井孔瞬变电磁短偏移距远探测能力研究

在油气及矿藏资源勘探中,井孔瞬变电磁远探测技术相比于常规测井和地震方法,具有分辨率高、多参数获取、无侵入性等优势,但在实际应用中仍存在一些技术挑战和限制,需要综合考虑各种因素,选择合适的勘探方法和方式来获取地下资源的准确信息。为此,进行了井孔瞬变电磁装置关键参数对探测距离影响的研究,基于有限元法分别计算了不同收发矩、不同线圈参数、不同探测距离下低阻体和高阻体的响应。结果表明:在井孔瞬变电磁短偏移距远探测中,收发矩的大小对时间域电磁探测距离的影响不大,而线圈参数能明显影响井旁探测距离;在200匝2 A的发射线圈参数下,井孔瞬变电磁探测法对低阻体更为敏感,井旁探测距离可达40~50 m,对高阻体的探测距离为30 m。研究表明,采用小尺寸井孔瞬变电磁探测仪实现短偏移距井旁远探测是可行的。

电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析

电性源短偏移距瞬变电磁法是进行山区矿产资源勘探的一种有效手段,然而地形起伏对观测数据影响严重,给瞬变电磁数据精细化解释带来很大困难。为此,本文基于三维非结构时间域有限元正演模拟方法开展电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析。首先利用非结构网格对起伏地形进行精细剖分,结合矢量有限元和后退欧拉离散技术实现复杂地质模型快速正演。然后通过模拟大量典型起伏地表模型,系统分析了三维地形响应的空间分布特征,结果表明地形对电性源短偏移距瞬变电磁响应影响严重,而且影响特征十分复杂。在此基础上,我们进一步分析了复杂地形对地下目标体探测的影响,结果发现复杂地形与地下目标体相互耦合导致无法对地下目标体进行有效分辨,这给地下目标体的准确探测带来了巨大困难。

煤矿深部采区岩层富水性短偏移距瞬变电磁法探测

为了解决矿井深部岩层水文地质条件的探测,论文探讨了接地线源短偏移距瞬变电磁法的理论及应用。论文介绍了基于感应涡流场电性源短偏移距瞬变电磁法的基本原理和工作方法,结合某煤矿深部采区岩层富水性探测,分析了测区地层的地球物理特征,在视电阻率和深度精细计算处理的基础上,详细分析了瞬变电磁法采用接地线源短偏移距装置进行大采深岩层富水性探测中的地质效果和可靠性,实现了采用1000m的短偏移距达到1500m的探测深度。研究表明,电性源短偏移距瞬变电磁法在探测深部采区岩层富水性方面具有探测深度大和地质效果好的特点。

电性源短偏移距瞬变电磁场扩散规律三维数值模拟

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)采用近源探测形式,极大地提高了信号强度,目前对电性源短偏移距瞬变电磁响应特征的研究主要基于一维模型,且主要讨论电场E_x分量和磁场H_z分量的响应特征和探测能力,不利于复杂目标体的精细探查。基于以上问题,采用三维时域有限差分法,对电性源短偏移距瞬变电磁场在地层中的扩散规律进行了模拟,并研究了三维异常体对电性源短偏移距瞬变电磁场扩散的影响。结果表明:电场E_x分量的正极值区域主要集中在发射源附近,并随着时间的推移逐渐向下扩散;电场E_y分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散;电场E_z分量在地层分界面产生跃变;磁场H_x分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散;磁场H_y分量上部为负值区域,下部为正值区域,说明H_y分量也会受到返回电流影响;磁场H_z分量极值区域主要位于发射源下方,并随着时间的推移逐渐向下移动;对于三维异常体,电场E_x分量和磁场H_y分量的灵敏区域位于异常体上方,而电场E_y分量和磁场H_x分量的灵敏区域位于异常体外部,且分布在异常体四周,磁场H_z分量的灵敏区域位于异常体两侧(靠近发射源和远离发射源位置),说明电性源短偏移距瞬变电磁场的5个分量对三维异常体的灵敏区域不同,不同的分量应选择不同的区域进行观测。

