ZTEM三维正演响应特征分析

天然源频率域航空电磁法(ZTEM)对于地下异常体的探测有着显著的优势,其正演响应特征的分析对提高勘探精度有着重要的意义.简要地论述了ZTEM基本原理,基于交错网格有限差分法开展三维ZTEM正演模拟,首先正演模拟复杂模型的倾子响应,研究表明倾子数据对横向电性分界面反映准确;其次通过大量的模型试算,分析了影响ZTEM正演响应的主要因素.结果显示,不同地电条件下的倾子响应幅值不同,进一步加深了对ZTEM三维正演响应特征的认识,对ZTEM的实际应用和异常解释提供了依据.     

任意形态场源可控源电磁法各向异性介质三维数值模拟

介质的电各向异性特征在层理发育区表现得尤为明显,在该类区域开展资料解释时介质的各向异性特征不容忽视。为了更好理解和掌握电各向异性特征,对任意各向异性介质条件下任意形态场源三维可控场源电磁法(CSEM)问题开展研究。研究工作利用非结构化四面体进行区域离散以避免复杂异常体刻画不准确带来的数值误差,采用Delta函数和局部加密技术来完成任意形态场源加载,最终完成了三维CSEM各向异性介质算法研究和模型算例分析。单一模型的数值解对比结果表明,本研究开发的算法精度高且可靠性高。同时,分析了有限长导线源和大回线源各向异性介质地电响应,各向异性介质会导致电磁场各分量的响应产生明显差异。各向异性介质的电性主轴沿欧拉旋转角变化会导致电磁场异常的中心发生严重偏转,严重影响三维CSEM资料解释的准确性。本研究工作可为层理发育区三维可控场源电磁法各向异性介质资料解释提供参考。     

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.     

音频大地电磁法在中甸断裂勘察中的应用

电磁勘探方法是探测地球浅部电性构造的一种实验方法。以中甸断裂勘察为例,利用音频大地电磁,通过反演解释振幅和相位曲线得到其地电断面信息,研究了地电断面电阻率的差异进而区分岩性及构造体,并根据电阻率量值的大小以及在地下的展布形式来识别地下地质体空间分布和性质。勘察结果给出了测区目标断裂的位置和规模,较好地区分了破碎层与完整基岩,为后续工作的开展提供了地球物理依据。结果表明,音频大地电磁法在探测浅层破碎带方面是有效的。     

井中磁源瞬变电磁三维时域有限差分数值模拟

应用时域有限差分法,采用显式差分方程,选取磁偶极子源作为初始条件和不同阶Mur吸收边界条件,对包含低阻异常体的均质全空间中磁偶源产生的瞬态场进行三维数值模拟,模拟计算井中磁源瞬变电磁场传播以及井旁三维低阻异常体的响应情况,简要分析特征规律.研究结果表明:时域差分法可在一定条件下保证正演模拟的精度和效果;场源激发条件和异常体情况不同,响应特征差异较大.     

Tridem航空电磁系统在盐碱化地区寻找地下淡水的应用

Tridem航空电磁系统作为一种快速、高效、经济的地质普查勘测工具,在河北省南宫盐碱化地区用于寻找浅层地下淡水的试验测量中,获得明显地质效果。实测电磁响应和反演视电阻率在不同的咸淡水分布区段显示出明显的电性异常特征。在已知的地下淡水库区,电磁响应显示为虚分量(Im)≥实分量(Re)变化;视电阻率呈现ρ>25Ω·m的高阻特征。本文还对原始电磁响应零水平改正和反演电阻率方法作了粗浅的探讨和改进。     

基于场值数据的CSAMT一维全资料反演研究

可控源音频大地电磁CSAMT受发射源的影响,处在近区及过渡区的低频数据一直以来不能利用,仅将远区信号渐弱的高频数据做类似天然场源大地电磁反演,造成了数据资料的严重浪费.直接采用低频与高频的电磁场实部和虚部数据做一维奥克姆带源反演,完全不同于传统不考虑源或考虑源但仅用视电阻率的反演.理论反演研究表明直接利用场值反演,不仅能高效利用CSAMT全资料数据,避免数据浪费;同时也能达到预期的反演效果.     

