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三轴张量感应测井可探测地层电导率各向异性,Zhdanov et al.利用在横向各向同性均匀介质中测井响应的低频渐近式给出了由张量感应测井响应提取地层各向异性电导率和井孔倾角与方位角信息的解析公式,为张量感应测井资料解释奠定了基础.但是,他们给出的井孔倾角公式存在双值解的不确定性,其各向异性电导率解也不是最佳近似解.本文以更为简洁的推导和分析方法,给出了单值的井孔倾角解以及近似程度更好的各向异性电导率解,并通过数值模拟实例加以说明.本文的结果可为张量感应测井资料的视值解释提供更好的选择. 相似文献
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本文首先从一般大地电磁(Magnetotelluric,MT)各向异性介质的二阶偏微分方程组出发,通过简化各向异性介质的电导率张量,获得剖面各向异性及平面各向异性介质情形下求解MT响应的二阶偏微分方程组.然后在对角各向异性MT响应解析解基础上,通过电导率的变换得到剖面各向异性及平面各向异性介质的解析解.其次,以各向同性介质为例,讨论了解析解计算过程中积分限与积分步长的选取对计算精度的影响.最后计算了两种剖面各向异性及平面各向异性介质模型的MT响应,并对各向异性介质模型MT响应解析解的一些应用做了讨论. 相似文献
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在现有计算机内存和运算速度条件下，电性各向异性地层中频率域电磁响应的数值模拟是一个难点. 为探索各向异性介质模型电磁响应的有效算法，同时为进一步研究各向异性地层测量响应的校正方法奠定基础，从Maxwell电磁响应方程出发，使用由三个彼此垂直的发射线圈和三个彼此垂直的接收线圈组成的线圈结构模型，应用交错网格有限差分法推导了三维频率域电磁响应的差分计算格式，采用预条件双共轭梯度法对所形成的复系数矩阵进行了迭代求解，从而得到电性各向异性地层模型下的线圈测量响应. 应用这些方法进行了多种条件下电磁响应的计算，计算结果表明，所形成的计算方法是准确可靠的，预条件双共轭梯度法的运算效率也较高；电性各向异性地层的电磁响应与地层倾角（或井斜角）、仪器测量方位、地层的水平电阻率和垂直电阻率有关；根据水平方向磁场强度分量可以确定地层界面；在电磁响应计算过程中，背景电导率的取值要尽量接近整个计算区域的平均电导率. 相似文献
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由于海底介质受沉积环境的影响,层理发育呈现明显各向异性特征.对于海洋可控源电磁法各向异性的研究以往主要局限于一维和二维模型,为更深入了解复杂情况下海底各向异性对海洋可控源电磁响应的影响规律,本文开展三维任意各向异性介质中海洋可控源电磁法正演研究.采用交错网格有限差分技术,通过对任意各向异性介质电导率张量实行体积和空间电流密度平均,完成海洋可控源电磁二次散射电场的离散化,成功实现任意各向异性介质中海洋可控源电磁正演模拟.通过对几种典型各向异性电性模型条件下海洋电磁电场多分量响应及分布特征和各向同性情况的对比分析,总结电各向异性对海洋电磁响应的影响规律和识别方法.本文算法研究及算例可为海洋可控源电磁数据精细化处理解释提供技术支撑. 相似文献
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地壳和上地幔普遍存在的电性各向异性是大地电磁测深方法在实践应用中的关键和难点问题,而由近地表局部地电异常引起的电流型畸变可进一步加剧各向异性反演的多解性和不确定性.为压制电流型畸变影响,本文实现了一种利用大地电磁相位张量和倾子数据获取地下介质主轴电性各向异性结构的三维反演算法.该算法正演问题的求解采用交错采样有限差分法,反演问题的求解采用非线性共轭梯度法.理论模型测试表明,相位张量和倾子的三维各向异性反演不仅恢复了真实的各向异性异常分布特征,且压制了为拟合电流型畸变出现的假异常.由于相位张量和倾子数据不含幅值信息,先验模型选取对反演模型电阻率值的恢复效果影响较大,但初始模型的改变基本不影响反演结果.为进一步验证该算法的有效性,将其应用于USArray项目在美国西北部采集的109个长周期大地电磁实测数据.反演结果表明,相对于阻抗数据,相位张量和倾子数据的各向异性反演结果对浅层结构的刻画更为准确,与地表地质特征更为吻合. 相似文献
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地层宏观电性各向异性会对可控源电磁响应产生重要影响.由于海底地层电性结构常表现为电导率各向异性，若仅对海洋可控源电磁（MCSEM）数据进行常规各向同性反演，有可能无法获得准确的反演解释结果，从而削弱MCSEM技术的可靠性.本文实现了电导率垂直各向异性（VTI）条件下频率域海洋可控源电磁数据三维反演算法.其中，三维正演采用基于二次场控制方程的交错网格有限体积法，并利用直接矩阵分解技术来求解离散所得的大型线性方程组，有利于快速计算多场源的响应.反演采用具有近似二次收敛性的高斯牛顿算法对目标函数进行最优化.最后，对具有VTI电性各向异性特征的盐丘构造模型的MCSEM合成数据分别进行了电导率各向同性和垂直各向异性三维反演，结果表明：各向同性三维反演算法无法对受VTI介质影响的MCSEM数据进行正确的反演解释，而垂直各向异性三维反演能够获得更为可靠的地下电阻率结构和异常体分布，展现出对海底电性各向异性结构更为优良的反演解释能力. 相似文献
