时频电磁法频率域视电阻率求取方法研究

时频电磁法(TFEM)是一种应用于油气勘探领域,可同时实现时间域和频率域电磁一体化勘探的可控源电磁方法。本文引入水平电流场源定义的广义视电阻率,结合TFEM的发射源特征,实现TFEM频率域视电阻率的求取;分析不同偏移距、发设距水平电场振幅和视电阻率特征,验证了方法的可行性。TFEM频率域视电阻率的求取和基于模型的研究,为TFEM勘探采集参数的设计和采集数据的处理提供科学的借鉴和参考。

2022年四川泸定MS6.8地震前地下介质视电阻率变化特征及其机理分析

2022年9月5日四川泸定县M_(S)6.8地震前四川地区运行有5个直流视电阻率连续观测站,其中红格、冕宁、江油和甘孜4个观测站在地震前出现了不同类型的中短期异常变化.本文结合岩石物理实验结果、岩土介质电阻率模型和断层虚位错模式对这4个观测站的异常变化与此次地震晚期孕育过程之间的联系进行了初步的分析,结果显示冕宁、江油和甘孜3个台站的视电阻率异常变化形态与地震前观测站所在区域相对的变形特征吻合,其中甘孜站为下降异常,位于此次地震孕育过程产生的挤压增强区域;冕宁和江油站为上升异常,位于相对膨胀区域;红格站为下降异常,但却位于相对膨胀区域,其观测数据的异常变化可能不仅仅受此次地震孕育过程的影响.

天津塘沽台直流视电阻率下降异常的成因分析

依据塘沽台所在区域的水文环境、地质构造和动力学等特征,讨论了地表储水能力、地下静水位及构造变形等因素对视电阻率的影响和塘沽台直流视电阻率下降异常的成因机制。结果表明,长期构造位移变化与地下静水位下降是视电阻率呈下降趋势的主要原因;短期降水量大且雨季长,加之有利的地表储水能力是造成塘沽台视电阻率破年变的主要原因。虽然对于塘沽视电阻率异常中是否掺有前兆信息尚缺少确凿证据,但本文采取的分析方法仍可为典型的异常形态提供有益的参考。

CSAMT电场y方向视电阻率的定义及研究

在准静态近似条件下,利用水平电偶源在均匀半空间表面激发电磁场的计算公式,讨论了可控源音频大地电磁法(CSAMT)水平电场y分量Ey的观测范围、特点和由其定义视电阻率的应用优势;Ey与常规标量CSAMT测量的Ex、Hy幅值范围不同,采集并利用Ey数据可以扩大CSAMT野外观测扇区,减少采集成本。依据电法及电磁法勘探中视电阻率定义的基本原则,提出了Ey视电阻率的定义,说明了其具备频率测深的意义;通过几种典型层状模型(均匀半空间,两层D、G,三层H、K以及四层KH、HK型)的数值计算,对比了Ey视电阻率和Ex、Hy、Zxy、Re(Zxy)等对应的波区视电阻率及Ex、Zxy等对应的全区视电阻率对地电断面电性特征的反映效果。结果表明:Ey视电阻率的求取仅需测点的坐标和一个方向的电场值,计算方便、不必迭代,并且在曲线低频端收敛于一稳定值,可以明显改善非波区的畸变效应。

对人工源频域电磁法视电阻率的探讨

对人工源频域电磁法的三种视电阻率计算方法进行了有关理论、一维地电模型正演、野外实验数据的对比分析,得出:广域视电阻率对于地质基底电阻率反映更真实,具有更强的抗干扰能力,但计算公式复杂;远区视电阻率对于地质基底电阻率反映没有广域视电阻率真实,但计算公式简单,且对于远区与过渡区的电阻率反映情况与广域视电阻率相同,也具备强抗干扰能力;卡尼亚视电阻率在远区与其他两种方法的结果相似,其计算视电阻率公式简单,但对于基底电阻率反映较差,且需额外测量磁场,导致抗干扰能力和工作效率不及前两者。故单纯从视电阻率反映的地质情况特别是基底地质情况看,广域视电阻率最优,远区视电阻率次之,卡尼亚视电阻率最次,但后两者计算公式简单。从勘探数据的正、反演角度而言,后两者的计算量要少于前者。

