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为认识地震波诱导的电磁场的特性,本文研究地震波在孔隙介质中由于动电效应引起的电磁场.基于Pride弹性-电磁耦合方程组推导了双力偶震源对应的位移-应力-电磁场间断向量的表达式,模拟了双力偶源激发的震电波场.作为比较,还模拟了爆炸点源激发的震电波场.结果表明：存在伴随纵波的电场,其各分量的波形与固相位移对应分量的波形相似,但相位相反;存在伴随横波的磁场,其波形与固相位移波形相似;双力偶震源还激发出了独立传播的辐射电磁场,其速度比纵波至少高一个数量级,几乎是“瞬间同时”到达了每个接收器,但是其强度比伴随电磁场小得多,且随着源距增大而迅速减小.本文研究还表明：伴随纵波的电场强度不仅与地震纵波幅度和动电耦合系数有关,还与由介质孔隙结构决定的流-固两相动力协调性有关,存在一种动力协调介质,纵波在这种介质中不引起电场. 相似文献
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本文利用最近开发的孔隙介质震电波场算法开展了数值模拟研究,重点探讨不同结构模型中双力偶点源以及有限断层面源作用下产生的地震波及其伴随的电磁信号的时域和频域特征,考察了不同震源时间函数类型对震电波场数值模拟结果的影响,并以Ricker子波为例讨论了震电波场的频率响应特征.结果表明:地震电磁信号的波形、振幅和持续时间等都不同程度受到模型结构的影响,结构越复杂,波形也越复杂;不同震源(双力偶点源与有限断层面源、震源时间函数类型、Ricker子波峰值频率)产生的位移场和电磁场在波形和频谱响应方面整体上呈现相似的特征,但在波形和频谱的幅度和复杂程度方面存在一定差异. 相似文献
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2013年岷县漳县MS6.6地震发生时,位于距震中约286km外的固原地区的两个地点正在实施大地电磁测量,对这两个测点电磁仪器记录到的电磁场时间序列和邻近固原地震台站记录的地震波形进行了对比分析,并结合岷县漳县地震震源区的深部电性结构特征和震电场理论数值模拟研究等结果,探讨了震电磁信号的激发机理。结果表明：大地电磁仪器不仅记录到了该次地震的地震波传播过程中“地震波驱动同震电磁效应”产生的同震信号波形,而且记录到了地震破裂过程中所激发的震电磁信号波形;岷县漳县地震震源区和震中到观测点一线区域中下地壳存在的低阻层,构成了震电磁信号传播的“导电通道”;岷县漳县地震电磁震电磁信号早于地震P波38s左右到达,且持续了4s左右,如果能捕捉到震电磁信号并用于地震预警,将可以大大减少因地震导致的人员伤亡。 相似文献
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组合震源技术通过调节延迟激发时间和震源埋藏深度能够实现地震波场的定向传播,提高地震波的照明能量和地震数据信噪比.然而,目前国内外对基于特定目标的组合震源最佳聚焦方向的选取以及起伏地表组合震源定向理论的研究相对较少.在聚焦方向选取方面,目前基本是利用多种不同延时参数的组合震源分别进行试验,从而确定较好的组合震源延时参数.本文则利用爆炸反射面原理,在目的层界面上均匀布置震源同时激发地震波,能够产生垂直于地层界面传播的平面波,当初至波传播至地表时进行地表方向统计.根据互易性原理,以初至波传播方向的反方向为聚焦方向,激发产生的地震波主波束方向将垂直入射到目的层界面上,从而精确的计算出组合震源的最佳聚焦方向.在组合震源定向方面,目前主要是利用组合震源方向因子公式进行计算,但该方法要求震源布置在同一条直线上,并不能满足起伏地表的应用要求.本文以惠更斯-菲涅尔原理为理论基础,提出通过炮点向量在聚焦方向上的投影来确定组合震源传播至虚拟波前的走时,从而确定任意起伏地表组合震源的延迟激发时间.该方法不仅能够计算出沿给定地质模型的目的层界面垂直入射的组合震源聚焦方向,也能够确定任意起伏地表情况下形成沿该聚焦方向定向传播地震波场的组合震源延迟激发时间.因此,本文提出的面向目标的起伏地表组合震源延时参数计算方法对组合震源数据采集具有理论与实践意义. 相似文献
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本文针对电激发模型在各向同性分层介质中利用传播矩阵方法对电磁异常产生过程的数值模拟.层状模型中一部分为饱和多孔介质,另一部分为普通线弹性介质,数值模拟过程中将固体场作为主要场单独进行计算,而将其形变作为等效流体源计算耦合电磁场.模拟结果显示,地震波在经过饱和多孔介质边界的时候会产生电磁场,而其在流体层内部传播的过程中则未产生电磁异常.模拟结果可以用于解释一些伴随地震产生的电磁异常,包括地震发生时以及地震波到达时所产生的电磁异常现象,另一方面对于前震及其它一些无感地震所产生的电磁异常的解释也具有一定的参考价值. 相似文献
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震电耦合产生的伴随震电场(CS)和震电界面场(IR)具有不同的强度,且能够反映地下地质体界面信息的震电界面响应一般较弱,而震电界面响应场可能在薄互层地质背景下能够出现较强的振幅值.目前还未有针对薄互层震电波场响应特征分析,且纵波引起的震电界面响应场是否对薄互层敏感有待探究.本文基于体积电荷密度的震电耦合理论数值模拟了平行薄互层(VTI)和倾斜薄互层(HTI)地质背景下的震电波场响应特征.结果表明,伴随纵波传播而产生的CS震电场几乎不受平行薄互层和楔形薄互层的影响.纵波在界面处诱导产生的IR震电场对垂直薄互层不敏感,但水平薄互层和楔形薄互层模型的厚度和薄互层的层数均能影响IR震电信号,薄互层单层厚度减小和薄互层层数增加会导致IR信号的增强.结果有力证明了纵波引起的震电界面响应场在薄互层地质体处会产生振幅异常,而水平和垂直薄互层的震电波场差异也有将助于探究层理方向有显著差异的页岩等储层中产生的震电信号. 相似文献