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由于浅部、局部不均匀三维异常体的影响,大地电磁测深(Magnetotelluric,MT)观测数据往往需要进行畸变校正.本文针对相位张量不受局部电场畸变影响的特点,研究相位张量分析约束下的大地电磁测深(MT)阻抗张量GB(Groom-Bailey)分解方法.分析由相位张量得到的相关参数,结合初步电性结构维性判断及二维或近似二维电性结构条件下电性主轴方向等信息,设计较合理的GB阻抗张量分解初始模型,提高GB算法的稳定性及可靠性.同时,在传统GB分解求解模型的基础上,将各向异性参数引入目标函数,并采用共轭梯度法进行模型的最优化求解.理论数据计算结果表明,MT阻抗张量GB分解方法的计算结果,依赖于初始模型中电性主轴角、阻抗张量值等参数的选择,相位张量分析约束下的GB分解方法能有效改善算法的稳定性和计算结果的可靠性.此外,研究表明,在合理的初始模型选择下,较之传统的GB分解方法,尽管各向异性参数仍旧无法求出,但带各向异性参数的GB分解方法在计算效率和结果可靠性方面均具有一定的优势.选择实际大地电磁测深点数据进行方法验证,取得了理想的电性分析结果. 相似文献
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在一些地层层理发育的地区，地下介质存在显著的电各向异性，此时基于各向同性模型解释含各向异性效应的可控源音频大地电磁（CSAMT）测深观测数据会导致错误的结果.本文通过引入3×3的对称正定张量表征电导率各向异性，采用非结构四面体网格和矢量有限元方法离散电场满足的矢量Helmholtz方程，并将电磁场源等效为系列电偶极子，实现任意各向异性介质中CSAMT高效数值模拟.本文首先通过层状各向异性模型检验三维有限元算法的精度和有效性，进一步建立三维地电模型研究异常体各向异性和围岩各向异性对CSAMT响应的影响，最后使用视电阻率极性图来识别各向异性电导率主轴方向.数值模拟结果表明，各向异性电导率对CSAMT视电阻率幅值及分布规律都有很大影响，视电阻率极性图能够很好地识别各向异性主轴方向. 相似文献
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为了计算带任意地形的各向异性介质中二维大地电磁响应，本文在非结构化网格的基础上，采用有限体积法，开发了二维大地电磁各向异性正演模拟的新算法.首先，从Maxwell方程出发，推导二维各向异性介质中大地电磁场的边值问题；然后，采用三角网格自动生成技术对求解区域进行非结构化网格剖分，进而构建节点中心控制体积单元，利用有限体积方法，得到求解边值问题的大型稀疏线性方程组；最后，利用Pardiso精确地计算了大地电磁响应值.三个各向异性模型的计算结果表明，本文开发的有限体积算法，不仅能够高精度求解带任意地形的大地电磁电导率各向异性问题，而且对于同一模型，该方法的计算消耗和精度都与有限单元法相当.因此，有限体积法是处理电磁法各向异性问题的一种有效方法. 相似文献
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Luděk Klimeš 《Studia Geophysica et Geodaetica》2010,54(2):269-289
Equations are presented to determine the phase shift of the amplitude of the elastic Green tensor due to both simple (line)
and point caustics in anisotropic media. The phase-shift rules for the Green tensor are expressed in terms of the paraxial-ray
matrices calculated by dynamic ray tracing. The phase-shift rules are derived both for 2×2 paraxial-ray matrices in ray-centred
coordinates and for 3×3 paraxial-ray matrices in general coordinates. The reciprocity of the phase shift of the Green tensor
is demonstrated. Then a simple example is given to illustrate the positive and negative phase shifts in anisotropic media,
and also to illustrate the reciprocity of the phase shift of the Green tensor. 相似文献
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我国50多年的视电阻率连续观测结果表明,大地震前近震中区域的视电阻率呈现出与主压应力方位有关的各向异性变化,即:垂直于主压应力方向观测的变化幅度最大,平行方向最小或不明显,斜交方向介于二者之间.目前我国定点台站视电阻率观测的探测范围主要在浅层沉积层以内,通常含有较多的含水裂隙.本文将地下岩土介质简化为由固体基质和含流体/气体裂隙组成的固液气三相介质,且基质、流体和气体具有标量形式的电阻率,推导出了包含基质和流体电阻率、裂隙率、饱和度和裂隙面积率因子的电阻率张量表达式.以裂隙的扩展/闭合表示应力作用下裂隙的变化,得到了电阻率随裂隙变化的微分形式,电阻率变化对裂隙体积变化放大系数的表达式和裂隙横向变化对纵向电阻率影响的横向权系数的表达式.在此基础上得到了介质电阻率和视电阻率的各向异性变化特征:对于含水裂隙介质,无论裂隙如何变化,均是最小主轴方向电阻率的变化幅度大于其他方向;对于含水孔隙介质,沿孔隙主要变化方向的主轴电阻率变化幅度大于其他方向.对于各向异性变化,视电阻率和介质电阻率存在π/2的方向差异.相较于含水岩石,无水岩石介质电阻率的各向异性变化不显著.本文提出的电阻率表达式可以对实验室和野外实际观测的许多结果做出合理的解释. 相似文献