微分算子展开与耦合势三维有限体积法快速计算随钻超深前视电阻率测井响应非线性Born逼近

本文将非均质各向异性地层中电磁场耦合势Helmhotz方程分解为各向异性背景场方程与散射场方程,并应用算子展开技术推导出耦合势Born级数解,建立一套三维非均质各向异性地层中随钻超深前视电阻率测井响应各阶散射电磁场与非线性Born逼近的有效计算方法.首先,利用传输线法与二维插值技术确定背景电磁场空间分布,得到零阶Born逼近解,然后根据电磁场耦合势的Born级数解推导出各阶散射电磁场方程与递推关系,通过三维有限体积法实现各阶散射场耦合势方程的离散,在此基础上结合MKL PARDISO并行技术,通过递推方式逐步计算各阶散射电磁场,并根据Born级数部分和确定不同阶次的非线性Born逼近.最后利用数值模拟结果对正演算法加以检验,并深入研究分析各阶散射场的变化特征与Born级数的收敛性质.

磁性源瞬变电磁法零偏移距全期视电阻率计算及其校正方法研究

计算视电阻率是瞬变电磁数据处理与解释工作的主要内容之一。通常由均匀或层状模型计算得到的视电阻率不足以详细表征地下介质分布,具有较强的体积效应和多解性且计算量大。基于此,针对全期视电阻率的优化问题,研究了半球壳层校正方法,实现了快速计算弱多解性的视电阻率,校正结果显示电性分界面更加明显。为实现数据快速处理并得到视电阻率唯一解,首先分析了感应电动势和电阻率之间的单调关系,对比地质情况从而选取感应电动势的单调区间,然后重新构造核函数以适用于二分法,最后计算连续且完整采样时间的视电阻率。为减弱视电阻率的体积效应,建立由均匀半球壳层组成的视电阻率校正模型且介质层数与时道数量一致,然后基于扩散深度表达式推导出视电阻率校正公式,用以校正全期视电阻率最优化算法计算的视电阻率。理论模型和实测数据的处理结果均表明,全期视电阻率最优化算法相对于晚期视电阻率计算方法,能够将有效时道拓展至全时间段,从而可以更加有效地识别浅层介质的垂向分布规律,而且半球壳层校正方法能够有效约束低阻介质体积效应对深度的影响,提高视电阻率的垂向分辨率。

视电阻率联合剖面及测深法在舒城茶庵村地下水勘查中的应用

视电阻率联合剖面与测深法往往被结合起来应用于地下水勘查,主要原理是依据地下水赋存层位一般情况下与围岩或其他层位相比有较低的视电阻率,能引起低视电阻率异常。通过视电阻率联合剖面测量,可以有效圈定异常在横向上的位置,而针对异常采用视电阻率测深则能有效判定引起异常的垂向地质原因,从而达到勘查地下水的目的。舒城茶庵村由于受干旱困扰,开展地下水勘查工作,采用视电阻率联合剖面测量,圈定两处异常,编号为YC1、YC2;针对异常开展视电阻率测深工作,有效划分地层,并推测引起异常的地质原因及埋藏深度,认为两处异常系含水构造引起,从而建议钻孔查证。在测线176号点附近布设钻孔ZK1,揭露主要含水层位于地下75~85m,出水量约500m^(3)/d,出水稳定,与物探成果完全一致。

水平磁偶极子源一维电磁测深全区视电阻率计算

由水平磁偶极子源层状地电模型表面的磁场水平分量H_(x)频率域响应解析公式,运用均匀半空间等效原理,导出了其全区视电阻率的迭代法计算公式,并基于平移算法的快速计算加以验证,提出用平移算法计算初值加速迭代法的计算策略,通过正演计算模型验证了方法的有效性。依此计算了不同地电模型的H_(x)分量全区视电阻率,对比研究了H_(x)分量全区视电阻率对不同地电模型的响应能力。从计算结果可以看出,水平磁偶极子源激发,采用垂直共面装置观测同方向水平磁场H_(x)计算的全区视电阻率,对地电模型层参数变化(厚度和电阻率)均有较好的分辨力。迭代法或平移算法计算的H_(x)全区视电阻率,均能较好刻画出模型地电阻率变化特征,迭代法全区视电阻率尾支曲线较平移算法更能趋近于深部电阻率真值。对于浅部工程地质问题用高频激发,较小收发距接收,可有效分辨缺陷特征。