基于场值数据的可控源音频大地电磁一维全资料反演研究

可控源音频大地电磁CSAMT受发射源的影响,处在近区及过渡区的低频数据一直以来不能利用,仅将远区信号渐弱的高频数据做类似天然场源大地电磁反演,造成了数据资料的严重浪费。直接采用低频与高频的电磁场实部和虚部数据做一维奥克姆带源反演,完全不同于传统不考虑源或考虑源但仅用视电阻率的反演。理论反演研究表明直接利用场值反演,不仅能高效利用CSAMT全资料数据,避免数据浪费;同时也能达到预期的反演效果。     

基于三维有限差分方法的三分量感应测井正演模拟

在三分量感应测井中,正演模拟是研究测井响应特征和资料处理的必要基础,其能够为快速有效分析地层物理特性提供依据,从而帮助找到最佳钻井区域。为系统考察多种复杂地层模型下的三分量感应测井的响应特征,从Maxwell电磁方程组出发,利用交错网格有限差分法推导三维频域电磁响应的差分计算格式。针对水平地层和倾斜地层等复杂模型中的三分量感应测井响应进行数值计算,总结发现三维感应测井工具对复杂地层具有很强的探测能力,且纵向磁场分量比水平磁场分量具有更高的纵向分辨率,对于地层变化更加敏感。正演模拟及分析结果可为三分量感应测井仪器参数的优化设计、资料处理等工作提供重要的理论基础及参考依据。     

垂直磁偶源频率域电磁测深法一维正演及响应特征

为了探究磁偶源频率域电磁法的测深能力,本文以垂直磁偶源频率域电磁剖面装置为例,从垂直磁偶极子在一维层状介质的Z方向磁场公式出发,在低感应系数条件下推导了视电导率的表达式,最终实现了垂直磁偶源频率域电磁测深法的一维正演；然后通过对典型层状模型进行一维正演模拟,分析了磁偶源频率域电磁测深法的响应特征。研究结果表明：通过同时减小发射频率和增大收发距并保持频率与收发距平方的乘积不变能够实现电阻率测深,属于频率和几何测深联合方式,可见该方法能够准确地反映地下介质视电阻率的垂向变化信息。     

基于深度学习的二维航空大地电磁数据反演

航空大地电磁法以其机动灵活、效率高等优点,适用于在地势崎岖的偏远环境中开展快速普查作业.目前,针对二维航空大地电磁数据的反演研究大多采用对目标函数求解偏导数的方式进行,这会造成反演结果对初始模型依赖高,且极易陷入局部极小值.为解决上述问题,首先从麦克斯韦频率域方程组出发,推导倾子响应计算公式.其次,采用有限单元法计算异常体地电模型倾子响应,并结合地下电阻率值标签,构建深度学习样本数据集,采用卷积神经网络顺利实现了二维航空大地电磁数据反演.最后,针对不同埋深的二维异常体地电模型,分别采用传统电磁反演和深度学习反演方法进行反演研究,对比分析了不同反演方法反演结果.结果表明,相较于传统电磁反演方法,采用深度学习反演方法进行二维航空电磁数据反演,反演速度更快,准确度更高.     

Spin electromagnetic field and dipole: A localized and quantized field

This paper investigates the structure of a spin electromagnetic (EM) field and its various physical properties. A spin EM field is an intrinsic mode of free space, which satisfies the spin equations derived from Maxwell equations. A spin mode has two basic properties: the spin along its axis and the localization of electromagnetic field. The source and EM structure of this electric and magnetic mode are described in detail in this paper. The distributed charge and current of a spin mode can be integrated to obtain the electric and magnetic moment, and they can be treated as the electromagnetic dipole. A spin mode possesses both wave and particle properties: a wave number, angular frequency and characteristic speed are its wave parameters; an intrinsic radius, energy and angular momentum are its dynamic parameters. The former is analogous to an EM resonant mode; the latter is similar to the behavior of a particle with intrinsic spin. There are two kinds of electric modes present, one can be expressed through a pair of charges, and the other can be expressed by a magnetic current. They both have the same electric moment, but have different divergence properties.     

冷却速率对高碳铬铁粉电磁性能的影响

采用矢量网络参数法在1~18 GНz频段内分别对电阻炉、空气和水浴中冷却的高碳铬铁粉的电磁性能进行研究.随着冷却速率的提高,高碳铬铁粉的相对复介电常数实部和虚部在大多数频率下均增大.空冷和水冷粉料的相对复介电常数虚部在12~18 GНz频率范围内因极化弛豫而产生较大的峰值.同一频率下相对复磁导率实部随冷却速率变化的趋势与相对复介电常数相反.水冷粉料的相对复磁导率虚部在3~5GНz以外的频段内均大于另两组冷却粉料,且三组粉料的虚部在低频及高频条件下均具有峰值.在2.45 GНz的微波加热频率下,炉冷、空冷及水冷粉料的反射损耗分别为-2.30、-2.15和-2.07 dB.水冷粉料的介电损耗因子及磁损耗因子最大,微波场下具有最佳的升温速率与反应效果.     