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Dionissios T. Hristopulos George Christakos 《Stochastic Environmental Research and Risk Assessment (SERRA)》1997,11(5):369-395
This work presents a stochastic diagrammatic theory for the calculation of the effective hydraulic conductivity of heterogeneous
media. The theory is based on the mean-flux series expansion of a log-normal hydraulic conductivity medium in terms of diagrammatic
representations and leads to certain general results for the effective hydraulic conductivity of three-dimensional media.
A selective summation technique is used to improve low-order perturbation analysis by evaluating an infinite set of diagrammatic
terms with a specific topological structure that dominates the perturbation series. For stochastically isotropic media the
selective summation yeilds the anticipated exponential expression for the effective hydraulic conductivity. This expression
is extended to stochastically anisotropic media. It is also shown that in the case of non homogeneous media the uniform effective
hydraulic conductivity is replaced by a non-local tensor kernel, for which general diagrammatic expressions are obtained.
The non-local kernel leads to the standard exponential behavior for the effective hydraulic conductivity at the homogeneous
limit. 相似文献
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This work presents a stochastic diagrammatic theory for the calculation of the effective hydraulic conductivity of heterogeneous
media. The theory is based on the mean-flux series expansion of a log-normal hydraulic conductivity medium in terms of diagrammatic
representations and leads to certain general results for the effective hydraulic conductivity of three-dimensional media.
A selective summation technique is used to improve low-order perturbation analysis by evaluating an infinite set of diagrammatic
terms with a specific topological structure that dominates the perturbation series. For stochastically isotropic media the
selective summation yeilds the anticipated exponential expression for the effective hydraulic conductivity. This expression
is extended to stochastically anisotropic media. It is also shown that in the case of non homogeneous media the uniform effective
hydraulic conductivity is replaced by a non-local tensor kernel, for which general diagrammatic expressions are obtained.