复视电阻率(CR)法在油气预测中的应用

在准噶尔盆地CE油田的上方存在明显的极化异常,其极化率大于10%,电磁相位大干2.0MRI),但电阻率值普遍小于8.0Ω·m,故在该油田的周边地带实施了用于油气田勘探和预测的复视电阻率(CR)法。野外观测采用偶极-偶极装置,资料处理采用一种新的激电异常和电磁感应耦合效应的分离技术——基于柯尔-柯尔(Cole-Cole)模型和布朗(Brown)模型乘法组合的重整化谱参数相位交错拟合法。试验结果表明,CR法可以精细刻画勘探设计中预定深度范围内的激电异常纵、横向变化特征,为井位设计提供了可靠的地球物理依据。预测的激电异常也为随后的钻探所证实。

磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率定义及计算

讨论了磁源TEM中心回线装置全程视电阻率的计算问题。利用电偶极子的瞬变场叠加来计算磁源TEM中心回线装置的瞬变场,均匀半空间的计算结果表明,该方法是可行的。用电偶极子的瞬变场定义了磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率,通过对二、三、四层电性断面的视电阻率的计算,并与TEM晚期视电阻率进行了对比,说明了该定义的优越性。实测磁源TEM资料的计算表明,用电偶极子的瞬变场定义的磁源瞬变电磁法中心回线装置全程视电阻率较好地反映了电性断面特征,其对浅层磁源TEM探测及资料解译具有使用价值。

CSAMT电场单分量视电阻率定义在地热资源勘探中的应用

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是目前地热资源勘探中主要的地球物理方法之一,通过计算相互垂直的电磁场分量的比值来定义卡尼亚视电阻率,进而实现远场情况下的中、深部目标体的探测。但是,对于强干扰地区,当电场分量和磁场分量受到的干扰差别较大时,卡尼亚视电阻率会引起较大的计算误差。利用电场或磁场单分量定义视电阻率能更准确地解释地下的电性结构。从理论模型和野外实践两方面证明单分量视电阻率定义的可行性,取得了理想的效果。

磁性源瞬变电磁法视电阻率计算方法

瞬变电磁法视电阻率的定义和计算主要有早期、晚期和全区视电阻率定义和计算方法,然而根据瞬变电磁法激发场源、工作装置和工作环境的不同,其视电阻率的定义和计算也不相同。笔者总结和评述了各种磁性源不同工作装置的早期、晚期以及全区视电阻率计算方法,同时对隧道、矿井瞬变电磁法中的全空间视电阻率的计算以及考虑关断时间效应的视电阻率的计算等进行总结。在分析各种定义和计算方法的基础上,结合瞬变电磁法的发展应用,对视电阻率的定义和计算提出了几点建议。

基于视电阻率反演模型的HDPE膜渗漏定位方法研究

针对填埋场运营中防渗层渗漏定位问题,提出基于视电阻率反演模型的渗漏定位方法。在填埋场场外边坡HDPE膜下对称布设电极,控制一侧电极为激励,采用轮流供电模式,对侧电极同时接收激励信号,待两侧电极全部供电完成后,通过层析成像天然基础层识别低阻异常区,定位HDPE膜渗漏位置。试验结果表明:渗漏点定位中实际渗漏位置和反演推测位置的距离最大偏差为7.1cm,满足误差要求。

层状介质电偶极源视电阻率一维正演研究

根据人工源频率电磁测深法的基本原理,从麦克斯韦方程组出发,对视电阻率进行了不同方式的定义。通过对不同电性断面的一维层状介质正演计算,得到了阻抗视电阻率与频率间的关系曲线。分析得出:对于给定的地电断面,阻抗视电阻率在低频端由于近场效应严重偏离真电阻率,在高频端逐渐趋近表层真电阻率,曲线基本反映了地下地电断面的电性变化情况。

