水下火眼金睛--国家"863"计划海底大地电磁探测与电磁成像技术

“九五”至“十五”期间，国家“863”计划连续资助中国地质大学（北京）开展对海底大地电磁探测与电磁成像技术的研究。经数年努力，终于取得技术突破。由邓明教授所率课题组研发的海底大地电磁仪成功进行了国内首次海陆联合大跨度多点位大地电磁同步采集试验，布置并完成了我国海域第一条具有实际地质意义的海底大地电磁探测剖面，填补了中国在该技术领域的空白。     

大地电磁二维正演响应特征试算

采用基于有限差分的大地电磁二维正演程序,分别对单个低阻异常体、高低阻复合异常体和断层两侧高阻异常体模型进行了模拟计算,对比TE、TM视电阻率和相位特征以及TP振幅的响应规律进行模拟归纳并且总结出大地电磁二维正演的响应特征,为大地电磁方法的设计和数据解释提供参考与借鉴.通过计算结果表明:在二维大地电磁测深正演响应特征中,TE、TM视电阻率和相位以及TP幅值展现出不同的形态,其中TE模式可以更好地分辨纵向地质体异常,TM模式可以更好地分辨横向地质体异常.     

磁化率对大地电磁响应影响异常规律研究

为探究地下介质的磁化率性质对大地电磁观测数据的影响,本文在常规大地电磁的正演过程中引入磁化率这一物性参数,利用有限单元法实现了同时考虑电阻率和磁化率的二维大地电磁正演算法。通过建立不同模型进行正演计算,详细分析了磁性体的磁化率值、背景电阻率值、埋深等参数对大地电磁正演结果的影响,总结出两种判定地下磁性体是否会对大地电磁数据产生影响的方法：若已知地下磁性体的规模,可根据磁性体的埋深与边长的比值系数判定;若未知地下磁性体的规模,可根据地磁测资料磁异常的幅值变化判定。     

基于ZYNQ处理器的射频大地电磁采集仪器研发

研发基于ZYNQ处理器的ARM嵌入式天然场射频大地电磁法信号采集系统。该系统集成了采集控制模块、数据读取模块和数据滤波模块,采用FPGA高速逻辑门电路、FIR滤波器以及ARM嵌入式系统等技术手段,实现RMT信号的采集、传输、滤波和存储。仿真和对比试验结果表明：该系统性能稳定,滤波模块阻带衰减大于70 dB,系统采集的数据反演结果精准,能提供高精度地质信息,所设计的信号采集系统能够为国产化射频大地电磁法勘探设备研发提供一种技术方案。     

二维MT电阻率与磁导率同时反演研究

开展了同时考虑介质电阻率与磁导率变化的大地电磁二维正则化反演问题研究。不考虑位移电流影响的大地电磁勘探,电阻率与磁导率是影响观测电磁场的主要物理参数;考虑岩石的电阻率变化范围相比磁导率大的多,所以大地电磁反演解释常常只考虑电阻率;然而,二维正演模拟表明,当地下介质含有较多铁磁性矿物时,磁导率的局部异常体对大地电磁观测的影响不能忽略。因此,开展了同时反演电阻率与磁导率的正则化反演,建立了同时反演两个参数的正则化反演目标函数,并通过高斯-牛顿法对正则化目标函数进行最优化求解;采用模型空间到反演空间的函数映射技术,将电阻率与磁导率限定在具有实际物理意义的变化区间,并通过双共轭梯度稳定算法求解高斯-牛顿系统,以确保反演稳定性。对合成数据与实测数据进行了反演,表明从大地电磁数据可以恢复地下介质磁导率,开展磁导率与电阻率的同时反演提高了反演效果,丰富了数据解释依据。     

综合物探解释在雪峰山盆-山过渡带油气勘探中的应用

综合利用大地电磁、重力、磁力物探资料,以地质理论为指导,将油气模型的大地电磁(MT)正反演计算作为地质-重磁电物探综合解释的关键环节,以古生界有利储层为主要研究对象,开展雪峰山盆-山过渡带综合物探解释工作和研究。结果表明雪峰山盆-山过渡带内下古生界作为区域性有利储层,早期背斜因受后期构造改造破坏严重,断裂较发育,导致油气逸散;而向斜构造内古生界保存完整,有利于油气运移、储集和保存。雪峰山盆-山过渡带内油气勘探应以构造改造较弱的宽缓向斜为主,以下寒武统碳酸盐岩为主要储层的海相油气成藏组合具有一定的油气勘探开发潜力。     

大地电磁测深正演和反演研究综述

从正演和反演理论出发, 分别对大地电磁正演和反演方法进行研究。首先论述大地电磁测深正演和反演方法发展现状, 并按照一定的标准对其归类。然后简要阐述不同电磁正演和反演方法的原理, 对比分析不同正演和反演方法的优势、局限性、适用范围以及改进方法。最后通过对正演和反演发展趋势的分析表明, 三维正演研究及全局寻优的非线性反演结合多参数联合反演方法将成为未来的主要发展方向。     