The non-local kernel leads to the standard exponential behavior for the effective hydraulic conductivity at the homogeneous
limit. 相似文献
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现有海洋可控源电磁三维数值模拟方法大多基于电导率各向同性介质理论,不能模拟海底地层电导率各向异性的实际情况.本文给出了电导率各向异性三维介质中电性源海洋可控源电磁二次电场的边值问题以及相应的变分问题,采用长方体单元对研究区域剖分,将场分量定义在剖分单元的边上,利用矢量有限单元法求解变分问题,实现了电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟.这个新的正演方法可以计算电导率任意各向异性三维地电模型的海洋可控源电磁响应,基于二次场矢量有限元法直接求解电磁场,避免了传统有限元方法可能遇到的伪解问题和难于处理电场法向分量不连续的问题,提高了数值模拟计算精度.一维电导率各向异性模型电磁场数值解与解析解吻合得相当好,无论在源附近还是远离源处相对误差均不超过1%.电导率各向异性二维模型的计算结果与已有文献采用的非结构有限元模拟结果十分吻合.三维地电模型数值模拟结果显示,电导率各向异性张量电导率主轴分量和欧拉角对不同装置海洋可控源电磁响应均有着明显的影响. 相似文献
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Peidong Shi Doug Angus Andy Nowacki Sanyi Yuan Yanyan Wang 《Surveys in Geophysics》2018,39(4):567-611
Seismic anisotropy which is common in shale and fractured rocks will cause travel-time and amplitude discrepancy in different propagation directions. For microseismic monitoring which is often implemented in shale or fractured rocks, seismic anisotropy needs to be carefully accounted for in source location and mechanism determination. We have developed an efficient finite-difference full waveform modeling tool with an arbitrary moment tensor source. The modeling tool is suitable for simulating wave propagation in anisotropic media for microseismic monitoring. As both dislocation and non-double-couple source are often observed in microseismic monitoring, an arbitrary moment tensor source is implemented in our forward modeling tool. The increments of shear stress are equally distributed on the staggered grid to implement an accurate and symmetric moment tensor source. Our modeling tool provides an efficient way to obtain the Green’s function in anisotropic media, which is the key of anisotropic moment tensor inversion and source mechanism characterization in microseismic monitoring. In our research, wavefields in anisotropic media have been carefully simulated and analyzed in both surface array and downhole array. The variation characteristics of travel-time and amplitude of direct P- and S-wave in vertical transverse isotropic media and horizontal transverse isotropic media are distinct, thus providing a feasible way to distinguish and identify the anisotropic type of the subsurface. Analyzing the travel-times and amplitudes of the microseismic data is a feasible way to estimate the orientation and density of the induced cracks in hydraulic fracturing. Our anisotropic modeling tool can be used to generate and analyze microseismic full wavefield with full moment tensor source in anisotropic media, which can help promote the anisotropic interpretation and inversion of field data. 相似文献
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假设横向各向同性(TI)介质的对称轴是垂直的(VTI)或者水平的(HTI)能给实际资料处理带来便利,然而实际TI介质的对称轴往往是倾斜的(TTI),忽略对称轴倾角可能给各向异性参数提取和成像带来偏差,因此需要研究是否能、以及什么条件下能忽略TTI介质对称轴倾角.本文通过理论研究和数值分析研究了与TTI介质弹性性质最接近的VTI介质(OAVTI)的弹性常数和各向异性参数与原TTI介质的弹性常数和各向异性参数之间的联系与差别.结果表明:OAVTI介质各向异性参数与原TTI介质各向异性参数之间的差别可统一表示成F(α0/β0,ε,δ,γ)ξ2的形式,其中F(α0/β0,ε,δ,γ)是无量纲各向异性参数(ε, δ, γ)的线性函数,ξ是对称轴倾角;ξ的大小对各参数的误差起主导作用,一般不建议忽略20°~25°以上的对称轴倾角;当ξ较小时,即使是对强各向异性的TTI介质作VTI近似,引起的P波各向异性参数误差也很小,因此在纵波资料处理中忽略TTI介质对称轴倾角通常是可行的;即使在小ξ条件下,倾斜对称轴对SV波也有显著影响,因此在转换波资料处理中,不建议忽略TTI介质的对称轴倾角.本文的研究为分析忽略TTI介质对称轴倾角的可行性提供了理论依据和简便的判据. 相似文献