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为了研究二氧化碳物理相变技术应用于新型震源研发的可行性,在地下成层性较好的某煤田地震测区,开展了利用二氧化碳相变技术激发地震波的野外人工震源激发-接收实验．并与传统炸药震源进行了对比．地震数据利用Aries2.66型垂直分量反射地震仪和PDS-2型三分量地震仪接收．根据实测地震数据,从野外地震记录震相识别,初至波传播距离分析,震源近场地震信号时频分析,CO_2相变激发震源子波提取和基于CO_2震源子波的地震初至波波形反演实验等多个方面,进行了关于CO_2相变激发技术能否产生地震波信号以及能否将其应用于新型震源研发的可行性研究．研究结果表明CO_2物理相变膨胀能够产生能量集中的地震波信号;在实验区地质条件和激发参量下地震记录中初至波的可识别的传播距离约为1km;震源近场地震信号的主频集中在8～13Hz;利用震源近场数据提取了CO_2震源子波;通过地震初至波波形反演实验认为这种震源子波能够应用于波形反演等方面的研究．因为CO_2相变激发具有绿色、环保、安全等方面的优点,若能进一步在激发能量、激发—延迟时间一致性等方面加以改进,该技术有望在城市隐伏活动断层探测、城市地下空间探测、煤矿高瓦斯环境人工地震勘探等领域发挥重要的作用． 相似文献
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中心回线源装置的瞬变电磁场是一种涡流场，在地下主要以扩散形式传播.平面电磁波在地下介质中传播时具有反射、折射等电磁学特性，为了借鉴平面电磁波场测深成熟的解释方法，文中开展了从瞬变电磁涡流场测深数据到平面波场数据的快速等效转换的研究.通过大量的理论模型的正演计算、曲线对比，误差统计，对瞬变电磁场、平面波场在地下传播机制特性的分析，建立了一种由瞬变电磁测深视电阻率数据向平面波场测深视电阻率数据转换的时间-频率等效对应关系.利用这一关系式，把扩散场数据快速转换成等效平面波场测深数据. 为进一步进行瞬变电磁拟平面波成像解释打下理论基础. 相似文献
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多个震源组合激发通过改变激发延时,可以得到沿某方向传播的地震波场,即定向地震波场激发技术,它可用于特定目标体的照明与探测之中.本文以水平地表的组合震源定向激发原理为基础,推导了倾斜地表情况下的组合震源定向激发公式,并计算绘制了其理论方向图.另外本文将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表,根据惠更斯菲涅尔原理,提出了旋转坐标方法,即将水平坐标旋转至定向波场传播方向法向的倾斜坐标,可方便地计算震源传播至定向波场波前面的走时,作为组合震源的激发延时.根据本文提出的方法,我们分别计算了倾斜地表条件与复杂地表条件定向地震波场的组合震源延时参数,通过波动方程数值模拟技术得到的波场快照验证了本文方法的有效性. 相似文献
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利用大容量气枪震源在陆上水库进行地震波激发试验,研究陆上水库环境下激发气枪震源所产生的地震波特征及传播距离. 试验结果表明,大容量气枪震源是具有丰富的10 Hz以下低频信号的低频震源,其激发的地震波具有传播距离远,穿透深度深的特点. 在185 km长的测线上均记录到了气枪信号,成功检测到Pg,Pc,P2,PmP和Pn等多组震相,并在此基础上对地下深地壳结构进行了一维速度结构正演,讨论了该区域壳幔过渡带的低速结构. 气枪震源还具有一般炸药震源不具有的特征,如长期定点重复激发和有效转换S波的优点,是陆上进行长炮检距深穿透地下结构研究的一种优良人工震源. 相似文献
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Dongdong Wang Yongxin Gao Cheng Yao Baozhen Wang Mengqiang Wang 《Geophysical Prospecting》2020,68(6):1958-1979
We investigate the seismoelectric/electroseismic wavefields excited by a point source in an air/seawater/three-layered porous medium configuration containing a hydrocarbon layer. The results show that if an explosive source for excitation is used, receivers at seafloor can record the coseismic electromagnetic fields accompanying the P, S, fluid acoustic waves and the interface responses converted from the acoustic waves at seafloor interface and from the seismic waves at the interfaces beneath the seafloor. Employing a vertical electric dipole source shows that, with the exception of the interface responses converted from electromagnetic waves at seafloor, the interface responses converted from transmitted electromagnetic waves at the interfaces beneath the seafloor can also be identified. Given that the strength of the explosive source is within excitation capability of industry air guns, the generated interface responses from the hydrocarbon layer can be detected by current electromagnetic sensors considering the low ambient noise at the seafloor. Our results demonstrate the feasibility of the seismoelectric method applied to marine hydrocarbon exploration. Electroseismic modelling results suggest that it is not practical to employ this method to prospect marine hydrocarbon layer due to the weak interface response signal, unless a much larger current is injected into seafloor. 相似文献