短偏移距电磁探测技术概述

由于人工源电磁探测效果与收发距离有一定关系,本文首先分析了收发距离为零的中心回线源瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,TEM)视电阻率定义和算法特点,回溯了从圆形回线到矩形的修正式中心回线装置的发展过程;概述了从中心回线发展到接地导线源短偏移瞬变电磁(Short-Offset TEM,SOTEM)理论上的可行性;列举了将LOTEM(Long-Offset TEM)从数倍于探测深度的观测区推进到近源区后的探测实例.对于频率域人工源电磁法,介绍了起源于MT(Magneto-Telluric)的CSAMT(Controlled Source Audio-frequency MagnetoTelluric)与电磁频率测深法不同发展道路.电磁频率测深将观测区从远区推进到了中区;广域电磁法通过全区视电阻率新定义不仅提高了解释精度,而且将传统CSAMT远场观测模式推进到中区探测模式;最后指出,如能采用新的点微元假设计算方法,可有望分离自有场和辐射场,实现频域电磁近源探测.

深井低阻体电性源短偏移距瞬变电磁探测技术研究

煤矿深部开采是一种趋势,但是相随的复杂水害问题给安全造成了巨大威胁,煤层顶板以上巨厚砾岩层中的含水层表现为浅薄深厚、发育不规则的特性,常规地面瞬变电磁探测深度不够,深部探测体积效应大,低阻屏蔽效应明显。为保障深部煤层安全回采,高精度、高分辨率的探测煤层顶板以上巨厚砾岩层的富水性及富水范围,基于电性源短偏移距瞬变电磁法的相关理论,分析了电性源短偏移距瞬变电磁探测技术的垂直磁场强度、视电阻率值及探测深度计算表达式,研究总结了现场类地震的一发多收探测方法,探讨了基于改进阻尼因子的最小二乘法反演方法,在华北某矿区深部巨厚砾岩层富水性探测中应用。研究结果表明:电性源短偏移距瞬变电磁探测技术增大了探测深度,实现了深度超过1000 m的低阻含水异常体有效探测,缩小了深部探测的体积效应,有效压制了低阻屏蔽影响,反演计算明显提高了深部巨厚砾岩层的富水性及富水范围的探测精度,经过38次迭代后H型理论模型的反演误差为7×10^-7,经过50次迭代后实际资料的反演误差为0.05%,针对低阻异常区进行钻探验证,出水情况与强含水异常区及中等含水异常区相吻合,探测精度和分辨率明显提升。该方法探测研究为深部煤层安全回采提供了有效的地质技术资料,具有较高的推广应用价值。

电性源瞬变电磁短偏移距页岩气探测前景探析

页岩气是一种蕴藏于页岩层中可开采的天然气资源。页岩气的形成和富集有其独特的特点。它往往分布在厚度大、分布广的页岩烃源岩中。初步估计中国页岩气可采资源量31兆立方米。在当前的国际形势下,清洁能源将逐步取代高污染、高耗能、成为未来的主要能源之一。中国页岩气勘探开发技术水平仍处于起步阶段。成熟应用在煤炭、石油等能源勘探的地球物理方法,从理论上讲在页岩气勘探中也是可行的,我们需要做较多的探索和研究。瞬变电磁法在煤矿开采中广泛应用,其高效、高一致性的数据质量,高电阻率异常分辨率等优点,得到市场的赞誉和认可。电性源瞬变电磁短偏移距的高信噪比和大深度等优点在富页岩气地层的埋藏深度、延伸情况、高低起伏等信息探测中将会有比较好的应用前景。

