基于油气藏两种极化模式的海洋可控源电磁法激电效应研究

海洋可控源电磁法(MCSEM)已日益成为海洋油气勘探的重要方法,但在传统MCSEM的数值模拟和反演解释中,通常考虑的是非极化海底介质模型,这与油气藏会产生激电效应的实际情况并不相符.在前人的研究基础上,本文总结了油气藏产生激电效应的两种模式:外生黄铁矿极化模式和油气藏自身极化模式.在典型的海洋4层地电模型基础上,本文设计了包含外生黄铁矿的海洋6层地电模型.基于这两种模型,通过推导MCSEM一维正演公式,引入Cole-Cole模型,本文分别计算了上述两种极化模式下MCSEM的激电响应,分析了各参数对两种模式下激电响应的影响特征,并对两种极化模式共同作用所产生的激电效应特征做了分析.结果表明,外生黄铁矿极化和油气层自身极化都会产生较明显的激电效应,而激电效应的强弱与观测频率、模型参数和激电参数有关.在相同的激电参数下,外生黄铁矿极化所产生激电效应的影响主要集中在小收发距处,而油气层自身极化所产生的激电效应则主要影响较大收发距处的场值.两种极化模式共同作用的效果相当于两种极化模式分别作用时的叠加.     

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.     

三维大地电磁激电效应特征研究

在积分方程法的大地电磁三维正演模拟中引入Cole-Cole模型研究激电效应特征,对均匀半空间中存在极化体时的三维大地电磁测深响应进行了理论计算,分析了极化参数的影响规律.结果表明:激电效应使观测视电阻率值变低;地下高阻极化体比低阻极化体的激电效应强,特别是极化率大的高阻极化体对大地电磁响应影响大,使观测结果出现假异常.     

SOTEM深部探测关键问题分析

利用阶跃电流源激发可以有效地将一次场和二次场在时间上进行分离,通过时域电磁场近源测深可获得较强的信号和较大的探测深度.基于以往研究基础,作者提出了电性源短偏移瞬变电磁法(SOTEM),并指出需要研究SOTEM深部探测理论、方法和技术等方面的关键问题.根据时变点电荷栽流微元积分理论,推导出SOTEM响应的精确表达式;通过分析SOTEM电场、磁场各分量的响应及分布特征,以及各分量与地层之间的相互作用特点,对高、低阻层的敏感度等,研究SOTEM深部探测能力;研究SOTEM的记录点规则,以及场源复印和阴影效应等附加效应的影响规律及校正方法;通过对模拟及实测数据的分析,研究SOTEM信号受噪声的影响程度以及各种去除噪声的方法;采用曲线精细拟合技术,提高定量反演精度;总结经验并最终形成一套适用于SOTEM的野外工作规程.     

含激电效应的CSAMT一维正演研究

地电体对频率域电磁波激发源的响应为电磁感应和激电效应的综合响应.传统CSAMT法进行数据正反演时认为大地介质电阻率是与频率无关的实数,而实际上因为激电效应,地下可极化体的电阻率是一个与频率相关的复数.为推进二者总体响应研究,并扩展激电法的应用范围,同时提高电磁法勘探的精度,本文基于Dias模型,以复电阻率代替不考虑地电体极化效应的直流电阻率,对CSAMT场源一维层状模型进行了正演模拟,为提取CSAMT信号中所含激电信息提供理论基础.结果表明,考虑激电参数后,视电阻率及相位响应曲线出现明显异常（包括远场、过渡场、近场）;极化前后振幅比值异常峰值、相位差值异常峰值可直观体现激电异常;异常峰值与极化层层厚、埋深以及电阻率变化有连续的对应关系.认为从频率域电磁法信号中提取激电信息有乐观的前景.     

利用CSAMT电磁场响应提取激电效应的方法初探

在传统的CSAMT电磁场一雏正演中加入柯尔-柯尔模型,模拟可极化地电断面的CSAMT电磁场响应.通过对均匀半空间、H型地电断面的理论计算,分析了柯尔-柯尔模型参数对CSAMT的Ex、Hy影响特征.基于电场相对磁场对激电效应的反映更加灵敏,提出分别利用Hy与Ex分量反演电阻率、厚度以及激电参数的方法.反演计算表明,该方法克服了电阻率、厚度、激电参数一同反演时受初始模型影响太大,容易陷入局部极小值的问题,可以在一定程度上提取出合适的激电参数.     