CSAMT法在新疆焉耆盆地铀矿勘查中的应用

根据新疆焉耆盆地铀矿勘查中的勘探深度要求和测区的电阻率及地形特征,采用了可控源音频大地电磁法(CSAMT)进行勘查.对野外采集的数据进行静态校正等处理后,以卡尼亚电阻率和阻抗相位断面图为辅助资料,利用1D和2D反演电阻率断面图进行了地质推断解释.最后根据对断裂构造、构造单元划分等的推断解释资料,制成了新疆焉耆盆地CSAMT测量综合成果图,为在新疆焉耆盆地进一步的铀矿勘查提供了重要依据.     

物探技术在矿井水防治中的应用研究

矿井瞬变电磁法以及矿井地震波技术应用到煤矿超前探测中,能有效探测巷道前方地质体的空间特征。彭水矿区芦塘煤矿水文地质条件复杂,岩溶发育,文中针对该矿+510 m水平运输大巷底板揭露的落水洞,采用矿井瞬变电磁法以及矿井地震波技术对其进行区域物性探测,介绍了探测点的具体布置方法,对采集的数据进行处理,根据物性异常特征进行地质解释,有效地查明了落水洞及岩溶裂隙的空间展布情况,并作出富水性评价,为该矿井水害防治提供了依据。     

PC104嵌入式计算机在海底大地电磁信号采集中的应用

为了观测海底大地电磁数据,设计了海底大地电磁探测仪器的智能化方案,即以性能优良的PC104嵌入式计算机作主控单元,编制采集驱动程序,采用合理的硬件接口电路,在非实时监控的运行环境下采集整个海底大地电磁信号.用该仪器系统能记录水深在100m以下的极其微弱的海底大地电磁信号测量数据表明,此信号是海底在地球物理场的真实反映.     

大地电磁全频段偏移成像结合反演技术

在提出的改进的有限差分法大地电磁场偏移成像技术基础上,进一步研究了全频段偏移成像技术,使成像信息得到了丰富完善,提高了分辨率,并推进到了适用于复杂地电模型和实际资料处理解释的阶段.以此为基础通过成像结果建立新的地电模型,结合有限元正演的特点并利用模拟退火全局寻优算法,实现了成像结合反演的计算过程,将形态与参数反演结合了起来,进一步提高了反演的精度.通过对江苏北部地质构造复杂地区实际资料的偏移成像结合反演处理和解释展示了该方法的有效性和实用性.     

重磁震平面统计建模反演技术的理论探讨

目的 为重磁震的平面联合统计建模反演提供理论依据与方法基础,力图将国内目前占主导地位的重震、磁震剖面的单项理论建模反演推进到新的层次。方法 基于场论,以独立地质系统为控制单元,把重磁震共存的物性界面深度作为与其一一对应的极值重磁异常的二元复合逆函数,利用差值趋势面分析,按单元在空间(波数)域内逼近其逆函数的泰勒(傅立叶)级数分布,建立重磁震联合反演的随机地质模型。结果 重磁震平面统计建模反演技术,成功应用于胜利油田新区和潜山区的油气勘探实践,编绘出仅靠地震难以成图的深层构造图。结论 随着高分辨率重磁界面识别技术的不断提高,该项探索性研究成果有望推进综合地球物理联合建模反演技术的发展。     

基于二维高密度电阻率勘探数据的三维反演及应用

针对目前高密度电阻率法所采用的数据处理方法主要是把地质结构体视为二度体进行二维处理,从而二维数据资料处理结果只是一种近似解释,其计算精度与反演效果达不到精确反演的要求,设计一种典型的地质体模型,利用有限单元法进行正演计算,对含有高斯随机误差的各测线二维正演数据分别进行高密度电阻率法二维、三维反演,对比二维和三维的反演结果.最后在广东某场地采用高密度电阻率法对岩层划分,利用二维勘探的数据进行二、三维反演.研究结果表明:三维反演受高斯随机误差的影响更小,反演结果与实际地质模型更接近;三维反演在岩层划分中更能凸显岩层分界面区域,岩层的空间分布及岩层、覆盖层的整体连续性能更真实地体现,与钻探结果吻合程度更好.     