短偏移距瞬变电磁法在崤山矿集区的应用实现重大找矿突破

小秦岭、熊耳山和崤山地区处于同一大地构造位置,具有极为相似的成矿地质条件和区域地质演化背景,其中小秦岭和熊耳山地区已取得较好的找矿效果,而崤山地区却一直未取得重大找矿突破。如何在崤山地区的深部与覆盖区实现找矿突破,是崤山地质研究的一个重要课题。由于崤山地区覆盖层较厚,采用常规的物探方法,找矿效果不理想。通过开展短偏移距瞬变电磁法试验研究,在崤山地区中深部发现了有利的低阻构造单元,再结合地质资料,实现了重大找矿突破。短偏移距瞬变电磁测深试验中,通过研究短偏移距装置参数及技术指标特点,并结合已知地质物化探资料,对观测数据进行处理与反演,借助已知钻孔资料进行层位标定,从而总结短偏移距瞬变电磁测深技术方法规律;然后根据已知剖面上的研究规律,结合地质资料分析,在未知区开展试验,总结出一套适合崤山薄脉型矿床的找矿新方法。该方法突破了传统物探方法的局限性,在推广应用到整个崤山地区的地质找矿之后,实现了区域找矿重大突破。

电性源短偏移距瞬变电磁法探测铝土矿采空区的应用研究

简述了电性源短偏移距瞬变电磁法的概念及其理论依据,通过河南省某铝土矿采空区的电性源短偏移距瞬变电磁探测应用实例,说明了电性源短偏移距瞬变电磁法探测铝土矿采空区的实用性和有效性,为今后铝土矿采空区探测提供了一定的借鉴经验。

短偏移瞬变电磁探测系统研究

短偏移距瞬变电磁法是近年来发展出的新方法,具有信号强、带宽大的特点,现有国际主流装备是面向传统大收发距模式设计开发的窄带系统,研发小收发距模式下的大电流宽带系统,对于推广应用新方法具有重要意义.为此,本文提出大电流快关断发射、低噪声宽频带接收设计方案,攻克超高压恒压钳位技术,自适应可变阻尼技术等核心技术.在同等条件下有效发射功率提升约2.5倍,关断时间压缩近4倍;系统时域噪声水平0.1 nT/s,工作带宽25 kHz.装备系统在增大发射电流和降低噪声的同时,拓展了系统带宽,实现了装备系统与新方法的强匹配.新装备的研发将为我国3000 m以浅矿产资源精细探测做出贡献.

电性源短偏移距瞬变电磁研究进展

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是近些年发展起来的一种大深度瞬变电磁探测装置,在深部煤田水文地质调查等领域已表现出巨大潜力.本文通过回顾SOTEM方法的研究历史,总结SOTEM在正演模拟、反演成像、施工方法、附加效应、仪器设备等方面的研究现状,并结合实际应用案例论证了SOTEM在深部探测中的优越性.研究结果表明:SOTEM相较于传统回线源装置具有更大的探测深度,可以达到2000 m左右;相对于传统的长偏移瞬变电磁法,收发距可缩小至1/6,精度提高1.5倍,SOTEM通过观测不同电磁场分量可以实现对高、低阻目标体的精准探测;地面SOTEM可以扩展为地-井SOTEM和地-空SOTEM装置,分别提高探测精度和探测效率,以适用于不同场景的探测.

接地源瞬变电磁短偏移深部探测技术

对于接地源时间域瞬变电磁法,当选取适当的激励波形后,可将辐射场与自有场分离开来,实现频率域电磁法无法实现的近源深部勘探;水平分层大地的解析分析表明,随着偏移距的缩短,接地导线源的场对地层的反映变得更为灵敏;时间域瞬变电磁法的探测深度主要由观测时长决定.基于接地源近场测深的优越性,作者提出短偏移瞬变电磁探测技术并首次命名为SOTEM,采用了1000m的偏移距对埋深为1400m的某盐矿溶腔进行探测,在全期视电阻率-深度剖面上圈定的溶腔分布被钻孔所揭露,验证了SOTEM方法的探测能力.该方法为大深度、高分辨探测地下矿产资源提供了新的技术手段.

