摘要：井海电磁法是将垂直双极线源置放在海底油气井中,供以交流电,在海底或海面接收电磁场响应以监测海底油气藏在开发过程中的变化,此法是一项以较低的成本监测海底油气藏开发的技术。井海电磁在国际上已经逐渐受到海洋油气开发研究的关注。根据垂直电偶极子在海洋一维层状介质中电磁场响应公式,将有限长线源离散成有限个垂直电偶极子,通过叠加原理,模拟整个有限长线源在任意观测点的电磁响应。为此设计了深海、浅海和已知储层下方含有未知储层等模型,得到了将垂直双极源分别放置于深海和浅海海底油气井中一维模型的正演计算结果,结果表明,井海电磁独特的激发模式不仅适合深海油气开发,在浅海受到空气波干扰也较小,对于中国海洋油气的开发具有实际意义。

摘要：当前无人机频率域半航空电磁方法(SAEM)成为地球物理勘探中的新兴技术,该方法通过空中无人飞行器测量地面上单个或多个可控源的垂直磁场.本文为无人机频率域SAEM开发了三维反演程序,正演采用交错网格有限差分.由于无人机采集的数据量巨大,因此使用了有限内存拟牛顿法(LBFGS)实现快速的三维反演,以避免计算和存储巨大的灵敏度矩阵.为了提升无人机频率域SAEM的三维反演效果,本文进一步实现了无人机频率域SAEM与大地电磁(MT)的三维联合反演,并对联合反演实施了地震结构约束,结构约束采用交叉梯度法实现.MT可以增加勘探深度,而结构约束可以提高电磁法反演的分辨率.最后通过建立四个理论模型,证明了本文程序的有效性.

摘要：大地电磁法一直以来基本都遵循场源为平面电磁波的假设,这种假设普遍适用于中高频的大地电磁研究,但在具有显著非平面波场特性的区域或开展长周期大地电磁研究时,则对场源平面波的理论基础带来了挑战,若不满足理论假设,将会导致深部探测的可靠性降低,勘探目标定位风险增高.本文通过选择线状、片状及非规则场源模型来模拟极光电集流、赤道环电流和横向波动的波数场源,开展了大地电磁场源效应的模拟研究,对比分析了非平面波模式和平面波模式的响应差别.模拟表明大地电磁场源效应强度与模型平均电阻率正相关,与频率和测点与源水平距离负相关,且与场源的高度、宽度和横向波长等参数均有关系,非平面波模式和平面波模式正演响应在一些情况下具有超过10%的差异.基于场源效应特征,归纳并提出了五种场源效应校正方法,一是计算极限模型来截断场源效应影响频段的频域截断法,二是对多个同步观测的邻近测点进行平均的测点平均法,三是延长测点观测时间的时间域延长法,四是剔除较强垂直磁场分量所对应场源效应较强段数据的时间域剔除法,五是直接考虑场源的反演,五种方法均能一定程度上降低大地电磁场源效应的影响.对于受场源效应影响的大地电磁数据,若直接采用平面波方式进行反演则可能在深部产生较大畸变,若在获知场源相关参数的基础上,可开展考虑场源的大地电磁反演来消除场源效应影响.

摘要：各向异性介质对大地电磁观测数据的影响往往不可忽略,因此需要提高大地电磁各向异性三维反演的可靠性和有效性.为了满足大地电磁各向异性三维反演的需求,本文研究了一种基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演算法.根据大地电磁平面波理论假设,正演方程采用背景场与二次场分离的计算方式,二次场利用交错网格有限差分法求解.由于各向异性反演的多解性,本文将各向异性介质简化为主轴各向异性,并在此基础上进一步采用有限内存拟牛顿LBFGS法实现三维各向异性反演.为了提高各向异性反演的分辨率,反演目标函数中引入交叉梯度项,利用先验的结构信息,对三个方向的电阻率参数进行结构约束,最终的反演进一步利用MPI(Message Passing Interface,消息传递接口)技术实现分频并行计算,测试结果显示并行接近线性加速比.

