频率域电磁法正演技术最新进展

简要介绍了两种应用于频率城电磁法正演领域的最新技术--电磁势和拟解析近似技术.它们的突出特点是有效地提高了地电模型中存大较大电性差异界面时的电磁场的正演速度和精度.为研究不同地电条件下电磁场空间分布规律,为反演技术实用化,提供了有力工具.

基于电导率加权平均法的频率域航空电磁三维谱元正演模拟研究

三维电磁正演算法的精确性和有效性对于实测电磁数据的反演和解释至关重要。近年来,谱元法逐渐被应用于三维电磁正演中,其中基于规则/形变六面体网格的谱元法在航空电磁正演模拟中的效果已得到了验证。然而,常规谱元法在处理每个离散单元时,通常赋予其单一的物理属性,导致在模拟复杂模型时仍需采用精细网格以满足模型离散需求,对复杂模型的适用性存在不足。鉴于谱元法基函数的高阶性,提出了一种基于电导率体积加权平均的谱元法。该方法将物理模型离散化与数值网格离散化相分离,实现了对单元内物理属性变化的精细描述,同时避免了正演方程未知数数量的增加。以频率域航空电磁三维正演为例,对改进的谱元法的精度与效率进行了分析。数值算例结果表明,改进的谱元正演算法能够在保证不低于常规正演算法精度的前提下,减少所需的自由度,从而提高计算效率。

2.5维频率域可控源电磁法水力压裂监测正演模拟

水力压裂技术在非常规油气资源开采过程中发挥着重要作用,水力压裂监测对指导生产具有重要意义。目前广泛应用的微地震监测不能准确获得水力压裂的有效压裂体积参数,而电磁法对低阻体反应灵敏,可以用来监测裂缝的空间特征和扩展范围。采用频率域可控源电磁法(CSAMT)对水力压裂模型进行了正演数值模拟,详细推导了2.5维CSAMT有限元计算方程并实现了正演数值算法。通过数值解与解析解的对比,验证了算法的可靠性。分别对发射源靠近井口和发射源远离井口两个水力压裂模型进行了数值模拟。为了考察压裂前、后的相对变化,分别求取了各压裂段与仅含套管时的视电阻率相对差异和相邻两个压裂段的视电阻率相对差异。研究结果表明,随着压裂进程的持续,视电阻率的相对差异曲线的极值会朝着裂缝新生成的方向发生偏移,其移动的范围与裂缝的位置具有良好的对应关系,故可以根据视电阻率的相对差异曲线极值的位置对裂缝进行大致定位。根据对视电阻率残差拟断面图的分析可知,在裂缝所对应的位置处,视电阻率产生了足够大的残差数值,虽然由于场源的影响,异常区域的中心与裂缝的中心位置并不一一对应,而是稍微偏向裂缝远离场源一侧的方向,但是可以根据相邻两个压裂段的视电阻率残差结果对裂缝的位置进行初步定位。研究结果表明,频率域可控源电磁法对于水力压裂的裂缝定位是可行的,可以为水力压裂电磁法动态监测提供理论方法和技术支持。

四叉树网格线源频率域电磁法二维正演研究

可控源电磁法正演面临的问题,主要表现在源的奇异性和边界条件的处理困难.本文首先利用面积分将源的模拟精度转化为网格的离散精度,然后利用四叉树网格局部任意加密的特性,有效解决了奇异源模拟精度不高的问题.由于大地中的电磁场迅速衰减,在距源很远的侧边界,地下的电磁场主要是由空气中的电磁场感应产生的,而非从源经由大地传播而来,因此在地中使用一维平面波侧边界条件比一阶吸收侧边界条件更为合理,精度更高.通过算例分析,我们还发现空气侧边界的场强叠加了大地介质感应的二次场而显著改变,因此空气侧边界使用基于一次场的一阶吸收边界条件,是导致线源正演边界处计算精度不高的主因.本文中,我们使用四叉树网格将边界发散式向外扩展,以较少的网格覆盖更大的边界区域,来确保核心区的计算精度.研究还发现,线源全区视电阻率能较好地反映地下电性结构的变化,且趋势形态与大地电磁卡尼亚视电阻率相似,使用成熟的大地电磁反演技术对线源全区视电阻率进行反演,可以得到地下电性结构较好的近似模型.特别是倾子计算的全区视电阻率也能反映地下结构的变化,这为无电场观测的地下结构探测提供了可能.但二者之间仍存在差别,线源全区视电阻率还具有一定的几何测深能力,需开发基于线源全区视电阻率正演的二维/三维反演技术.

