磁探测方法被广泛应用于地学基础研究和海底资源调查中.用来采集海底电磁场信号的海洋电磁接收机,其正常释放和回收是获取采集数据的基本保障,而回收过程离不开声学释放装置.目前的声学释放装置驱动方式大多为旋转电机驱动,动密封是个技术瓶颈,另外大都依赖进口,成本高且笨重.通过理论的计算、仿真和实验,本文提出了一种基于无密封水下电磁铁的新型声学释放装置,以期应用于海洋电磁接收机当中.在装置中,选用直流框架形螺管式电磁铁作为机械部分的驱动部件;使用高容量续流电容增大电磁铁线圈中的瞬间驱动电流及输出驱动力;采用连杆机构使机械释放装置在电磁铁驱动力下能够释放1 t以上载荷;采用无密封的方式将电磁铁及机械释放部件直接置于海水当中,无需处理动密封问题,减小了承压密封舱的体积,使装置简单灵巧.经理论分析和盐水槽实验验证,所提方案在盐水中可实施.相对于传统的水下声学释放装置,新型水下声学释放装置具有重量和体积小、成本低、控制简单、无密封等优势,值得深入研究,也将为海洋仪器设备的回收提供另外一种选择.

有限宽洋流产生的感应磁场数值分析

为了定量计算有限宽洋流产生的感应磁场,建立分层洋流物理模型,提出了有限宽洋流产生的感应磁场的计算方法.依托于分层洋流物理模型,计算矢势,得出有限宽洋流产生感应磁场的数值解.当洋流宽度趋于无穷大时,数值结果与无限宽洋流模型的解析结果一致,验证了方法的正确性.基于得到的数值表达式,分析海水宽度以及速度对感应磁场的影响规律.结果表明:对于常速洋流,宽度越大感应磁场在洋流中央的分布越稳定,在边缘处会减小,其次感应磁场在深度方向呈现线性分布的特点;对于水平速度衰减的洋流,洋流宽度以及速度的衰减程度对感应磁场的分布都有明显的影响,在合理的参数范围内,速度的衰减程度对感应磁场的影响更大;对于垂直速度衰减的洋流,感应磁场在深度方向存在一极大值,不同的洋流宽度以及速度衰减程度会对极值点的位置有明显的影响.