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瞬变电磁法由于其高效、轻便等诸多优点成为现今应用较为广泛的地球物理勘探手段.但由于二次场随时间衰减较快,TEM方法在勘探深度上受到一定的限制.近几年,低温 SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)磁传感器硬件已经研发成熟,可以应用到TEM方法中,用于磁场强度探测.本文提出了均匀半空间TEM磁场分量Bz的显式表达式,并借助正弦数值滤波变换,得到了层状介质的磁场时间域计算公式.针对均匀半空间地层,分别进行了不同收发距、不同电阻率条件下的Bz响应特征计算.此外,对于层状介质模型,针对不同层厚的两层介质、低阻薄层和高阻薄层的三层介质,均进行了Bz正演结果.最后,对1 km长偶极的TEM磁场响应在地表空间分布情况进行讨论.结果表明,Bz作为TEM测量手段,对深部低阻薄层的探测灵敏度优于高阻薄层;且相对于传统TEM方法中测量磁场变化量,直接测量磁场Bz可以明显地提高探测方法的优势,增大勘探深度,并且电偶极其测量空间范围更大,效率更高. 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(1)
本文根据均匀介质中时间域麦克斯韦方程组,应用伪谱法模拟三维全空间瞬变电磁场的扩散.将电磁场的六分量整理成统一的方程,通过初值条件替代源项将源响应问题转化为初值问题.使用快速傅里叶变换近似空间偏导数,应用切比雪夫多项式近似演化算子来求解方程.通过与全空间均匀介质瞬态线源响应的解析解的比较,验证伪谱法的有效性.计算和分析不同时刻全空间均匀介质中高阻体和低阻体的响应,说明瞬变电磁法对高阻体灵敏度不高,但能较好的分辨低阻体的特点,并反映出时间域伪谱法的优点,即可以连续地计算出电磁场扩散及与低阻体的响应过程.最后讨论伪谱法未来可能应用于矿井瞬变电磁和海底瞬变电磁等领域. 相似文献
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根据电磁场理论，推导了磁偶源和接收点均位于海水中时层状海底模型的频域电磁场响应一般表达式，并通过此式，得到了海水为均匀半空间和有限海水深度两种情况下，垂直磁偶极装置、中心回线和重叠回线分别置于均匀半空间海底表面时的瞬变电磁响应（磁场和感应电压）表达式. 这些表达式将瞬变响应和海底的电导率等参数有机联系在一起，为海底瞬变电磁法的正演计算和反演解释提供了理论基础. 仿真计算表明，海水的存在不仅使得瞬变响应曲线形态发生变化，而且影响其对海底电导率的分辨能力. 相似文献
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给出了矿井全空间瞬变电磁场的时域有限差分法(FDTD)算法,并推导了Mur吸收边界条件.利用Mur吸收边界条件,选用均匀全空间电偶极源作为初始激发源,模拟了均匀介质中巷道底板岩层内部和层状介质中三维低阻异常体的全空间响应特性,分析了瞬变电磁场在均匀介质中1.9μs和27.6μs两时刻的传播规律及在层状介质中1.2μs和0.023 ms两时刻的传播规律.结果表明:巷道对电场的影响在初期并不明显,在20μs后才表现出来;瞬变场能较好地分辨低阻层,对高阻层的穿透能力强,并且对低阻体反映灵敏;吸收边界条件只有在场域较大、网格节点较多时才能产生明显的效果.所研究成果为矿井瞬变电磁法资料的解释提供了理论依据. 相似文献
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中心回线式直升机TEM资料的电导率-深度成像方法 总被引：1，自引：0，他引：1
毛立峰 《CT理论与应用研究》2013,(3):429-437
以理论上的中心回线式直升机航空瞬变电磁系统为例,提出一种快速的电导率-深度成像方法,将感生电动势瞬变响应数据变换为地下介质电导率-深度断面。该方法针对成像计算中视电导率非唯一性问题和成像深度难以确定的困难,首先给出一个关于均匀半空间模型电导率?的数据函数?(?)的变换公式,由此建立数据表???来查询视电导率值,可以得到可靠的视电导率值。其次用均匀半空间中的感应电场最大幅值对应深度值来定义视深度,建立视电导率-视深度的数据表,并在2个相邻时间道期间的最大电场深度变化的基础上定义成像深度,从而导出CDI结果。该方法的特点是理论简单、物理意义明确,且利用了数据表查询技术大大提高了计算速度,使得实时CDI处理成为可能。最后用理论模型进行试算,结果表明,电导率值的查询范围宽至10-4～102S/m时,高阻薄层、低阻薄层及二维目标体模型均有较好的成像效果。 相似文献
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《地球物理学报》2021,64(6)
极低频电磁探测方法(WEM)是一种新型人工源低频电磁探测技术,目前尚未见极低频电磁探测方法的海区研究,缺少相关经验.为测试WEM在海洋环境中的电磁响应特征,本文将"地-电离层"全空间电磁波传播理论应用到含海水介质的"地-电离层"全空间模型,由地表处数值格林函数出发,利用空气层与海水层界面谢昆诺夫势函数满足的边界条件,推导了海底界面的场强表达式.采用高采样密度的Hankel数字滤波方法进行数值模拟计算.为探究WEM在海洋油气资源探测中的适用性,建立简化海洋地电模型,通过分析WEM对不含异常体的背景场和含高阻油气异常体时的电磁响应曲线差异来检测WEM探测海底高阻油气层的可行性.并讨论不同观测方式、不同收发距以及海水层厚度、油气层埋深和油气藏厚度对WEM电磁响应特征的影响.研究结果表明,WEM可在数百千米收发距下探测浅海区域海底下方电性异常体的存在. 相似文献
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依据瞬变电磁全空间响应的传播特征,本文提出了一种井间勘探方法.在井内用线圈激发,在本井和邻近井接收瞬态响应波形.基于Maxwell方程分析了位移电流和传导电流所引起的两种传播特征,明确了在邻井接收到的波形中包含界面的电导率信息.详细研究了线圈在无限大均匀介质中激发的瞬变电磁响应波形以及电场在不同时刻的空间分布.瞬变电磁近源距响应波形幅度随源距的增大衰减很快,响应持续时间短;远源距对应的响应波形上升速度快,达到峰值之后缓慢下降.随着源距的增加,响应波形上升和下降的速度均减慢,峰值向后移动,能够看到明显的传播特征(与位移电流引起的电磁波形态不变差异很大).与此对应,瞬变电场的空间分布也随着波形幅度的上升迅速扩大,随着幅度的减小快速收缩.在电磁能量向外传播的过程中,遇到界面时会发生透射和反射,使得测量得到的波形形状会在无界面条件下波形基础上发生改变.界面信息隐含在这种波形形状改变中,需要通过瞬变电磁反射和透射模型进行提取,实现井间勘探. 相似文献