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The phenomenon of acoustic waves inducing electric fields in porous media is called the seismoelectric effect. Earlier investigators proposed the usage of seismoelectric effect for well logging. Soil texture has a strong influence on the coupled wave fields during shallow surface explorations. In this article, we study the borehole pure shear‐horizontal wave and the coupling transverse‐electric field (acoustic–electrical coupling wave fields) in the partially saturated soil. Combined with related theories, we expand the formation parameters to partially saturated forms and discuss the influence of soil texture conditions on the seismoelectric wave fields. The results show that the elastic and electrical properties of porous media are sensitive to water saturation. The compositions of the acoustic and electric fields for different soil textures do not change, but the waveforms differ. We also use the secant integral method to simulate the interface‐converted electromagnetic waves. The results show that interface response strength is greatly influenced by soil texture. In addition, considering the sensitivity of the inducing electric field to fluid salinity, we also simulate the time‐domain waveforms of electric field for different pore fluid salinity levels. The results show that as the salinity increases, the electric field amplitude decreases monotonically. The above conclusions have certain significance for the application of borehole shear wave and its coupled electric fields for resource exploration, saturation assessment and groundwater pollution monitoring. 相似文献
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Using numerical modelling, we investigate the evolution of seismoelectric effects induced by seismic excitation in spatially confined lithological units. Typical geometries represent clay lenses embedded in an aquifer or petroleum deposits in a host rock. In fluid‐saturated rocks, seismic waves can generate electromagnetic fields due to electrokinetic coupling mechanisms associated with such processes in the vicinity of the fluid‐mineral interface. Two seismoelectric phenomena are investigated: (1) the co‐seismic field associated with the seismic displacement at each point in a subsurface and (2) the interface response generated at layer boundaries. Our