频率域航空电磁法一维正演与探测深度

计算了偶极一偶极方式均匀半空间的频率域航空电磁响应及层状模型的相对异常响应，阐明了大地电导率、磁化系数，以及飞机飞行高度、探测装置、收发距对电磁响应的影响，计算结果说明了频率域航空电磁法的探测能力和探测条件．分析了三层模型的相对异常响应，给出了基于层状模型确定探测深度的方法．在水平共面方式下，收发距8m，飞行高度30m时，在3～4ppm噪声水平条件下，100Ωm大地探测深度为120m．

频率域海底电磁法三维正演研究

为了研究频率域海底电磁法在油气勘探中的可行性,根据海底电磁法的观测特点,建立海底三维地电模型,采用频率域FDTD三维正演模拟程序,计算不同参数时频率域电磁响应,获得了不同模型、不同频率下电磁场的响应。

海洋油气勘探中电磁法频率域2.5维正演研究

以南海某海盆为背景,根据地震资料圈定靶区,用2.5维频率域正演程序进行数值模拟,用距海底150 m的水平电偶极子源激发0.01~1 Hz的低频电磁波,海底沉积层的异常区域填充海水、油和气等不同电阻率介质,采用沉底式观测装置观察其沿偶极方向的电场响应。结果表明,海洋2.5维频率域电磁法可以较为清晰地区分海底油气和水等高阻异常,将不同发射频率的电场响应等值线图叠放在一起,可以确定在一定电阻率假设下,分辨率最好的发射频率。与三维电磁法和一维电磁法相比较,2.5维正演在有效性和效率方面都有较大的优势,可为以后实际海洋油气勘探工程实践提供技术指导和设计参考。

频率域井地电磁一维正演快速模拟方法研究

频率域井地电磁方法是指在井中供以交流电在地面接收电磁响应的一类电磁勘探方法。本文提出一种层状介质模型的井地电磁响应的推导方法,首先推导地表水平电偶极源在层状介质中垂向电磁场的响应公式,再沿垂直导线方向进行积分,根据互换原理得到地下垂直有限长导线电流源的井地电磁响应的解析公式。对于地下层状介质中任意深度和长度的垂直有限长线电流源的井地电磁响算法应该均可计算,在保证计算精度的前提下,具有计算量小、计算速度快的优点。论文给出采用不同方法计算均匀半空间模型的井地电磁响应的模拟结果的验证及计算精度和计算速度的对比,算例结果表明利用互换原理推导的井地电磁响应公式正确。

频率域航空电磁法人机交互式二维正演研究

研究了频率域航空电磁法的电磁场理论、边界条件、有限元单元法求解等内容,重点介绍了网格剖分原理,实现了人机交互网格剖分软件以及二维有限单元数值模拟算法。通过二维数值模拟计算,了解了圆柱体模型的响应曲线特征,提高了频率域航空电磁数据的解释水平。

时间域航空电磁法一维正演研究

基于电磁勘探理论 ,导出了层状大地条件下时间域航空电磁法 (偶极 -偶极装置 )的正演计算公式和算法 ,编制了相应的计算机程序 ,对若干典型地电断面作了正演计算 .计算结果说明时间域航空电磁法的探测能力和探测条件 ,进而为时间域直升机航空电磁系统的设计方案提供了依据 .

基于拟态有限体积法的频率域可控源三维正演计算

大规模地球物理电磁数据的定量解释需要发展高效、稳定的三维正反演算法.本文通过求解离散化的三维电场矢量Helmholtz方程,实现了基于有限体积法的频率域可控源电磁(CSEM)三维正演算法.为模拟具有强电性差异的三维电性介质,该算法采用拟态有限体积法(MFV)对Maxwell方程组进行离散化;另外,为获得稳定、高精度的正演数值结果,采用直接矩阵分解技术来求解离散所得到的大型稀疏线性方程组.对于具有多个发射源的CSEM测量来说,一次矩阵分解结果能够用于同频率下所有场源的正演计算.为降低场源奇异性及边界条件对数值精度的影响,采用虚拟场源校正技术,避免了散射场公式中在构建场源项时所需的大量时间.对于具有多个频率的CSEM的模拟计算,采用分频并行策略来加快三维正演计算.最后,通过与一维层状模型及三维模型的数值结果的对比验证了本文所开发的正演算法对频率域CSEM模拟计算的准确性及有效性,表明该正演算法能够有效应用于三维介质的数值计算.另外,对于多频率CSEM的并行测试结果表明基于分频并行策略的并行计算能够显著地降低正演计算时间.

起伏地形下线源频率域电磁场二维正演模拟

为了研究地形对线源频率域电磁测深测量结果的影响,本文介绍了起伏地形下的线源频率域电磁场的二维正演模拟方法.在正演模拟过程中采用有限单元法,首先为了模拟起伏地形,用三角形单元对研究区域进行网格剖分;然后再对每个单元进行线性插值、积分、总体合成;最后通过求解线性方程组得出地表的电磁响应.文章最后给出了山谷与山脊模型的数值模拟结果,通过模拟结果的对比可知:下凹地形对线源频率域电磁测深测量结果的影响小,而上凸地形则对线源频率域电磁测深测量结果的影响较大.

