深度学习在视电阻率快速反演中的研究与应用

在电法勘探中, 通过测量视电阻率反演地下介质真实电阻率值, 会受到异常体的大小、角度, 测量装置的电流、排布, 周围围岩分布以及地形等诸多因素影响.传统反演方法将非线性近似看作线性处理, 造成反演结果的不确定性和存在多解性.本文通过深度学习的非线性拟合能力, 实现对视电阻率值的高效反演.参照RepVGG下采样架构, 搭建了未使用残差连接结构的全卷积神经网络ARESInvNet, 训练完成后的神经网络在训练集和验证集上的准确率为99%, 进行结构重参数化优化后, 相较于优化操作之前, 在CPU上的反演时间缩短44%, 内存占用减少50%;对测试集上层状介质视电阻率数据进行反演, 反演的准确率达到了98%;在大小10%以内的高斯白噪声视电阻率数据上进行反演, 测试集的准确率为96%, 证明ARESInvNet有很好的抗干扰能力;通过对实测视电阻率数据的反演, 表明神经网络能够准确地反映地层界面位置和地形起伏形态, 可为实际电法勘探工作提供快速准确的反演结果.

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。

视电阻率法在隐伏岩溶灾害调查中的应用

隐伏岩溶发育引起的地面塌陷和地裂缝等地质灾害频繁发生,提高勘查方法和解译精度在隐伏岩溶区灾害调查中尤为重要。视电阻率法数据处理、反演算法以及综合解译方法的进步为地质灾害调查提供了有力手段。本文引入视电阻率三维模型,结合二维剖面分析,对采集的视电阻率数据进行综合整理,丰富了数据处理方法,提高了数据模块关联性,有效提高了解译精度和地质模型契合度。结合钻探验证情况对泰安市桥沟地区隐伏岩溶塌陷区进行分析研究,通过隐伏岩溶发育区的视电阻率特征,分析岩溶发育范围和成因,为隐伏岩溶区灾害调查提供了良好的地球物理应用和参考价值。

视电阻率测井曲线畸变原因分析与技术改进方法

视电阻率测井是油气勘探和开发中的关键技术,能够提供地层的电阻率信息,进而推断岩性、孔隙度、含油性等重要参数。但在解释工作中测井曲线常因多种因素发生畸变,影响数据解释的准确性。以大庆油田S区块为例,对视电阻率测井曲线的畸变问题进行了深入的原因分析,提出了相应的校正与技术改进方法。通过对地质因素、仪器与操作因素、环境条件等影响的系统分析,建立了一套综合校正流程,提高了数据处理的自动化和智能化水平。通过实际应用发现,解释符合率平均提高了约10%,显著提升了钻井决策的可靠性,为油田的有效开发提供了技术支撑。

隧道瞬变电磁非共面装置垂直分量视电阻率解释方法研究

目前隧道瞬变电磁超前预报主要采用共面装置,在掌子面上进行发射与接收,探测含水构造,利用电磁场垂直分量转换为视电阻率图进行解释。针对共面装置探测存在的安全问题以及电磁高次互感效应,计算了非共面装置任意位置测点的电磁场响应,并利用垂直磁场分量进行全空间全域视电阻率定义,分析了测点位置的不同对于探测结果的影响。首先给出电偶极子的均匀全空间响应,进而对偶极子响应进行矢量叠加求和得到全空间回线源瞬变电磁垂直分量响应;然后基于反函数原理利用Bz分量进行全域视电阻率定义;最后通过视电阻率剖面图分析了隧道掌子面前方含水体对视电阻率的影响以及测点位置的不同对探测结果的影响。探测结果表明在非共面装置下该视电阻率定义方法依旧有效易实现,也能够较好地对掌子面前方含水构造进行探测。

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.

矿井瞬变电磁超前探测视电阻率扩散叠加解释方法

受体积效应的影响,矿井巷道瞬变电磁超前探测时对异常区有不同程度的放大。为获得更为可靠的测试结果,在扇形超前观测系统的基础上,通过烟圈简化反演,并根据不同测点在巷道前方形成的烟圈交汇特征,推导视电阻率扩散叠加表达式及相关参数计算公式,实现了超前探测视电阻率扩散叠加解释方法,进一步提高对前方地质体的分辨能力。物理模型实验和现场探测实践表明,与常规视电阻率断面对比,视电阻率扩散叠加结果对异常体的判定效果优越性较强,对巷道掘进前方含水体的聚焦判定能力增加。

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.