CSAMT全区视电阻率的定义

为了能够更好地利用过渡区的数据,寻求一种新的全区电阻率定义方法,在CSAMT的基本理论上,通过迭代求解方式计算求解得到全区视电阻率定义公式。使用CSAMT1D程序进行了不同层状模型水平电偶源激发的电磁场的计算,模型成图,分析,以此为基础计算Ex和Ex/Hy全区视电阻率。分析和比较6种模型改变不同参数得出的卡尼亚视电阻率和全区视电阻率对比,分析了不同参数下迭代效果,得出全区视电阻率能够充分利用过渡带数据和近场数据,具有更好的分层特性和实际应用价值。

广域电磁法E-E_φ视电阻率研究

利用水平电偶极子电磁场电分量的表达式,讨论了Ex分量、Eφ分量的幅值范围,提出了广域电磁法Eφ分量的视电阻率定义方法,初步研究了由Eφ分量定义的广域视电阻率的特点。在均匀半空间的条件下,水平电场Ex分量、Eφ分量幅值范围不同,测量Eφ分量可以扩大野外的观测扇区,减小施工成本。通过二层地电模型正演理论曲线的讨论,发现Eφ分量定义的广域视电阻率受观测角度的影响较比Ex方式小很多,在相应的观测扇区内不会发生视电阻率曲线畸变。通过H型、K型地电模型广域Eφ分量定义的视电阻率计算,结果表明,低阻中间层的反映情况比高阻中间层的好。数值计算结果表明,广域电磁法也有近区的存在。

CSAMT法E_x分量视电阻率定义的应用研究

由于CSAMT法电阻率的计算方式一直沿用的是MT法的卡尼亚公式,要求在远区进行测量,但是在不满足远区条件时,卡尼亚视电阻率会产生严重的畸变。文章定义了Ex分量视电阻率,对比分析了两种视电阻率定义方式在应用范围上的差异。通过二层、三层地电模型的对比,分析了两种视电阻率定义方式在同等条件下对地电构造的反映能力,发现CSAMT法Ex分量视电阻率定义方式不仅可以应用到远区,在过渡区甚至是部分近区都能对地电构造进行真实的反映。实测结果表明Ex分量视电阻率定义能较好的反映地下电阻率信息。在进行CSAMT法野外观测时,可以只观测Ex分量,装备轻便,观测效率高。

强地震附近视电阻率各向异性变化的原因

讨论了强地震、孕震晚期阶段、震源区及附近介质的物理变化过程,证明了视电阻率变化最显著的方向与最大加载方向之间的正交关系,建立了真、视电阻率各向异性变化与裂隙率ν、骨架电阻率ρo、饱水裂隙电阻率fρ的本构关系,解释了视电阻率各向异性变化的原因.研究认为:在强地震孕震晚期阶段,在震源区及附近地壳近地表的较深部,介质微裂隙发育,其走向沿最大主压应力方位优势取向,低阻水充填微裂隙,导电通道连通,引起最大主压应力方向真电阻率变化最显著的真各向异性变化,从而产生垂直主压应力方向视电阻率变化最显著的视各向异性变化,低阻水在其物理过程中起了显著作用.

两次近距离大震前成都台视电阻率重现性、相似性和各向异性变化

本文评价了四川汶川MS8.0、芦山MS7.0地震前后成都台地电观测环境,研究了该台视电阻率变化.结果为:(1)两次大震发生在该台以西的龙门山断裂带、震源机制和震源深度接近,是近距离大震,相应地,在两次地震前该台两个正交测道中的每一测道视电阻率变化均显示了中期异常及其变化过程的重现性和异常幅度的相似性;(2)在每次地震前,两个测道表现了异常变化形态、幅度和起始时间的差异性.其重现性、相似性证明这些异常与两次大震晚期孕育有关;差异性主要展示了与震源机制有直接联系的视电阻率各向异性变化,揭示了震前该台地下介质经历了强烈的电性各向异性变化的过程.