海洋电磁法多参数正演响应研究

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近年来,海洋可控源电磁法(CSEM)在国内外得到迅速发展,尤其是在深海环境下进行海底探测显示出了巨大的生产潜力,然而在浅海环境下,海洋CSEM的研究却相对薄弱,研究成果较少,欲取得良好的勘测效果,可靠有效的正演数值模拟仿真工作显得格外重要。通常的诸多正演模拟中,假定岩、矿石的介质磁导率和介电常数处处等于自由空间的磁导率和介电常数,而野外的实际地质情况并非如此,严格地说,描写介质电磁性质的参数ε、μ、σ不一定是常数。不但可以因时间、空间而变,还可以因物质成分、温度、压力、频率……而变。正是如此,基于海洋电磁法多参数正演响应研究是有很有必要的。  文中由麦克斯韦方程组出发,通过电磁场的边界条件,充分考虑层状地电模型各层介质电磁性质的参数(ε、μ、σ)变化,推导了有限水深层状海洋地电模型水平电性源频率域海洋CSEM电磁响应公式。在电磁场响应求解过程中,首先引入罗伦兹势(Lorentz)所满足的亥姆霍兹方程,得到了水平电性源在海洋地电模型各层中产生的 Lorentz势的解。尔后,根据Lorentz势与库仑势函数(Coulomb)势之间关系,得到了各层的Coulomb势的解,使得求解过程大大简化,通过Lorentz势或Coulomb势计算得到了各层介质中电磁场和势函数。  为了考察岩、矿石电磁参数(ε、μ、σ)、海水深度和地层厚度变化时海洋电磁响应特征规律,首先给出海洋环境中的典型地电模型和观测系统参数,通过修改地电模型某一层参数(海水深度、海底电阻率、磁导率、介电常数、地层厚度)值,借助高精度快速汉克尔Kong241滤波系数,采用30点高斯勒让德(Gauss-Legendre)数值求积方法,计算了长导线水平电性源频率CSEM在海底各观测点电场Ex和磁场Bz的正演响应。最终结果表明,随海水深度变浅,电场Ex和磁场Bz振幅曲线变化幅度增大,空气波逐渐占据主导地位,电场Ex分量对海底高阻层引起的异常大,而中低阻层引起的异常小,磁场Bz分量幅值对目标层电导率变化不敏感;因此,水平电性源频率域 CSEM探测方法不适宜探测海底低阻目标。针对岩层中磁导率随深度变化的情况,海底沉积物电性均匀或者呈层状分布时,电场Ex幅值均受到影响,而磁场Bz幅值受到影响不大。电场Ex和磁场Bz的幅值基本没受到介电常数变化而影响。当水深超过2000m时,可以忽略空气波的影响。总结这些因素与响应结果之间的影响规律,并提出一些新认识,这对今后实际资料的处理、反演、解释有一定的理论指导意义。
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