电性源瞬变电磁短偏移探测方法

为了解决大深度、高分辨探测地下矿产资源的难点问题,基于近区测深的优越性,提出一种电性源短偏移瞬变电磁装置(SOTEM),并对该装置下的探测技术进行研究。通过对时间域近场响应特性以及探测深度等面探测能力的分析,认为SOTEM明显优于长偏移瞬变电磁(LOTEM)。接地线源短偏移瞬变电磁法比回线源瞬变电磁法易于施工,且探测深度较大和探测精度相对较高,是一种值得推广的方法。

电性源短偏移瞬变电磁探测深度分析与应用

瞬变电磁法中有多种深度概念,包括扩散深度、极限探测深度、有效探测深度和视探测深度等。本文以电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)为例,针对上述几种深度概念展开了分析、计算与应用研究。扩散深度表征了地下涡流场的扩散;极限探测深度和有效探测深度揭示了SOTEM的探深能力。计算结果表明:当偏移距等于0.7~1倍目标体埋深时可获得最大探测深度;视探测深度可对给定时刻的实际探测深度做出估算,对野外施工参数设计具有重要意义。文章通过理论模型和野外探测实例验证了视探测深度的适用性。

短偏移距三维水平井二开施工浅议

最近几年,随着油田开发的日益深入,加上油田征地愈发困难,老井场增加新井开发任务更加频繁,由于受到地理位置的限制,新井设计为三维水平井逐渐成为常态,而短偏移距三维水平井占到相当一部分份额,如何统筹规划设计,如何安全快速钻进,就成为我们研究的课题。本文就以靖2井施工为例,就造斜点的合理选择,钻具组合的优化选择,以及实际操作过程中的细节问题,逐一加以探讨。

电性源瞬变电磁法频-时转换的效果分析

电性源短偏移距瞬变电磁法是近年来新提出的固体矿产深部电磁探测方法之一,较传统的回线源瞬变电磁具有探测深度深、仪器轻便和分辨率高等优点。但该方法由于偏移距较短,距发射源较近,正演中的频-时转换会受到转换方法及其他工作参数的影响,进而直接影响探测结果,因此有必要开展频-时转换效果分析评价。通过对影响频-时转换的因素以及常用的四种频-时转换方法(Guptasarma线性滤波法、折线逼近法、余弦变换的数值滤波法和正弦变换的数值滤波法)在电性源短偏移距瞬变电磁正演响应计算中的对比,从计算时间和转换精度两方面分析了在不同条件下的转换效果,为一维及高维度的瞬变电磁正演计算提供频-时转换方法参考。对比结果表明:1)影响时间域瞬变电磁场正演计算(即频-时转换效果)的精度不仅和转换方法本身有关,而且也和偏移距及地下介质电阻率等参数有关;2)通过正演模拟,在低阻探测区采用折线逼近法与正弦变换的数值滤波法相对Guptasarma线性滤波法和余弦变换的数值滤波法转换精度更高,整体误差更小,而Guptasarma线性滤波法的计算速度最快,早期计算精度较高,晚期计算精度较差;在高阻探测环境中,采用折线逼近法计算精度和速度均相对较好,Guptasarma线性滤波法、正弦变换的数值滤波法及余弦变换的数值滤波转换效果均较差,特别是在晚期。因此,对于未知的探测区域,若实现高精度的电性源瞬变电磁正演计算,采用折线逼近法进行频-时转换相对效果最佳。

综合电磁法在凤太二里河铅锌矿深部的找矿效果分析

二里河铅锌矿是凤太矿集区中具有代表性的重要铅锌矿床之一,近些年找矿方向转向已知矿体深部及外围。根据二里河地区地质、地球物理特征,结合多年在凤太地区的综合地球物理找矿工作,分析了回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在二里河地区的实际应用效果,对3种方法的特点和适用性进行总结,认为:回线源瞬变电磁法、电性源短偏移距瞬变电磁法及广域电磁法在该地区深部找矿具有可行性;回线源瞬变电磁法对于圈定矿体水平位置具有较好的效果,电性源短偏移距瞬变电磁法对低阻异常较为敏感,广域电磁法分辨率较高,同时探测深度可达到2500 m。此外针对二里河矿区的找矿工作,提出物探工作建议:采用以广域电磁法和电性源短偏移距瞬变电磁法为首选的综合电磁探测方法,同时应尽可能采用长剖面和面积性物探工作。