modelling uses a simplified time‐domain formulation of the coupled problem and an efficient 2D finite‐element implementation. To gain insight into the morphogenetic field behaviour of the seismoelectric effects, several numerical simulations for various target geometries were treated. Accordingly, we varied both the thickness of the confined units and the value of the electrical bulk conductivity in porous media. Analysis of these effects shows differences between interface responses for electrically conductive versus resistive units. So the pertinent contrast in electrical bulk conductivity controls the shape and structure of these seismoelectric conversion patterns. Moreover, the seismoelectric interface response captures both the petrophysical and geometrical characteristics of the geological unit. These models demonstrate the value of using seismoelectric interface response for reservoir characterization in either hydrogeological or hydrocarbon exploration studies. 相似文献
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The seismoelectric effects induced from the coupling of the seismic wave field and the electromagnetic field depend on the physical properties of the reservoir rocks. We built an experimental apparatus to measure the seismoelectric effects in saturated sandstone samples. We recorded the seismoelectric signals induced by P-waves and studied the attenuation of the seismoelectric signals induced at the sandstone interface. The analysis of the seismoelectric effects suggests that the minimization of the potential difference between the reference potential and the baseline potential of the seismoelectric disturbance area is critical to the accuracy of the seismoelectric measurements and greatly improves the detectability of the seismoelectric signals. The experimental results confirmed that the seismoelectric coupling of the seismic wave field and the electromagnetic field is induced when seismic wave propagating in a fluid-saturated porous medium. The amplitudes of the seismoelectric signals decrease linearly with increasing distance between the source and the interface, and decay exponentially with increasing distance between the receiver and the interface. The seismoelectric response of sandstone samples with different permeabilities suggests that the seismoelectric response is directly related to permeability, which should help obtaining the permeability of reservoirs in the future. 相似文献
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幅度大的钻铤波掩盖地层信号是困扰随钻声波测井技术的难题,认识钻铤波特性对于消除或有效降低钻铤波至关重要.记录岩石动电效应引起电磁场的随钻动电测井,被认为有望彻底解决钻铤波干扰问题.本文采用有限差分法,模拟不同钻铤、不同井孔结构的随钻声场,对比分析了单极源钻铤波的传播特性,阐明存在伴随钻铤波动电信号的原因.结果表明:钻铤声波在沿钻铤传播时向外部介质辐射能量,透过井壁进入地层的具有视钻铤波速度的声波,与地层纵横波一样可发生动电转化,因而可导致随钻动电测井时产生钻铤波速度的电磁信号.计算还表明,高频情况下,随钻声波测井钻铤波呈现两阶模式:具有低频截止频率的高阶钻铤波幅度较小,其速度略低于钻铤纵波速度;无截止频率的低阶钻铤波幅度较大,其波速在高频时甚至低于钻铤横波速度.这种频散特性和多阶模式特性,是径向多分层开波导结构的导波属性. 相似文献