频率域电磁法正反演在地下管线探测中的应用

频率域电磁法(FDEM)是目前被广泛应用的地下管线探测方法。开展FDEM正演模拟有助于理解地下管线探测的方法和原理,目前FDEM反演方法在超深金属管线探测和相邻平行管线探测中应用效果显著。本文正演模拟单根载流管线、双根平行载流管线、水平磁偶极子的磁场水平分量分布,回顾FDEM反演方法在管线探测中的应用进展,并结合探测实例验证FDEM反演能够实现对超深金属管线探测。

频率域海洋电磁法一维正演响应特征研究

海洋可控源电磁法(CSEM)是目前在海洋中进行找油气资源等矿产的常用电法勘探方法,它采用人工可以控制的场源作为激励源,测量海底电磁场值。相对其他电法勘探技术,海洋CSEM具有探测深度范围大、破坏性小、实施简单、适应性强、探测准确等特点。然而,海洋电磁理论是建立在水平发射偶极的基础上,由于自然因素(诸如海底洋流作用、海风等)的影响,海洋可控源发射偶极可能不能按理论设想进行工作,造成测量数据与理想状态的水平电偶极子的电磁响应有较大的偏差。本文以合理设置相关参数及分析各种影响因素为目的,利用所建立的相关一维模型得到的理论数据对影响因素进行了深入分析,并为合理选取各相关参数提供了依据。

频率域可控源电磁法三维反演进展

频率域可控源电磁法(FCSEM)是一种基于人工源激发的地球物理勘探方法,比大地电磁探测有更强的扛干扰能力,比重磁勘探有更高的分辨率。因此在地球物理资源勘探领域中发挥着关键的作用。FCSEM反演方法的研究及其算法稳定性、有效性和计算效率,一直都是近年来的热点。本文主要介绍了可控源电磁法三维反演数值模拟技术,进展,以及相关解算法的应用,并对各种方法的特点作了比较分析,最后对FCSEM进行了总结,并给出了未来的发展方向。

基于LSCG法和波数补偿的频率域二维地震正演模拟方法

在地震勘探中,地震正演模拟是非常重要的技术。与时间域正演相比,频率域正演速度快,计算效率高。如何高效准确地完成频率域正演计算是目前该领域的一个重要问题。数值频散问题和如何提高计算效率降低求解分解阻抗内存占用量一直是频率域正演所需要解决的问题。与传统的直接法求解阻抗矩阵的频率域正演方法不同,本文采用最小二乘共轭梯度法(LSCG法)求解阻抗矩阵进行频率域正演,并提出了一种波数补偿的表达式来压制数值频散现象。经过简单模型和复杂模型的数值测试,采用最小二乘共轭梯度法(LSCG法)求解阻抗矩阵进行频率域正演能够有效降低计算时间,且采用波数补偿的频率域正演方法能够有效压制数值频散现象,提高波场模拟精度。

频率域航空电磁数据的加权横向约束反演

传统的一维反演技术已经被广泛应用于航空电磁数据解释中.然而,利用单点水平层状介质模型模拟地下复杂地电结构有时会遇到困难.突出表现在反演参数的横向不连续性,即使相邻测点的反演结果也会出现突变.本文针对航空电磁直升机吊舱系统可进行密集采样,相邻测点地下电性结构应具有某种程度连续性的特点,研究航空电磁数据横向约束反演理论,并提出参数加权约束方法.首先阐述频率域航空电磁正演和加权横向约束反演理论,着重介绍这种拟二维反演方法的基本原理和实施步骤,以及将该方法成功应用于频率域航空电磁数据反演处理的方法技术.最后,通过对理论和实测数据反演处理,并与传统的一维反演结果进行对比,验证加权横向约束反演方法的有效性.

线源频率电磁测深二维正演(一)

随着频率电磁测深（包括可控源声频大地电磁测深ＣＳＡＭＴ）的深入发展，必然要进行三维情况下的研究。

我国频率域航空电磁法仪器系统研制回顾与展望

这里从仪器硬件角度出发,简单回顾了物化探研究所航空电磁法仪器系统的发展历程,介绍了最新的三频航空物探(电/磁)综合测量系统的技术特点,在分析国内外频域航空电磁法仪器发展趋势的基础上,针对三频航电系统,提出了数字化及扩频的技术改造意见。

地空频率倾子测深法及一维正演特征分析

为了充分利用地空频率域电磁法的三分量磁场信息,参照大地电磁法倾子测量技术,提出了一种地空频率倾子测深方法。首先,从水平电偶极子在一维层状介质中的全空间磁场公式出发,推导了地空频率倾子两个分量T_(x)、T_(y)的表达式,并通过快速汉克尔变换实现地空频率域倾子响应的一维正演;然后,对典型层状模型进行一维正演模拟,分析地空频率域倾子响应特征。通过分析均匀半空间模型和一维层状模型的正演结果,得到如下结论:(1)倾子响应整体沿场源方向及其垂直方向对称,同时存在场源畸变和过渡带畸变效应;(2)随收发距增大,倾子响应形态基本保持不变,幅值快速减小;(3)飞行高度变化时,倾子虚部幅值保持不变,实部幅值快速减小;(4)通过测量不同频率的倾子响应能够有效研究地下介质电阻率的垂向变化;(5)地空频率倾子测深法应在远区观测,可尽量避开畸变效应区,并合理选择T;和T;分量进行解释。文中模拟分析证明了该方法的理论可行性和有效性,为地空电磁法提出一种可能的发展方向。