电偶源频率电磁测深激发极化效应研究

本文研究含激电效应(IP)电偶源频率电磁测深问题.首先,通过对电偶源频率电磁测深电磁场分量分辨率的分析,提出利用电场E_x分量提取IP信息的合理性;然后,给出了同时存在激电和电磁效应时的理论计算公式和算法,对一些典型地电断面进行理论计算并对计算结果进行分析;最后,提出提取IP信息的几种可能方案.这些工作不仅为野外实测资料IP信息的提取提供理论依据,同时为进一步实现电磁响应中感应效应与激电效应分离提供基础.

层状极化介质激发极化效应特征研究

这里研究层状极化介质激发极化效应特征。首先,在忽略电磁效应的情况下,用柯尔～柯尔模型表征极化介质复电阻率,计算三层不同地电断面复电阻率的振幅和相位随极距变化的曲线;然后,分析极化层不同充电率和不同时间常数、不同激发频率和极化层不同埋深,对测深曲线的影响规律,并提出了具有实际指导意义的极化层埋深与极距的对应关系。这些工作都能够为野外开展复电阻率测量和资料解释起到参考作用。

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。

两种复合Cole-Cole模型的频谱差异研究与分析

对两种在频率域激发极化法中广泛采用的复Cole-Cole模型复电阻率频谱进行了理论对比分析.在参数取值相同时,二者复电阻率幅值和相位频谱存在较大差异;在同类参数变化量相同的情况下,两种模型复电阻率的幅值和相位变化量的频谱也不相同,相位变化量的差异大于幅值变化量的差异;不同的参数增加或减少时,对变化量的影响也不一样.研究揭示了在进行反演时因为两种模型选择上的不同,对反演结果造成差异的原因,为更深入研究激发极化效应机理,探究一种统一准确的极化模型提供了理论基础.

基于Cole-Cole模型的中间极化水平层大地电磁IP效应研究

利用Cole-Cole模型的复电阻率公式表征的介质激电效应,对一维层状介质O型、H型、A型、K型和Q型地电断面中间极化的大地电磁模型进行了正演计算.利用视电阻率比值和相位比值参数来表征IP效应,详细讨论了各地电类型的激发极化效应.对大地电磁场激发极化效应与极化体厚度和埋深的关系进行了讨论.

基于时域有限差分法的电性源感应-极化效应三维数值模拟

时域电性源电磁探测法是一种可以有效快速探测矿产资源的方法。极化效应会导致电性源电磁响应快速衰减,发生符号反转现象。本文采用Cole-Cole模型描述极化效应,利用整数阶有理逼近算法实现任意分数阶Cole-Cole模型有理化;采用Yee氏网格对仿真区域进行剖分,基于时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)法实现电性源感应-极化效应三维数值模拟。本文对三种典型模型(均匀半空间模型、极化半空间模型和三维极化体模型)的电磁响应进行数值模拟,结果表明:均匀半空间模型的电磁响应与解析解基本吻合,并且相对误差小于10%,证明了三维数值模拟方法的正确性;极化半空间模型与三维极化体模型的电磁响应均在晚期出现了负响应,与极化理论结果相符合。

基于cole-cole复电阻率模型的线源可控源有限元数值模拟

受激发极化效应的影响,大地中岩(矿)石电阻率是一个与频率、电化学性质等因素有关的复电阻率。接收到的电磁场信号中,包含了电磁感应效应以及激发极化效应双重因素的影响。将cole-cole复电阻率模型引入二维线源可控源正演理论,加载伪delta函数,实现了含激发极化效应的线源可控源有限元数值模拟。计算了不同极化参数的二维地质体线源可控源的影响特征。结果表明:线源可控源响应对IP效应反映明显,视电阻率出现增高的特征;低阻高极化相对于高阻高极化模型受IP效应影响更大,从低阻中提取IP效应更加乐观。该研究为实现从复杂地质条件下CSAMT信号提取IP效应奠定了基础。