矿井瞬变电磁法全空间视电阻率解释方法研究

从全空间中心回线源响应公式出发,推导了全空间晚期和全区视电阻率公式;通过与半空间公式比较和对实测资料的分析,研究了全空间视电阻率公式的应用效果.结果显示,全空间视电阻率为半空间视电阻率的(5/2)^(2/3)倍,其晚期视电阻率与真值的相对误差小于0.56%,而相应的半空间视电阻率与真值误差均大于42%.与常规解释方法相比,采用全空间全区视电阻率换算方法能更好地圈定低阻异常范围,且电阻率差异大.因此,该公式更适用于矿井瞬变电磁法资料处理与解释,并具有更好的效果.

时间域瞬变电磁法中心方式全程视电阻率的数值计算

给出了一种时间域瞬变电磁法视电阻率的数值计算方法 ,利用该方法可以容易地求出中心方式的全程视电阻率 .根据中心方式磁场垂直分量时间变化率 Bz T的核函数Y′(Z)的表现特征 ,以参数Z把整个瞬变过程分为早期阶段 (Z >1.6 )、早期到晚期的转折点 (Z =1.6 )和晚期阶段 (Z <1.6 ) .首先分别得到早期视电阻率和晚期视电阻率的精确值 ,然后通过转折点构成一条完整的全程视电阻率曲线 .虽然磁场垂直分量Bz 的核函数Y(Z)是参数Z的单值函数 ,但同样存在一个从早期到晚期的转折点Z =1.6 ,转换点两边仍然可以得到一条早期曲线和一条晚期曲线 .在数值计算中 ,当迭代步长ΔZ <0 .0 0 5Z时 ,视电阻率的相对误差小于 0 .5 % .理论模型和实际数据计算表明 ,与早期和晚期近似值比较 ,全程视电阻率具有更高的精度和分辨率 .

多辐射场源地空瞬变电磁法多分量全域视电阻率定义

本文针对多辐射场源地空瞬变电磁法理论,建立了相应的多分量全域视电阻率定义方法.分析了利用磁场强度进行多辐射场源地空系统全域视电阻率定义的优点,针对磁场强度的各个分量,提出了各自的全域视电阻率算法,实现了多分量、全时域、全空域视电阻率计算,并分析了偏移距对全域视电阻率的影响.通过调整源的相对位置及电流方向等参数,多辐射源瞬变电磁地空系统不仅可以加强不同分量信号强度,削弱随机干扰,还可更好地分辨地下异常体的位置.通过对所设计模型的处理,证实了多辐射场源地空系统多分量全域视电阻率算法的有效性,也验证了多辐射场源地空系统的优势.

电性源地-井瞬变电磁全域视电阻率定义

地-井瞬变电磁(TEM)方法是在地表发射,探头沿钻孔(井)测量瞬变响应的一种井中物探方法.由于接收探头沿钻孔深人地下,因此能够获得更加可靠的地下目标体信息,尤其当存在低阻覆盖层、浅部矿化等地质干扰,或者勘查深部规模不大之良导矿体时,地-井TEM方法的优势更加明显.相对于磁性源系统,电性源系统发射功率大,辐射面积广,更适合地形复杂地区之深部找矿.本文的目的是研究电性源地-井TEM的近似解释方法,首先给出了层状介质电偶极子在地下的TEM响应,进而通过电偶极子叠加的方式获得了电性源条件下的TEM响应.利用感应磁场与均匀半空间电阻率的单调关系通过反函数定理进行了全域视电阻率定义.理论模型的视电阻率计算结果显示,不同深度测点的视电阻率曲线首支不同,而尾支基本一致.这说明了全域视电阻率是测点周围有限范围内介质的综合反映,所以不同深度测点的视电阻率曲线首支所反映的范围是不同的.绘制了不同时间道视电阻率剖面曲线,以期显示地下电性分布规律.计算结果表明全域视电阻率定义能够基本可靠地反映地下信息,从而为该技术在矿区深部找矿的应用提供有力支持.

