海洋可控源电磁探测技术海底工程勘探应用研究

摘要：
采用可控源电磁法进行海底工程及资源勘探,采用垂直磁偶极装置拖曳测量,分析了上覆海水对于感应电压曲线的影响及剖面图的理论形态;进行了线圈小型化研究,通过计算和实验得到能够用于海底探测的磁偶极装置的参数;基于以上理论研究完成了海底模型实验及输油管线探测实验,准确地探测到海底异常及输油管线位置及深度.
关键词：
海洋可控源电磁法; 电导率; 垂直磁偶极装置; 中心回线装置; 海水影响
中图分类号： P 631, P 738
文献标志码： A     

可控源大地电磁法在地质灾害勘察中的应用研究

基于石膏矿产的物性特征,根据断层(破碎带及含水裂隙)和矿体上覆的淋滤灰岩富含水特性差异,在视电阻率曲线上呈现良导电的低电阻率反映,推断和解译矿体周围岩体含水性分布情况及断层位置,取得了较好的地质效果。实践证明,可控源大地电磁法是一种可靠的、理想的矿山地质灾害勘察物探手段。     

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。     

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。     

基于可控源音频大地电磁法的场源影响校正新方法

基于一维正演模拟,对可控源音频大地电磁法(controlled-source audio magnetotelluric method, CSAMT)实测资料处理的场源影响校正问题进行了研究。通过计算远场因子与发射频率、收发距和大地电磁阻抗倒数模三者乘积(综合因数)的关系,实现了简洁有效的查表场源影响校正方法。同时,为提高校正方法解决实际生产问题的能力,又开展了视电阻率数据场源影响校正与反演处理协同联进策略(反演递归校正法)的研究工作,从而进一步提高了数据处理效果;考虑到反演递归校正处理方法,受初步校正结果影响较大,又提出了设计层状背景模型的校正方案,即在工作区前期地质与物性等资料综合研究成果的基础上,通过对工区地质-地电模型的构建,进一步提高CSAMT实测资料的场源影响校正效果,并经由理论模型算例和实测数据处理验证了方法的可行性和有效性。     

三维频率域可控源电磁法有限元-无限元结合数值模拟

针对传统的三维频率域可控源电磁法有限元数值模拟数据量大、耗费时间长的问题,引入无限单元来取代施加在外边界上的人工边界条件。电磁场在无限单元内扩散至无限远处,并最终衰减为0。由此,有限元剖分区域的范围被大幅减小,总自由度数相应降低,计算速度随之加快。数值模拟结果表明:采用本文提出的有限元-无限远结合算法后,有限元网格化区域不到原先的1%,自由度总数减少约33%,求解时间节省约25%,计算精度与大范围下施加Dirichlet外边界条件的有限元结果相当。     

可控源音频大地电磁测深法在玉蒙铁路秀山隧道中的应用效果分析

玉溪至蒙自铁路秀山隧道地质条件复杂,全隧采用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)对隧道地层岩性、地质构造、岩溶特征、地下水特征、含煤地层的分布等地质情况进行勘察,经施工对比分析,发现CSAMT法能较准确的解译隧道区发育的断层带、富水带等异常带,对设计和指导施工取到了很好的作用.     

利用体积分方程的弱化BCGS算法模拟各向异性地层中多分量低频海洋可控源电磁响应

基于层状单轴各向异性介质的并矢Green函数和体积分方程的弱化稳定型双共轭梯度(BCGS)算法模拟各向异性背景地层中多分量低频海洋可控源电磁响应,并通过算例分析发射频率、海底背景地层各向异性和异常体埋藏深度对响应的影响特征。结果表明：发射信号的不同频率、电场强度的不同分量对海底油气藏的水平分辨能力不同;当测线沿x方向布设时,E_zz分量的分辨能力最强,E_xx分量次之,E_yy分量的水平分辨能力最低;在海底背景地层水平电导率相同的情况下,背景地层垂向电导率的变化对E_xx分量和E_zz分量的影响规律不同,而E_yy分量基本不受地层垂向电导率变化的影响;异常体埋藏深度越浅,E_xx分量和E_zz分量对异常体的水平分辨能力越高,而无论异常体埋藏深浅E_yy分量均不能对其进行分辨。     

可控源音频大地电磁法(CSAMT)一维全区Levenberg-Marquardt反演方法

将Levenberg-Marquardt这一全新反演方法引入可控源音频大地电磁法(CSAMT)勘探的全区数据反演,提高了CSAMT勘探的深度,避免了测深数据的浪费。Levenberg-Marquardt反演的核心是引入变阻尼的思想,在反演的过程中根据向量各个分量的收敛速度的不同,给定不同的阻尼因子,实现反演的自适应化,这样就大大增加了整个反演的收敛速度和反演精度。反演中采用改进的Bostick变换作为初始模型,减少了反演的迭代次数。     