高磁三维反演在格尔木市那陵郭勒河西铁多金属矿区的应用

青海省格尔木市那陵郭勒河西铁多金属矿区地处柴达木盆地西南缘半干旱荒漠化草原区,第四纪分布广,厚度大,高精度磁测是本区主要的找矿方法之一。磁法勘探中对磁异常的定量解释主要有二维反演和三维反演。三维反演是基于计算机技术的发展而被采用的一种定量解释方法。本文利用三维反演方法对本地区磁测资料进行解释及资料分析,说明三维反演在本地区磁测资料解释及指导找矿方面有很大的优势。     

一种改进的二维MT预条件非线性共轭梯度反演方法

在大地电磁反演方法中反演精度与计算效率问题是一对矛盾,高斯牛顿类方法反演精度高但计算效率低,非线性共轭梯度类方法计算效率高,但是反演精度不如高斯牛顿法高。在前人研究的基础上,提出一种改进的预条件非线性共轭梯度法,通过构建性状更接近高斯牛顿Hessian矩阵的预条件算子提高反演精度和计算速度。同时采用正则化参数的自适应更新算法保证反演稳定性和反演精度的平衡。模型实验验证了该方法的正确性。与其他方法的对比结果表明,该方法在保证反演精度的同时,提高了计算效率。对中国西部某地的实测MT数据进行处理解释的结果表明,该方法在解决复杂构造问题方面具有较高的实用价值。     

可控源电磁法倾子响应的三维正演

为克服天然场源的大地电磁磁场信号弱、易受电磁干扰、倾子资料计算难度大等不足,提出了可控源电磁倾子资料观测、处理与解释方法。通过可控源频域电磁法三维正演的磁场三分量,依据倾子定义计算了三维异常体在地面的倾子参数,绘制了异常体上方不同测点的倾子振幅、相位、实部与虚部曲线及纵、横剖面。结果表明,与场源平行的剖面上倾子响应的振幅、实部与虚部对地下横向不均匀异常体边界反演灵敏,能够有效反应出地下电性异常体重要信息,并且能够正确的与正演模型相吻合;倾子响应横切片图中表明,倾子相位能够显示地下电性异常体的位置,并能够很好的确定异常体的中心;研究不同频率条件下,地下电性异常体的倾子响应特征,发现倾子资料具有测深的功能。可见可控源电磁法倾子资料能够用于地下地质构造的解释,并能准确划分异常体边界的确定中心位置。说明可控源倾子电磁法有着很好的理论基础,具有良好的应用前景。     

太阳磁场磁性指数对东亚夏季风的影响

根据太阳黑子相对数建立了1850~2011年太阳磁场磁性指数序列,并分析了其变化规律与特征,应用SLP和NCEP/NCAR资料归一化得出相对应年代的东亚夏季风指数以及东亚地区的海陆温度变化趋势,基于Morlet小波分析法对太阳磁场磁性指数和东亚夏季风的相关性做了相应的分析,并在此基础上分析了太阳活动影响东亚夏季风的途径。结果表明:海陆温差的变化是太阳活动影响东亚夏季风的主要途径;从1972年开始东亚地区海陆温差大幅度减小,随之东亚夏季风也存在较大幅度的减弱并与太阳磁场磁性指数呈负相关;且太阳磁场磁性指数与东亚夏季风存在相同的22年和40年层次周期。     

鄂尔多斯盆地奥陶系侵蚀沟谷及顶面形态识别

目的鄂尔多斯盆地下古生界奥陶系风化壳侵蚀沟谷及顶面起伏形态识别。方法综合分析储层地质及地震波形特征,有效识别奥陶系风化壳侵蚀沟谷,利用基于沉积模型的地震反演处理和精细解释方法,高精度识别奥陶系风化壳顶面起伏形态。结果ZB区奥陶系风化壳侵蚀沟谷及顶面起伏形态的识别解释结果与地质综合研究成果基本吻合;开发井的预测结果与实际钻井结果符合程度高,并取得了良好的应用效果。结论奥陶系风化壳侵蚀沟谷和顶面起伏形态的有效识别为马五1 2(O1m51 2)地层厚度、储层物性及含气性预测提供了可靠保证,为气田开发部署和井位优选提供了决策依据。     

基于有限元数值模拟的直流电阻率激电找矿探测技术

为提高直流电阻率激电探测成果地质解释准确性,促进直流电阻率激电在找矿勘查中的应用,采用有限元数值模拟对直流电阻率激电探测中低阻高极化体、直立板状体、低阻盖层、高阻盖层、地表不均匀体、地形起伏及实测数据反演解释几个主要方面进行了对比分析。研究结果表明,对于实际勘查中的反演解释结果,根据异常特征构建地质体模型并进行有限元数值模拟,能快速判别探测目标体异常属性、区分虚假异常,提高定量解释水平及找矿勘查效率。研究结果为直流电阻率激电找矿探测定量解释提供了参考。     

多参数约束反演系统的原理和方法

文章论述了包括测井反演、宽带约束反演和岩性约束反演在内的多参数约束反演的理论。其中测井反演不仅提供用于地质解释的参数，还把它作为宽带约束反演的初始模型及约束条件；宽带约束反演利用阻尼广义道方法和最优化计算方法，提供宽频带的高分辨反射系数剖面，最终获得宽带波阻抗模型。利用以上资料，进行岩性约束反演，可得到与井对比的孔隙度等岩性参数剖面，最终获得过井储集层地质剖面。