摘要：以南海某海盆为背景,根据地震资料圈定靶区,用2.5维频率域正演程序进行数值模拟,用距海底150 m的水平电偶极子源激发0.01~1 Hz的低频电磁波,海底沉积层的异常区域填充海水、油和气等不同电阻率介质,采用沉底式观测装置观察其沿偶极方向的电场响应。结果表明,海洋2.5维频率域电磁法可以较为清晰地区分海底油气和水等高阻异常,将不同发射频率的电场响应等值线图叠放在一起,可以确定在一定电阻率假设下,分辨率最好的发射频率。与三维电磁法和一维电磁法相比较,2.5维正演在有效性和效率方面都有较大的优势,可为以后实际海洋油气勘探工程实践提供技术指导和设计参考。

摘要：我国浅部可用矿产资源量日益枯竭,如何提高深部矿产探测效果是亟待解决的重要问题。然而对于深部资源的探测,受限于地面地球物理勘探技术的探测精度、深度以及抗干扰能力,传统的电磁法难以在地表准确探测到深部隐伏矿的有用信息。为提高可控源电磁法(CSEM)的分辨率,本文利用矿井作为接收电磁总场响应的测点位置,采集井中垂直磁场数据BZ,获取地下电导体三维空间分布信息。采用有限差分法正演研究不同矿井位置对异常体的正演响应,结果表明矿井越靠近地下异常体边界,响应越大。基于有限内存拟牛顿法(LBFGS)所实现的快速三维反演,进一步证实井中磁场数据可以有效提升对深部空间信息的识别。最后,井中磁场数据与地面磁场数据结合起来实施的联合反演,实现了从浅到深的高精度成像,为实际深部矿产勘探提供了理论支撑。

摘要：可控源音频大地电磁法(CSAMT)目前实际应用多以单个源采集标量数据为主,这种工作方式限制了CSAMT探测复杂地质构造的能力.随着CSAMT张量观测系统的推出和精细电法勘探的需求增多,CSAMT张量采集逐步受到重视.为了深化对CSAMT三维张量阻抗响应特征的认识,本文基于电场含源控制方程,采用交错网格有限差分法实现了CSAMT的三维正演算法;与二维CSAMT正演结果对比,验证了三维正演的正确性;设计了代表性三维地电模型,计算了标量和张量阻抗,对比和分析了标量和张量阻抗的响应特征.

摘要：Z轴倾子电磁法(ZTEM)结合了航空测量效率高和天然场源勘探深度大的优点,弥补了地面MT采集数据所带来的人工成本高、耗时长以及复杂地形测量困难等缺点,通过空中航测的垂直磁场分量和地面预设基站测量的水平磁场分量建立航空倾子数据,可快速、高效获得地下电导体三维构造信息。为了进一步提高ZTEM面向复杂工程勘查的反演能力,该文在有限差分法正演和有限内存拟牛顿法(LBFGS)反演的基础上,加入MPI并行算法,对带地形的三维ZTEM异常响应进行了研究,并开发了ZTEM带地形三维反演程序。通过对带地形与平地形下低阻异常体反演算例分析,证实了LBFGS反演算法可以较好地获得地下目标体的真实地电模型。

摘要：随着人类工程建设发展,隧道及地下工程建设,愈加趋于向大埋深、高地应力及强岩溶发展,面临的水文地质环境也更加复杂.高压大流量突涌水灾害,作为一种隧道及地下工程建设中常见性地质灾害,具有突发性、危害性大和受影响因素较多等特点,往往给工程建设和安全运营带来巨大挑战.同时,隧道及地下工程突涌水的风险防控及应急救援,因其隐蔽性和特殊性等特点,存在着诸多理论和技术难点有待解决和突破.因此,项目组针对隧道及地下工程突涌水风险防控及应急救援技术研发的迫切性,并结合隧道工程现场试验中存在的问题进行了研究,取得了以下几个方面的成果.