可控源音频大地电磁法（CSAMT）在黄土塬地区找水中的应用

可控源音频大地电磁法（CSAMT）具有探测深度大、分辨能力高等特点,广泛应用于地下水资源勘查、金属矿产勘查和石油勘查等领域,尤其适用于圈定地下水资源的空间位置、规模、连通性等钻前勘查工作。应用该方法在甘肃黄土塬地区寻找地下水,取得了良好的地质效果,说明,可控源音频大地电磁法用于黄土塬地区找水是行之有效的。     

利用有限元法对板坯电磁搅拌中电磁场的数值模拟

基于Maxwell方程,建立了板坯内部电磁场的数学模型.为了满足计算机求解的需要,对数学模型进行了离散化和简化处理.使用有限元法对简化后的数学模型进行了仿真,得到了电磁场等势线图和磁力分布图.通过对磁场分布进行定性分析,得到了在其他条件不变的情况下,电磁力和电流强度、电磁力和电流频率的变化关系.     

电磁场数值计算及其对电机理论的影响

本文介绍了电磁场数值计算的发展情况,叙述了这一领域近年来达到的水平,及目前较常用的一些新的数值计算方法。文中还分析了由电磁场数值计算引起的电机学理论和一些概念的深化,以及电机分析计算方法的变化。     

区域分裂方法应用于屏蔽门的电磁泄漏分析

电大尺寸和复杂物体的电磁泄漏分析是计算电磁学的一个重要的研究课题，区域分裂方法（DDM）作为微分方程数值求解的新技术十分适宜求解电大尺寸的电磁场问题。提出了一种基于区域分裂方法和有限元方法（FEM）的混合算法来分析电磁防护中的电磁屏蔽门问题，在屏蔽门的边界和区域分裂的虚拟边界上分别利用吸收边界条件和传输边界条件，具有良好的收敛性质，数值结果表明了这一混合算法的有效性，同时区域分裂方法十分适合于计算机的并行计算，所以这里给出的方法适合于计算电大尺寸物体的电磁计算问题。     

频率域电磁法数值模拟进展

频率域电磁法在矿产普查、地球深部结构探查、地质调查、环境和工程勘查等领域都有着广泛的应用.频率域电磁法的数值模拟对提高电磁法的数据解释技术、电磁勘探设计水平,以及研究复杂地质条件下的电磁响应特征具有重要意义.近年来计算技术的进步、数据采集系统的提高和高性能计算机的迅速发展,大大促进了频率域电磁法数值模拟技术的发展,尤其...     

用时域有限差分方法计算电磁散射

首先介绍了时域有限差分方法的基本原理,然后用该方法计算了球形目标的散射场,并与由ＭＩＥ理论所得到的精确解作了比较,两种结果的很好符合说明了时域有限差分方法的有效性,最后指出了使用时域有限差分方法应该注意的问题     

利用有限元法进行电力变压器绕组电动力的分析计算

利用有限元算法分析了三相电力变压器绕组各线匝在不同运行模式下电磁力的振动 ,并用电路参数的不同取值对应变压器的不同运行模式—空载、常态和短路 .分析结果表明 :内绕组在径向受到压力 ,外绕组在径向受到张力 ,内、外绕组轴向电磁力比径向力小很多 ,而相邻线饼或线匝间由于电磁力的原因存在相互挤压 .尤其在短路条件下 ,巨大的电动力将使变压器线圈产生变形 ,其局部或整体受到破坏 ,最后导致变压器发生故障     

有限元/边界元耦合法计算电磁轨道炮三维瞬态涡流场

针对电磁轨道炮电磁场计算中的无穷远边界问题,该文提出用时域有限元/边界元耦合算法进行电磁轨道炮的三维瞬态涡流场的数值模拟。涡流场的控制方程由矢量磁位和标量电位描述,用有限元法求解满足磁扩散方程的含有导轨与电枢的导体区域,用边界元法求解满足拉普拉斯方程的导体以外的区域。耦合边界直接划分在导体表面,不需对边界作特殊处理。该方法消除了对导体周围的空气区域的网格剖分,缩小了计算规模,是一种处理电磁轨道炮电磁场问题的有效方法。     

瞬变电磁法对多种采空区的探测精度

由于煤矿不断向深部开采,很多煤矿出现了不同深度、不同层次的采空区,而且大部分采空区还存在积水,给煤矿的安全生产带来隐患.为了提高瞬变电磁法对各类采空区的探测精度,建立了高、低阻电性不同的双层采空区组合以及同一开采水平面相邻采空区组合的电性模型进行数值模拟,研究它们在不同层间距或不同水平距离下的电磁场响应规律.结果表明:...