SOTEM响应特性分析与最佳观测区域研究

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)是目前研究和应用较为广泛的一种人工源时间域电磁法工作装置,对深部资源地球物理精细探测具有一定的实际意义.为了深入理解方法内涵并更好地进行推广应用,本文基于电性源瞬变电磁一维正演理论,研究了SOTEM地下感应电流扩散、多分量电磁响应平面分布、多偏移距衰减等特性,然后根据上述特性研究了SOTEM的最佳观测区域.研究结果表明:电性源在地下可以产生水平和垂直两个方向的感应电流.其中,水平感应电流又分为上部水平感应电流和下部水平感应电流(又称作返回电流),水平感应电流的极大值主要集中于发射源附近并垂直向下扩散;垂直感应电流极大值沿与地面呈45°角的方向向下、向外扩散,并且具有较低的振幅和较快的扩散速度.电性源激发的六个方向的电磁场分量都具有一定的探测能力,但是考虑到地面观测的方便性和各分量的传播、分布特点,大多数情况仅利用垂直磁场分量Hz(B/t)和水平电场分量Ex.其中,Hz仅对低阻目标体敏感,且敏感区域位于赤道向区域,并集中在发射源附近;Ex既对低阻体敏感也对高阻体敏感,对低阻体的敏感区域位于赤道向区域,而对高阻体的敏感区域位于轴向区域,并且敏感区域距发射源的距离与目标体埋深和围岩电性有关.

电性源瞬变电磁对薄层的探测能力

电性源短偏移距瞬变电磁法是目前的研究热点。针对地球物理勘查中经常遇到的薄层探测问题,以接地长导线源一维正演为基础,通过定义垂直磁场的相对异常,分析对比了电性源瞬变电磁法对不同电阻率、不同厚度、不同埋深的薄层的探测能力,并讨论了不同偏移距对探测灵敏度的影响。最后将电性源瞬变电磁法与回线源瞬变电磁法以及可控源音频大地电磁法进行对比,探讨不同电磁法装置对薄层的探测能力。结果显示,薄层电阻率越低、厚度越大、埋深越浅、观测偏移距越小越有利于电性源对薄层的探测;时间域电磁法对低阻薄层探测能力优于频率域电磁法,当偏移距较小时,电性源瞬变电磁对薄层的探测能力和回线源相当。

陕西凤太矿集区深部铅锌矿产资源潜力及地球物理找矿方向

随着近20年的铅锌矿业开发,陕西凤太矿集区各大中型矿山将面临资源枯竭的困境。甘肃西成矿集区近年通过物探方法寻找到郭家沟隐伏铅锌矿体,表明物探方法对于深部找矿意义重大。从地质和地球物理角度综合研究,以凤太矿集区古岔河向斜为界,总结了南、北两侧的铅硐山—东塘子、银硐梁、八方山—二里河等大型铅锌矿床,手搬崖、峰崖、黑崖、银母寺等中型铅锌矿床以及多处小型矿床和矿点的铅锌矿体产出特征、形态特征及其赋存特征、控矿因素、物探识别标志。以银母寺铅锌矿床深部广域电磁法异常验证见到含铜矿化体,杨家湾铜矿点深部瞬变电磁法异常验证见到铜矿体,及二里河铅锌矿床深部短偏移距瞬变电磁法推断出寻找铅锌矿较好地段等3种地球物理方法技术的深部找矿实例,结合铅锌矿的空间分布规律,认为矿集区内铅硐山—水柏沟背斜西段、尖端山—八方山背斜东段、银母寺—大黑沟背斜西段等已知矿床的深部延伸部位,及含矿背斜旁侧更次一级具有找矿潜力的隐伏背斜成矿有利新区(如铅硐山—水柏沟背斜西段两侧区域、银母寺—大黑沟背斜西段两侧区域、尖端山—八方山背斜两侧区域)为铅锌矿地球物理找矿方向。同时,综合比较各种物探方法在凤太矿集区中的应用,建议选用长剖面或面积性的广域电磁法开展深部找矿。