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时间域电磁响应的正演计算多是由频率域响应经逆Laplace变换而得到.逆Laplace变换的计算精度和效率是时间域电磁响应计算中方法选择的重要指标.论文分析了几种逆Laplace变换的算法机制,并优选出Talbot算法计算了水平电偶源层状模型的时间域电磁响应.逆Laplace变换常用的算法有折线法、数字滤波算法和Gaver-Stehfest算法(简称G-S算法).折线法需要精细地确定分割步长以提高精度,数字滤波算法系数很多,适应频率范围受计算问题所限,而G-S算法受计算机字长和问题对象的影响大.本文在64位计算平台中计算比较了G-S算法、Euler算法和Talbot算法的节点数对于精度的影响,发现Talbot算法受节点数影响小,计算精度高,适应频率范围宽.最后利用21点Talbot算法计算了水平电偶源轴向偶极装置均匀大地模型径向电场的阶跃响应和冲激响应,计算精度及响应时间范围均优于G-S算法.计算了水平电偶源赤道偶极装置均匀大地模型垂直磁场的阶跃响应和冲激响应,冲激响应峰值时刻对于电阻率的变化响应灵敏,与轴向偶极径向电场响应能力相当,但垂直磁场随收发距增大,衰减较快.根据层状模型阶跃响应晚期渐近值计算的视电阻率,水平电偶源轴向偶极径向电场有能力发现大埋深高阻或低阻薄层,收发距应大于中间目标层埋深的5~6倍方可完整探测,类似的,采用水平电偶源赤道偶极装置测量垂直磁场也能达到与之相当的探测能力.计算结果证实了21点Talbot算法适应不同地电模型、不同观测方式的时间域电磁响应计算. 相似文献
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本文实现了2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟.利用傅里叶变换导出了电导率正交各向异性2.5维海洋可控源电磁法波数域电磁场耦合方程,采用伽里金加权余量法推导了相应的有限元方程;采用任意四边形单元对研究区域进行剖分,在单元中进行双二次插值,将有限元方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组并进行反傅里叶变换获得空间域电磁场值.这个方法可以模拟海底起伏地形条件下地下任意形状电导率正交各向异性的复杂模型.与一维模型的数值模拟结果对比表明,电磁场数值解与解析解吻合.二维模型的计算结果与二维自适应非结构有限元模拟结果也吻合.水平海底二维地电模型考察了不同各向异性系数对海洋可控源电磁响应的影响特征.海底起伏地形地电模型的数值结果表明,电导率各向异性对海洋可控源电磁响应影响明显,有可能淹没海底地形和高阻油气藏引起的异常. 相似文献
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在浅水环境中,利用频率域海洋可控源电磁法探测油气藏薄层面临着挑战,这是因为空气波支配着电磁响应而它只含有少量海底电阻率结构的信息.本文研究了空气波对时间域可控源电磁(CSEM)响应的影 响. 空气波到达时间取决于海水深度.在浅水区空气波到达早,而在深海水区空气波到达晚,空气波与来自深部电阻体的电磁波出现在不同时间段.虽然在中等深度的海水区空气波和来自深部电阻体的电磁信号几乎同时到达,但与不含有油气藏的背景模型相比,仍可以看到明显的异常.浅水区勘探的好处在于可以使用表面拖曳系统. 相似文献
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Lars O. Løseth 《Geophysical Prospecting》2011,59(1):145-160
In marine controlled‐source electromagnetic (CSEM) surveys the subsurface is explored by emitting low‐frequency signals from an electric dipole source close to the sea‐bed. The main goal is often to detect and describe possible thin resistive layers beneath the sea‐bed. To gain insight into how CSEM signals propagate, it is informative to study a stratified model. The electromagnetic field is then given in terms of integrals over TE‐ and TM‐polarized plane‐wave constituents. An asymptotic evaluation of the field integrals for large propagation distances results in explicit spatial expressions for the field components and the derived expressions can be used to analyse how the CSEM signals propagate. There are two major signal pathways in a standard CSEM model. One of these pathways is via the thin resistive layer and the resulting response is accounted for by a pole in the reflection response for the TM mode. The signal is propagating nearly vertically down to the resistor from the source, then guided while attenuated along the reservoir, before propagating nearly vertically up to the receiver. The response is slightly altered by the sea‐bed interface and further modified in shallow water due to multiple reflections between the sea‐surface and sea‐bed at both the source and receiver sides. The other major signal pathway is via the resistive air half‐space, the so‐called airwave. The airwave is generated by the TE mode and interacts with the subsurface via vertically propagating signals reflected between the sea‐surface and subsurface at both the source and receiver sides. 相似文献