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可控源海洋电磁勘探(MCSEM)中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所熟知,且已提出了多种压制方法.然而,由于空气波与海水层中其它信号相互作用的复杂性,至今其作用机理及对有效信号的影响方式尚未完全清楚,这也阻碍了浅水域MCSEM油气勘探的应用.本文在前人研究的基础上, 基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论导出了空气、海水层和海底地层之间的相互作用关系.分析了MCSEM电磁响应的影响因素和空气波的作用机理.以无限水深假想模型、三层介质模型和四层介质模型为基础,导出了水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场关系,分析显示了前人提出的上下行波分离进行空气波压制所存在的缺陷.通过理论和数值模拟知道, 利用横电(TE)和横磁(TM)模式受空气相互作用影响的差异和电磁场水平分量与垂直分量受空气层相互作用影响程度的不同可减弱空气波对有效信号的影响,这将有助于实现浅水域海洋电磁勘探数据的有效利用. 相似文献
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孔隙地层中存在着动电耦合现象,弹性波作用在声阻抗或者电化学性质差异地层会产生辐射电磁波.本文探讨了随钻条件下,利用孔隙地层中的动电耦合效应探测井旁地质体的可行性.为此模拟了井外存在声阻抗差异和电化学差异界面时声波诱导的辐射电场响应特征.求出柱坐标下介质中声场和电场函数表达式,由此计算并比较了均匀介质和弹性差异界面情况下井中接收到的电场.发现随钻条件下,井外的弹性差异界面会产生以光速传播的辐射电磁波.该电磁波反映了井外地质信息,并先于井中直达声波的伴随电磁场到达接收器,因而可以直接观测到.此外,还发现界面辐射电磁波可以用来探测油、水等电化学性质差异大而弹性阻抗差异小的界面;声源频率以及界面两侧地层性质差异程度是辐射电磁波幅度的影响因素. 相似文献
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探索基于孔隙介质动电效应的随钻测井新方法是当前测井勘探领域的热点研究之一.本文针对随钻测井情况下的动(声)-电转换机理,在砂岩模型井中进行了多极源(单/偶/四极源)随钻动电测井实验研究,记录了井中声波激发动电转换波场的时域波形,给出了各分波的时间-速度图,并与多极源随钻声波测井数据进行对比,结果表明:钻铤波诱导的动电转换信号在随钻动电测井全波中的相对幅度显著降低,从而可准确提取到地层声波的传播速度,实现了利用随钻动电测井方法测量地层波速的目的,验证了随钻动电测井技术可有效抑制钻铤波的思想.本文还进一步分析了钻铤波的动电耦合特性,并结合有机玻璃模型井中随钻动电测井和无井孔模型下的随钻声波测量,研究了伴随钻铤波电场信号的传播特性和衰减规律,深入探讨了随钻动电测井全波中钻铤波被削弱的原因,并给出了定量的实验数据分析,为随钻动电测井理论模拟的解释提供有效实验数据支撑. 相似文献
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自从发现震电现象以来,众多学者进行了相关研究.其中,Pride提出了一套描述流体饱和孔隙介质中震电波场的耦合与传播的宏观控制方程组,该方程组后来被广泛地应用到相关的震电研究中.Chen发展了一套广义反透射系数方法并将其应用到层状介质合成地震图的研究当中,该方法数值计算效率高并且可以处理带弯曲界面层状介质这种复杂模型.基于Pride的震电波场控制方程组,我们将Chen的广义反透射系数方法推广应用到层状孔隙介质中震电波场的数值模拟研究中,但是在数值计算过程中发现,当含源层的厚度相对于地震波波长较大时（即高频情况）,会出现数值计算的不稳定,此即为高频不稳定性问题.针对高频不稳定性问题,一种自然的处理方法就是在原来的含源层中插入两个虚拟界面,构造出一个新的含源薄层,但是这会带来一些额外的计算量,此外,由于虚拟含源薄层的厚度是有限的,必须针对具体模型参数设定一个合适的厚度值.高频不稳定性问题同样存在于层状介质合成地震图的数值计算过程中,Chen提出了一种解析的处理方法,即在原含源层内引入一无限薄的虚拟含源薄层,通过解析的方法解决高频不稳定性问题,该方法不会降低计算效率且适用于任意参数模型.本文首先对层状孔隙介质中的震电波场数值计算公式进行分析,指出源项积分中的指数增长因子是导致高频不稳定性问题的根本原因;其次将Chen在合成地震图数值模拟研究中采用的解析处理方法推广到震电波场研究中,得到了适用于数值计算的公式;然后给出数值算例,并针对一个含源层过厚的模型,比较了自然处理方法和解析处理方法,两种方法得到的结果具有相当好的一致性,而解析处理方法计算效率更高,证实了本文给出的解析处理方法在解决层状孔隙介质震电波场数值模拟的高频不稳定性问题方面的有效性. 相似文献
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本文研究声电效应测井波场的有限差分模拟算法.忽略井外地层中诱导电磁场对孔隙弹性波的影响,将求解动电耦合波方程组的问题解耦,先计算孔隙弹性波,再计算其诱导电磁场.基于轴对称柱坐标系下的速度-应力交错网格,采用时域有限差分计算井孔流体声波和井外地层孔隙弹性波.将电磁场近似看作似稳场,基于轴对称柱坐标系下的5点式有限差分网格,求解不同时刻的电位Poisson方程,计算诱导电场.结果表明:本文算法可准确模拟频率6.0 kHz的声电效应测井全波;在声波测井频率范围内,电导率、动电耦合系数和动态渗透率的低频近似对伴随电磁场的计算影响不大;地层水平界面导致伴随反射斯通利波的电场和显著的界面电磁波,后者对于探测地层界面具有潜在的应用价值. 相似文献