SOTEM数据一维OCCAM反演及其应用于三维模型的效果

本文基于垂直磁场分量研究了SOTEM数据的一维OCCAM反演方法,并将其应用于理论三维数据及野外实测数据的反演.对于大部分一维模型,OCCAM反演可取得较好的反演效果,且反演结果不依赖于偏移距;噪声对SOTEM数据的OCCAM反演具有较大影响,但当信号含噪水平不超过5%时,反演结果仍具有较好的准确性;若浅层存在较厚的低阻层,OCCAM反演结果对下部地层的分辨能力下降,仅能获得具有平均效应的电阻率.将一维算法应用于SOTEM三维数据的反演,会产生较大的误差,尤其是在异常体边缘地带影响最为严重.该影响程度与异常体和背景电阻率之间的差异有关,对于大多数电性近似呈连续变化的真实大地而言,一维OCCAM反演算法仍可获得较好的效果.最后通过陕西某煤田深部富水性调查的实测SOTEM数据反演验证了本文的研究成果.     

不含金属矿物的饱和多孔介质激发极化机理与模型综述

实验室研究发现不含金属矿物的饱和多孔介质激发极化参数受岩石物理特性影响,建立岩心尺度的低频(<10⁶ Hz)复电导率与孔隙结构参数、流体属性等因素之间的定量关系对解释激发极化数据具有重要指导意义.然而,产生激发极化效应的原因还未形成统一的物理/化学过程认识,现有理论未能完全解释激发极化数据,激电参数与多孔介质结构参数之间的定量关系缺少深入的机理研究.为此,本文首先阐述了双电层理论和用以解释激发极化效应的机理,包括Stern层极化、膜极化、Maxwell-Wagner极化和动电效应等;其次,总结了现有激发极化模型研究的最新进展,包括等效电路模型、Stern层极化模型、膜极化模型、等效介质模型等.综述表明：(1)低频激发极化效应的微观机理仍未达成统一认知,在特定条件下,膜极化模型与Stern层极化模型都能解释低频激发极化数据;(2)特征弛豫时间受孔径或粒径控制仍存在争议.     

单斜地形条件对激电对称四极测深拟断面图的影响

激电测深方法是一种典型的地球物理勘探方法.它被广泛应用于金属矿勘探及地下水勘探中.对称四极测深方法是野外激电测深的主要方法之一.理论上,激发极化方法很少受到地形的影响,主要是因为激发极化方法的基础是地下极化体受到激发电流的激发而产生的极化效应,从而产生二次极化电流,极化率与激发电流的大小没有直接的相关性.但在实际的应用中,由于地形条件的变化,可能导致测深装置的装置系数发生变化,人为的因素可能导致测深的拟断面图发生畸变,影响测深结果的解译.作者通过理论模型的推导方法,形象直观的演示了单斜地形条件下,对称四极激电测深拟断面图发生变形的过程.并通过新疆某地钨矿实例,说明了单斜地形条件下,对实测对称四极激电测深拟断面图进行修正的重要性.     

陆地可控源电磁法三维勘探的激电效应影响研究

可控源电磁法(CSEM)的正演模拟与反演解释中常忽略激电介质的影响.本文基于电磁三维正反演开源平台ModEM,分别开展了陆地CSEM三维正反演以及考虑激电介质的陆地CSEM三维正演研究,并与一维模型解析解对比验证了三维计算的准确性.数值模拟结果显示,模型含激电效应与不含激电效应的电场E_x频率响应差异明显,激电效应会导致电场E_x幅值减小、相位增加,且对E_x的影响程度与激电异常体的频谱特性及观测的收发距均相关.合成数据的陆地CSEM反演结果显示,数据中含激电效应会使得反演出的异常体在深度、规模和电阻率值上都与真实异常体存在较大偏差,忽略观测数据中的激电效应会明显影响观测的准确性.本文研究表明当陆地CSEM三维观测资料中包含激电效应时,有必要考虑其影响.     

