海底电性源频率域CSEM勘探建模及水深影响分析

为了探索我国海域油气和水合物等高阻目标体CSEM勘探的可行性和方法技术,本文研究了在海水中水平电性源激励下有限水深海洋地电模型的频率域电磁响应,为进一步的1D和3D仿真计算奠定了理论基础.在推导电磁响应公式时,首先给出了各层介质的Lorentz势,然后根据Coulomb势与Lorentz势的关系,得到了各层介质的Coulomb势.各层介质中的电磁场均可以由Lorentz势或者Coulomb势计算得到,但在有限元计算时Coulomb势具有优势.长导线源的电磁场和势函数可以由电偶源的电磁场和势函数沿导线长度积分得到.文中具体给出了海水中水平电偶源和长导线源在海水层的电磁场公式,并根据该公式计算了不同水深环境下海底表面的电磁场分布,分析了海水深度对海底油气储层电磁异常的影响.结果表明,随着水深减小,异常幅度和形态特征发生明显变化.当水深很浅时(如50 m),只有同线方向的Ex和Ez两个电场分量存在明显异常.最后,以两个已知海底油田为例,计算了不同水深环境下可观测到的电场异常,展示了电性源频率域CSEM在海底勘探中(包括浅海环境)的良好应用前景.对于该方法实用化过程中还需进一步解决的问题,文中结尾部分也进行了初步探讨.     

利用瞬变电磁技术进行地下水资源勘察

为解决内蒙古白旗地区水资源严重短缺的问题,采用瞬变电磁技术进行水资源勘察.本文通过分析平原地区含水层的矿化度和孔隙度对岩石电阻率的影响,得出在内蒙古干旱牧区浑善达克沙地的含水砂砾岩电阻率值为75~150 Ω·m之间变化.以导电球体为模型来计算地下含水层异常的可分辨时间窗口,确定该区地下含水层异常出现最大值的探测条件.瞬变电磁技术在结合已知自流井的电性差异基础上,可以对地下水的含水层和含水深度进行准确勘察,确定新的水井5位置,经钻孔验证喷水量达到每小时100 m3以上,满足白旗供水需求.验证了瞬变电磁技术在地下水资源勘察中的有效性,为西部地区水资源的评价提供了重要的技术依据.     

半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计

半航空频率域电磁探测方法(semi-airborne frequency domain electromagnetic method, 简称SAFEM)通常借助水平线圈传感器观测垂直分量磁场信号.然而, 在实际探测过程中, 观测单一分量磁场信号不仅缺失水平分量磁场信息, 并且在磁场响应畸变区域难以校正, 造成视电阻率解释结果精度低、误差大等问题.为此, 本文设计并研制了一种能够用于SAFEM探测的三分量空心线圈传感器, 采用三组相互垂直的接收线圈分别接收三个分量的磁场信号.首先, 为满足旋翼机载重要求, 设计0.5m直径的小尺寸圆形线圈用于接收垂直方向磁场, 两个0.01m边长的方形线圈用于接收水平方向磁场, 并对三组线圈的互耦情况进行分析, 确定了线圈的最佳相对位置.其次, 针对线圈传感器的物理结构特点, 综合线圈的寄生电阻、电感和电容值大小的分析结果, 确定最终的物理结构参数.进一步地, 通过分析不同阻尼状态下的传感器及前置放大电路的频率响应特性, 确定了最佳的阻尼系数调节范围.在此基础上, 设计了带有阻尼状态调节的低噪声差分前置放大器电路作为SAFEM信号调理模块.最后, 开展屏蔽室测试实验和野外探测实验验证三分量线圈传感器的可靠性.屏蔽室内对比测试结果表明, 小尺寸的三分量线圈传感器带宽能够满足探测需求, 能够提供与商用传感器相当的灵敏度和测量准确性.在野外探测实验中, 使用该三分量线圈传感器获得了实验场地的三分量磁场响应信号, 进一步证明了该三分量传感器的有效性.

     

基于WSN的分布式节点地震仪分层通信网络

针对深部探测对节点地震仪器提出的质量监控和数据现场回收要求,本文设计了基于WSN的三维地震勘探分层通信网络.分层网络由骨干网和多跳网两个网络层构成:骨干网使用LTE技术与监控中心进行数据交换,并实现了链路带宽的合理分配与大范围的信号覆盖;多跳网结合地震勘探的特点,使用私有路由协议和数据传输协议完成了仪器的组网与数据的接力式传输.测试结果验证了组网协议的设计正确性与数据传输的稳定性,且网络总体性能满足实际应用的需求.数据多跳传输实现了无线局域网技术的远程访问,从而提高了勘探作业效率.