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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. 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 marine controlled source electromagnetic response of a steel borehole casing: applications for the NEPTUNE Canada gas hydrate observatory 总被引：1，自引：0，他引：1
Gas hydrates are a potential energy resource, a possible factor in climate change and an exploration geohazard. The University of Toronto has deployed a permanent seafloor time‐domain controlled source electromagnetic (CSEM) system offshore Vancouver Island, within the framework of the NEPTUNE Canada underwater cabled observatory. Hydrates are known to be present in the area and due to their electrically resistive nature can be monitored by 5 permanent electric field receivers. However, two cased boreholes may be drilled near the CSEM site in the near future. To understand any potential distortions of the electric fields due to the metal, we model the marine electromagnetic response of a conductive steel borehole casing. First, we consider the commonly used canonical model consisting of a 100 Ωm, 100 m thick resistive hydrocarbon layer embedded at a depth of 1000 m in a 1 Ωm conductive host medium, with the addition of a typical steel production casing extending from the seafloor to the resistive zone. Results show that in both the frequency and time domains the distortion produced by the casing occurs at smaller transmitter‐receiver offsets than the offsets required to detect the resistive layer. Second, we consider the experimentally determined model of the offshore Vancouver Island hydrate zone, consisting of a 5.5 Ωm, 36 m thick hydrate layer overlying a 0.7 Ωm sedimentary half‐space, with the addition of two borehole casings extending 300 m into the seafloor. In this case, results show that the distortion produced by casings located within a 100 m safety zone of the CSEM system will be measured at 4 of the 5 receivers. We conclude that the boreholes must be positioned at least 200 m away from the CSEM array so as to minimize the effects of the casings. 相似文献
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视电阻率在电磁法勘探中起重要作用，可以作为初步解释结果，多通道瞬变电磁法通过大地脉冲响应的峰值时刻定义视电阻率.鉴于传统方法计算峰值时刻视电阻率需要恢复完整大地脉冲响应，本文通过研究大地脉冲响应及其频谱特征，提出一种新的频率域比值法.利用参考谱及其与一般谱的伸缩因子计算一般谱的峰值时刻，进而得到视电阻率.该方法只需大地脉冲响应单个频点幅度谱，从而不用估计整个大地脉冲响应.实际计算时，可以用大地脉冲响应多个频点幅度谱得到平均视电阻率.模拟数据与实测数据结果表明，在一维介质中，频率域比值法可以得到合理的视电阻率. 相似文献
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本文提出了一维垂直各向异性(VTI)介质倾斜偶极源频率域海洋可控源电磁(CSEM)资料高斯-牛顿反演方法.在电阻率各向异性介质水平偶极源和垂直偶极源海洋CSEM正演算法的基础上,利用欧拉旋转方法,实现了各向异性介质倾斜偶极源海洋CSEM正演算法.海洋可控源电磁场关于地下介质横向电阻率(ρ_h)和垂向电阻率(ρ_v)的偏导数(即灵敏度矩阵)是解析计算的,结合垂直各向异性介质横向电阻率与垂向电阻率的关系,将各向异性率融入到正则化因子选择中,实现了正则化因子的自适应选择.理论模型合成数据和实测资料反演算例表明,我们提出的反演方法能够较准确的重构海底围岩和基岩的各向异性电阻率以及高阻薄层的埋藏深度、厚度和垂向电阻率. 相似文献