二维激电中梯数据磁类比拟合反演研究

本文通过柯尔-柯尔模型研究地下不同几何参数的极化椭球体在地表的中梯双频激电响应,从而了解不同产状极化体产生极化率的特征,便于后期交互建模。由理论推导可知,任何具有激发极化特征的地质体在地表产生的激电异常都可近似为一个地下电偶极子的三维空间积分,这个积分形式与磁场正演计算公式一致,这意味着我们可以用解释磁法异常的方法解释激电异常,即磁类比法。只要根据先验信息实时改变模型,使激电正演得到的曲线与实测激电曲线逼近,当拟合差小于均方误差时,我们将最后一次模型近似看作是真实模型,由此获得地下极化体的顶埋深、倾角和几何大小等空间参数。实测数据测试表明,这种磁类比人机交互方法加入矿体的一些已知信息后,其拟合反演结果比自动反演更具合理性。      

时间域航空电磁激发极化参数三维反演研究

时间域航空电磁中心回线(或重叠回线)装置晚期道数据受激电效应影响常出现符号反转现象.这类数据与多个激电参数相关,并且各参数之间灵敏度差异较大,导致反演存在严重的非唯一性.本文提出一种基于Pearson相关性约束和深度学习算法相结合的时间域航空电磁激发极化参数反演策略.该反演策略首先基于深度学习预测时间域航空电磁激电参数,进而给时间常数和频率相关系数一个较小的约束范围后再反演电阻率和极化率,由此大大减少反演的多解性.针对电阻率和极化率的反演,我们采用统计学中Pearson相关系数构建两种物性参数的相关性约束,进一步减少反演多解性.为验证反演策略的有效性,我们对双棱柱模型和拱形模型分别进行反演试算.理论测试结果表明,基于Pearson相关性约束的电阻率和极化率的反演结果比传统的高斯-牛顿反演结果更接近真实模型,而基于深度学习预测时间常数和频率相关系数后的电阻率和极化率反演结果与给定真实时间常数和频率相关系数后的反演结果效果相当.最后,我们对来自澳大利亚的带激电效应的航空电磁实测数据在考虑和不考虑激电效应条件下进行反演,结果表明考虑激电效应的反演无论数据拟合还是地电断面的连续性均得到明显改善...     

航空瞬变电磁法对地下典型目标体的探测能力研究

航空电磁法的探测能力受飞行高度、发射波形、发射磁矩和发射基频等因素的影响,致使不同分量间的勘探能力存在差异.航空电磁如对所有磁场和磁感应分量、on-和off-time数据进行观测和解释,不仅数据量大、耗时长,而且出现大量冗余数据.目前国内针对此问题尚无系统解决方法.本文针对吊舱式直升机航空电磁系统,采用积分方程法求解频率域响应,经汉克尔变换转换到时间域,计算了地下三维目标体的B和dB/dt时间域响应.利用异常体响应与背景场响应作比值,并通过设定响应阀值定义最大勘探深度,进而分析不同发射波形、不同分量以及on-和off-time期间的航空电磁系统的探测能力.基于本文分析手段,可根据实际勘探目标,确定一套探测能力较强的航空电磁最佳参数组合,为野外测量和数据处理提供技术指导,高效完成勘探任务.     

时间域航空电磁法激电效应对电磁扩散的影响

由于激发极化效应的影响,时间域航空电磁晚期道信号经常会出现变号现象.基于电阻率的传统反演方法无法对变号数据进行正确反演,因此通常在数据处理中予以剔除.为深入了解极化介质的电磁扩散特征,认识航空瞬变电磁负响应的产生机理,本文研究时间域航空电磁系统的电磁扩散特征.我们以均匀极化、非极化半空间及层状介质模型为例,通过直接积分的方法求解频率域电场响应,并由欧姆定律得到电流响应,再经过汉克尔变换得到时间域电流响应.通过研究电流随时间在地下极化介质中的传播特征研究电磁扩散过程;通过对比不同激电参数对电磁扩散的影响,研究极化介质中感应电流与极化电流的扩散规律,从而合理地解释极化介质中负响应的产生机理.基于本文研究和分析结果,可加深对时间域航空电磁法中激电效应的认识.     