基于Cole-Cole模型的水下主动电场定位系统有限元模拟

水下主动电场定位方法是一种模拟弱电鱼水下主动电场定位器官的新型水下终端导航定位方法.水下主动电场定位系统的幅值频率特性(amplitude information-frequency characteristics)存在探索死区(DFDZ)和转折频率点(FIP)现象,基于传统理想电磁场理论的水下主动电场定位系统模型无法模拟出上述现象.为从理论上解释和模拟出主动电场定位系统的DFDZ和FIP现象,受勘探地球物理的启发,猜想该现象与被测物体和周围溶液之间的界面上产生激发极化效应相关;为验证猜想的正确性,采用最为广泛使用的激发极化效应模型——Cole-Cole模型来模拟激发极化效应,并在此基础上建立了基于Cole-Cole模型与理想电场模型耦合的有限元模型对主动电场定位系统的幅值频率特性进行模拟计算.计算结果表明:(1)该模型能够有效模拟出水下主动电场定位系统转折频率现象并与实验结果相吻合;(2)证实了采用激发极化效应来解释水下主动电场定位过程中存在的频率转折现象的合理性.该模型的建立有助于深入理解主动电场定位物理机制,并对主动电场定位系统的工程设计具有指导作用.

基于毛管模型的含油储层岩石激发极化特性

以储层岩石串联毛管模型为基础,本文建立了一种考虑储层润湿性的毛管模型,并对含油储层岩石的激发极化特性进行了数值模拟。计算结果表明:储层润湿性对储层岩石的激发极化特性有重要影响。在相同含水饱和度条件下,水湿岩石的极化率大于油湿岩石的极化率;储层岩石越水湿,其激发极化效应越强。溶液浓度、孔隙度和阳离子交换量等储层物性参数的变化也会对激发极化效应产生影响;储层岩石的极化率随溶液浓度、孔隙度的增加而减小。当岩石亲油时,储层岩石的极化率随阳离子交换量的增加而增大,且变化幅度越来越小;当岩石亲水时,随着阳离子交换量的增加,储层岩石的极化率先急剧增大,后略有下降。

频率域激发极化法有限元数值模拟

在频率较低和忽略电磁效应的情况下,利用有限单元方法和Cole-Cole模型对频率域激发极化法进行数值模拟。首先在三维地电条件下,给出电场的边值问题和变分问题,将Cole-Cole模型的频率响应引入到地电模型中,运用有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和总体合成等,通过解方程最后得到表征频率域极化强度的参数幅频率。通过改变地电模型的参数,得到了不同的幅频率响应曲线。模拟结果与实际情况符合,表明该方法是正确和适用的。

泥质砂岩激发极化弛豫时间谱微观机理

泥质砂岩激发极化弛豫时间谱含有丰富的地层孔隙结构信息。利用串联毛管模型,建立了描述激发极化效应的数学物理模型,数值模拟了激发极化充放电的全过程;利用阻尼最小二乘算法,对理论计算的激发极化衰减谱进行多指数反演,分析了岩石孔隙度、阳离子交换量、溶液浓度、温度、溶液类型和放电时间等因素对激发极化弛豫时间谱的影响。结果表明,弛豫时间谱不仅反映了岩石内部的微观孔隙结构,而且表现了离子扩散迁移恢复平衡的过程。

CSAMT中多极化层的IP效应影响研究

以Cole-Cole模型作为IP效应极化模型,研究了CSAMT中存在两层极化层时IP效应对视电阻率的影响,并与一层极化层时IP效应产生的影响作了对比。IP效应对视电阻率幅值和相位的影响主要发生在中低频段;两层极化层和一层极化层对视电阻率曲线形态的影响十分相似,其主要差异在于影响程度的大小上;指出在Cole-Cole模型参数的某些取值范围内,难以区分IP效应是一层还是两层极化层引起的。

频谱激电非线性效应的理论模型

从电化学理论出发，建立了当系统略偏离平衡状态时，矿物－溶液界面的面极化等效电路模型．利用非线性网络理论，分析计算了一般电流激发下等效电路的过电位响应．通过对黄铁矿和石墨两类标本的实验对比，证明该等效电路模型是合理的，所作的分析计算是正确的，为进一步研究激发极化的非线性效应提供了合适的理论模型．

CSAMT中IP效应仿真分析与研究

为解决CSAMT中的IP效应问题,以Cole-Cole模型作为IP效应极化模型,研究了层状介质中CSAMT的视电阻率响应,发现IP效应对视电阻率幅值和相位的影响主要发生在中低频段;从参数变化的角度分析了Cole-Cole模型各参数对视电阻率幅值的影响水平。结果表明:极化率参数和频率相关系数的影响显著水平大于时间常数的影响水平;因此,在采用CSAMT资料提取IP参数、去除CSAMT中IP效应影响时,应首先选择影响水平大的极化率参数和频率相关系数。