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。

瞬变电磁法视电阻率成像的接地网断点诊断方法

为了实现变电站接地网断点无损检测,首次提出将瞬变电磁法用于断点诊断的新方法,在地面上施加一个斜阶跃关断的脉冲信号,通过对接地网感应信号的检测,反演计算视电阻率并快速成像,从视电阻率断面图中直观诊断接地网断点故障情况。采用Ansoft Maxwell软件正演计算接地网瞬变电磁响应信号,通过接地网完好与存在断点两种情况的视电阻率成像图对比,说明方法的可行性。在变电站开展接地网断点诊断实验,结果充分论证了方法的有效性,作为一种简便、高效的接地网断点无损检测方法,可用于工程实际。

基于等效磁偶极子的定源回线瞬变响应计算方法及视电阻率定义

为求解定源回线内不同位置瞬变电磁响应表达式,提出了将发射源进行分解,等效为不同位置多个垂直磁偶极子,对各垂直磁偶极子源产生的响应进行叠加来获得定源回线的瞬变响应。完成了定源回线内任意点的场值计算,获得了定源回线装置垂直分量瞬变响应值,给出了定源回线装置下的全区视电阻率定义,并在理论模型条件下进行了计算验证。该方法计算速度快,精度高,能够满足计算要求。

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。

计算矩形大定源回线瞬变电磁测深全区视电阻率

介绍了矩形大定源瞬变电磁测深全区视电阻率的计算方法。根据大定源感应电动势关于电阻率非线性变化特点,利用二分法计算感应电动势的全区视电阻率。在此过程中,计算首先从早期感应电动势开始,并将计算得到的视电阻率作为下个窗口视电阻率计算的依据。以此类推,得到全部时窗的视电阻率。理论模型和实际数据的计算结果表明文中提出方法的有效性和正确性。

斜阶跃场源瞬变电磁法的全程视电阻率数值计算

推导了斜阶跃场源激励下采样零时刻在发射电流关断处的均匀导电半空间瞬变响应解析式,分析了斜阶跃场源激励下的磁场、感应电压与视电阻率的对应关系,指出用感应电压定义的全程视电阻率可能存在无解或多解的情况。提出了一种全程视电阻率直接计算方法,将发射电流关断时间作为系统参数参与视电阻率的计算,可以方便地计算出中心回线装置下测量目标的全程视电阻率。理论模型的分析与Electromagnetic Model Analysis软件计算数据的比较证明了这种数值算法的可行性。不同于常规数据校正算法,提出的全程视电阻率直接算法具有更小的误差和更快的计算速度,由于斜阶跃场源技术的成熟,该算法具有一定的应用价值。

全空间瞬变电磁全区视电阻率优化二分搜索算法

将优化二分搜索算法应用于全区视电阻率计算,以期提高计算精度和运算效率。以均匀全空间回线源中心的瞬变响应为基础,探讨全空间磁感应强度垂向分量Bz及其时间变化率Bz/T核函数曲线特征,推导晚期视电阻率表达式。给出全空间条件下由Bz/T数值积分计算Bz的方法,并通过模拟计算对转换精度进行分析。对瞬变延时T一定时Bz和Bz/T相对于电阻率ρ的单调性进行研究,结果表明Bz为ρ的单值函数,满足对ρ二分搜索的条件,而Bz/T为ρ的双值函数,其二分搜索的前提是辅助参数Z在变量ρ的取值区间内恒满足Z≤1.225,并在此基础上对二分搜索的初始区间和具体流程进行了优化。模型算例和应用实例表明,该优化算法计算速度快、精度高,并可同时获得由Bz和Bz/T定义的全区视电阻率ρall和ρ'all。

与强地震有关的视电阻率各向异性变化

研究了27个强地震附近41个地电台的视电阻率变化，在震前1年尺度～短临阶段，在超过95％的台站上与震源机制解最大主压应力方位正交（或近于正交）测道的视电阻率变化最显著，主应力方位（或近于该方位）的测道的变化反之，其物理机理比较清晰．可以确认：在强地震孕育晚期阶段，在震源区及附近视电阻率各向异性变化是客观存在的地球物理现象，在震中区附近可观测之．