类中梯装置三维大功率激电成像技术研究（英文）

类中梯装置三维激电成像技术兼顾了激电测深与激电剖面二者的特点,能快捷高效的获得测区三维电阻率及极化率信息,空间分辨率高,探测深度大。本文从类中梯装置的数据采集方式入手,阐述了采用类中梯装置进行三维激电成像的工作方式.建立了一个三维地电模型,采用类中梯装置进行三维正演模拟,并进行反演及成像。数值模拟结果表明,采用类中梯装置进行三维激电成像能较好地刻画实际地电模型的特点。以甘肃省某多金属矿为例,利用阵列式电磁法综合测量系统,进行了三维大功率激电成像技术的应用研究。实际应用结果表明,采用三维激电成像技术,可以多角度、多细节显示测区地下介质电阻率、极化率的分布情况,明确电性突变界面的延展状态,快速圈定成矿有利区。该研究对多金属矿产勘探等领域具有一定的指导性意义。     

激电和电磁效应对三维复电阻率正演结果的影响研究

复电阻率法(CR)又称为频谱激电法(SIP),是一种重要的激电分支方法,在矿产勘查中应用非常广泛.然而,在实际的频谱激电野外观测资料中,总是会受到不同程度的电磁耦合效应的影响.因此,研究同时存在激发极化效应和电磁效应的复电阻率性质,对频谱激电法的实际数据处理具有一定的参考价值.本文首先在均匀半空间条件下,进行了复电阻率法的正演模拟.分析了频率、收发距的改变对视电阻率和视相位的影响.然后在有低阻异常体存在情况下,同时采用三维积分方程法和三维有限差分法,研究了不同条件下视电阻率和视相位的变化.最后,根据对正演模拟结果的分析,总结出不同程度的电磁耦合效应对视电阻率及视相位的影响规律,为准确分析异常提供了依据.     

从CSAMT信号中提取IP信息探讨

CSAMT信号数据进行反演时,认为电阻率是一个与频率无关的实数,而实际上因为激电效应,地下可极化体的电阻率是一个与频率有关的复数.从CSAMT信号中提取激电信息可以加大激电法的使用范围,并可以提高CSAMT法勘探的精度.本文总结了国内外在这方面研究现状,介绍了从CSAMT法信号中提取激电信息的基本原理,并提出了未来值得深入研究的几个方面.     

分布式三维电法研究进展

自然界中几乎所有的地质结构都是三维的,尤其是对于矿体形态变化很大的金属矿,常规的二维电法探测很难准确刻画其三维形态,另一方面,极化率参数对硫化物金属矿的反映更为直接有效,因此开展三维电法工作获取电阻率和极化率三维形态,是深部矿产资源探测的迫切需求,也是当前电法的发展方向.本文从原理、装置、硬件系统、反演方法及软件等方面,介绍了分布式三维直流电法勘探研究进展.通过对TITAN-24、NEWDAS和IRIS分布式系统的特点及其应用实例分析,发现由于同时观测不同方向的电性参数,大大提高了横向分辨率;大功率、大极距的采集方法,有效加大了勘探深度;分布式的测站布设,提高了工作效率;采用全波形记录前提下,在干扰严重的老矿山周边,仍能采集到有效的电法数据,为危机矿山的深、边部找矿开辟了新的途径.     

洛宁七里坪多金属矿直流激电测深方法的应用效果研究

直流激电测深方法的应用,使得物探技术变得更加简捷、高效和经济。本文介绍了直流激电测深技术在洛宁七里坪多金属矿勘探中初步研究与应用结果,讨论了该技术的原理和操作方法,详细阐述了该技术应用于矿产资源勘察的技术原理与科学依据、操作装置与数据采集、观测仪器与系统控制、数据处理与层析算法、极化方式与参数计算、技术特点与注意事项等。     

电性可控源导线长度对深部三维异常体响应的影响

电性可控源导线长度是可控源勘探中的重要参数.本文借助有限差分法对三维异常体进行正演模拟,讨论了可控源导线长度对三维可控源异常的影响.计算了深部低阻异常体和高阻异常体的异常变化情况.从数值结果可以看出:(1)Ex分量和Hy分量场值大小与源长度的变化近似成正比;(2)当源长度增加到收发距的二分之一时,源中心点处的Ex分量和Hy分量场值增加倍数明显小于远离中心点处的场值增加倍数,进而对异常形态产生影响;(3)源长度的变化对于阻抗视电阻率没有影响.从而总结出电性可控源长度对于深部三维异常体响应的影响规律.