电偶源海洋瞬变电磁法三维数值模拟与响应特征研究

由于海底能源资源勘查和其他研究的需要,人工源海洋电磁法已经成为一个研究热点。使用傅里叶伪谱法来模拟瞬变水平电偶极源对不同三维海底模型的响应,与全空间解析解对比,验证算法的正确性。海底低阻体模型响应说明,时间域电磁法可以连续地追踪电磁场扩散及与海底低阻体的响应过程。高阻体模型响应说明,可以通过研究早期电磁场的幅值随收发距的变化来确定高阻体的存在。     

电磁方法的拟地震解释

为了研究电磁勘探方法拟地震解释的可行性,针对电磁波与弹性波在传播理论上的类似之处,介绍了电磁法拟地震解释的摹本原理,通过对探地雷达和常规电磁法使用的不同频率电磁波在损耗介质中的传播特性的对比分析,指出地质雷达使用的是超高频电磁波,传播规律和弹性波相似,可以直接利用地震勘探的处理解释方法进行解释;常规电磁法勘探因使用的电磁波频率较低,具有明显的色散效应,其传播规律和弹性波有较大差异,采用拟地震解释难以得到理想效果。该成果对电磁法拟地震解释的研究具有一定的指导意义,     

井中瞬变电磁全区视电阻率解释方法研究

针对井中瞬变电磁全区视电阻率定义求解和解释方法开展研究。依据均质全空间瞬变电磁场解析式计算不同采样时间或装置条件下感应电压响应,认识到响应值在电阻率取值范围的全区间或部分区间内保持单调性。根据"牛顿-下降"最优化原理,给出一种井中瞬变电磁全区视电阻率求解方法,通过均质全空间瞬变电磁场响应试算结果与介质真电阻率对比验证该方法的精度和适用性。建立典型径向及垂向分层地电介质模型,通过时域有限差分法模拟计算瞬态场感应电压响应,并进行全区视电阻率换算分析。结果表明:视电阻率是不同时刻电磁场作用范围内所有电性体的综合反映,由全时段视电阻率结果识别全空间介质的径向及垂向电性情况具有一定可行性,各时道的视电阻率值可作为推断地电结构等信息的依据。     

海域天然气水合物开采的井中可控源电磁监测三维正演模拟

为掌握海域天然气水合物在大范围开采过程中的分解范围和分解程度,应用有限元软件COMSOL,对采用井中可控源电磁方法监测天然气水合物开采过程进行正演模拟。通过构建含高阻天然气水合物储层的三维地层模型,在比较井中垂直源监测系统相对于传统拖曳式水平源优势的基础上,分析垂直源监测系统中金属套管、垂直源深度、频率、观测误差和噪声等参数对海底电场响应的影响。模拟结果表明,金属套管、垂直源深度和电流发射频率对井中电磁监测效果的影响较大,在有套管时,垂直源的布设深度应位于天然气水合物储层之下,并采用1Hz的低频发射电流;在小收发距时,监测系统的观测误差和噪声对有套管监测系统的性能影响不大。天然气水合物开采范围扩大时,井中垂直源监测系统可以确保海底接收器探测到相应的电场信号变化,并有效地识别开采范围的横向边界。因此,采用井中可控源电磁方法对海域天然气水合物开采过程进行储层动态监测是可行的。     

常规地震解释中波阻抗差异引起的构造假象研究

因埋藏深度、构造复杂、岩性异常体或地层接触关系复杂多变等原因,地层横向速度变化很大,构造形态发生畸变,对地震解释造成一定的影响。为了落实异常体对下伏地层的影响程度,采用波动方程正演模拟技术,设计不同波阻抗组合、岩性组合及异常体大小、形态变化的两类正演模型并模拟其地震响应特征,其波场快照能直观地展现地震波在某种波阻抗组合和岩性组合情况下的传播过程,有利于分析异常体对下伏地层成像的影响。模拟结果表明,利用正演模拟方法能及时发现异常体因其厚度及波阻抗差异引起的假断层和假构造现象,可有效指导解释人员建立正确的解释方案,消除对地震解释的影响。     

自由电子密度对等离子体隐身的影响

本文研究了不均匀非磁化等离子体片的自由电子密度与目标隐身的关系,给出不同等离子体自由电子密度分布时,对不同频段的雷达电磁波的衰减.研究发现,等离子体的自由电子密度应与雷达频率相关.雷达在高频、甚高频等低频段工作时,等离子体隐身的效果不理想;雷达工作在L、S、C、X等高频频段时,等离子体隐身效果显著.此外,我们发现对不同的雷达频率,等离子体存在一个最佳碰撞频率使入射电磁波衰减最大,该频率接近入射电磁波的频率.