瞬变电磁法三维问题正演及激电效应特征研究

利用并矢格林函数理论和积分方程方法计算两层大地中三维异常体的频率域电磁响应，并利用反余弦变换方法将其转换为时间域电磁响应．为了解释时间域电磁响应晚期段经常出现的场值变号现象，将描述电阻率频散特征的Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅ模型引入到正演计算之中．计算表明，时间域电磁法的激电效应（ＩＰ）特征不仅受异常体的激电及电阻率参数的影响，而且受异常体的几何参数影响．

考虑频变参数的油浸式变压器绕组分数阶传输线模型

建立精确的变压器绕组模型对于准确分析研究绕组各处的电压分布具有重要意义。导线的趋肤效应和油纸介电常数的频变特性分别是造成变压器绕组传输线模型的阻抗和导纳参数频变的主要因素。然而,以往的变压器绕组传输线模型通常将油纸介电常数的频变特性和导线的趋肤效应忽略,影响暂态过电压分布计算的准确性。该文以具有单弛豫过程的Cole-Cole模型为基础,对油浸纸样品的实测介电常数进行拟合,利用拟合模型和平行板电容公式,推导出变压器绕组传输线模型的分数阶导纳参数,进而建立变压器绕组的分数阶传输线模型。通过对分数阶传输线模型进行仿真计算,得到绕组上的过电压波形,将仿真值与实验实测值以及未考虑频变参数时建立的整数阶传输线模型仿真值进行对比,验证了所提分数阶模型的准确性。

MT激电效应的模拟研究及在油气检测中的应用

本文引入Cole-Cole模型来模拟大地的激发极化效应,对三层水平地层且中间层为极化层的大地电磁测深的视电阻率进行了理论计算,分析了极化参数对视电阻率曲线的影响规律.采用广义逆方法对三层水平地层且中间层为极化层的模型进行了反演研究,结果表明该反演方法能够较好地确定地层电阻率的同时获得地层激电参数,应用于实际资料的反演时,反演结果与已知含油气地层的实际参数十分吻合.

瞬变电磁勘探中IP效应影响规律研究

在瞬变电磁测量中,由于岩矿体的频散特性,会在结果中带入感应激发极化效应,使瞬变电磁晚期测道的数据发生倒转现象。笔者从Cole-Cole模型入手,深入分析了均匀半空间模型中各参数对瞬变电磁响应的影响,得出了充电率η和频率相关系数c对瞬变电磁响应的影响较大,而直流电阻率ρ0和时间常数τ对其影响较小的结论。对某矿区受激发极化(IP)效应影响的实测数据进行了分析,认为由于受IP效应的影响而造成了电阻率反演结果无法分辨出矿体位置,最终根据TEM数据发生的倒转现象,划定了矿体的位置;经过钻孔验证,吻合较好。在高极化地区应用该数据处理方法,可以有效地提高TEM的探测精度。

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律。结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常。

长导线源瞬变电磁响应中激电效应的影响特征

长导线源瞬变电磁实际测量时,经常观测到二次场衰减曲线的“符号反转”现象,这主要由于激发极化效应(IP效应)引起,这种现象对瞬变电磁响应数据和解释的可靠性产生影响。为了探讨IP效应对瞬变电磁的影响规律,首先在均匀半空间中研究激电效应影响规律,得出影响瞬变电磁响应的主要参数,然后引入相对误差表征极化效应的影响程度,来研究典型层状模型中极化层厚度和极化层埋深对瞬变电磁响应影响规律,最后以某石墨矿区地质物性参数为基础,对受激电效应影响的长导线源瞬变电磁数据解释,研究激电效应对实测数据的影响。通过研究得出结论:在均匀半空间模型中,零频电阻率和极化率对瞬变电磁响应的影响较大;对层状模型和实测数据的研究发现,当极化层的厚度、埋深和电阻率在一定范围内影响最大,而且即使实测石墨矿的极化率远小于这里采用的极化率值,但造成的影响不可忽略,因此表明激电效应对瞬变电磁的影响是复杂的。