發(fā)布時(shí)間：2020-05-12 05:58

【摘要】：海洋可控源電磁法在海洋能源勘探、資源勘查、海洋目標(biāo)探測中占有重要的地位，也是目前國際海洋勘探領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其中，海洋電磁三維時(shí)間域數(shù)值模擬是一項(xiàng)重要研究內(nèi)容，也是具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題。本論文在國家863計(jì)劃項(xiàng)目課題的資助下開展了海洋可控源電磁法三維時(shí)域有限差分（FDTDFinite-Difference Time-Domain）數(shù)值模擬。 論文在前人TEM勘探的FDTD模擬基本理論和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，，對海洋可控源電磁法FDTD開展了系統(tǒng)研究，主要研究內(nèi)容和成果如下。 1.作為FDTD數(shù)值計(jì)算的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，針對海洋電磁的特點(diǎn)，論文導(dǎo)出了源在導(dǎo)電空間激發(fā)的導(dǎo)電全空間、半空間中電偶極子的階躍電流響應(yīng)、截?cái)嚯娏黜憫?yīng)、脈沖電流響應(yīng)以及任意電流信號的時(shí)域響應(yīng)解析式。并研究了導(dǎo)電全空間中階躍電流響應(yīng)與介質(zhì)電阻率、傳播時(shí)間、傳播距離之間的關(guān)系，通過電偶極子場各個場分量在空間中的分布圖分析，直觀顯示了海洋電磁響應(yīng)的特征。 2.論文研究了層狀導(dǎo)電空間中電偶極子場的數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與全空間和半空間的解析結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了程序的正確性。 3.論文重點(diǎn)研究了海洋環(huán)境下FDTD方法適用的控制方程，時(shí)空剖分方法，電磁場迭代差分公式，討論了各類邊界條件、穩(wěn)定性、數(shù)值色散和源電流信號等關(guān)鍵技術(shù)，推導(dǎo)了擴(kuò)散方程的三維Du Fort-Frankel格式，導(dǎo)出了“虛擬介電常數(shù)”的表達(dá)式。 4.論文研究中采用高斯脈沖作為發(fā)射信號，完成了電偶極子在全空間的場分布的計(jì)算，模擬結(jié)果表明：場在初期為橢球型，后期為球形，與解析結(jié)果給出的圖樣相似；同時(shí)，全空間高斯脈沖響應(yīng)與脈沖響應(yīng)的解析解的時(shí)序?qū)?yīng)較好；其次，計(jì)算了海洋導(dǎo)電半空間的高斯脈沖響應(yīng)，并與半空間脈沖響應(yīng)的解析解做了比較；再者，計(jì)算了海洋三分空間的電磁場，在高阻異常和低阻異常層的情況下，電阻率異常界面清晰，結(jié)果符合先驗(yàn)知識。 5.針對淺海拖纜式海洋電磁勘探模式，應(yīng)用FDTD方法分別對海洋油氣等高阻儲層和金屬礦產(chǎn)等低阻儲層做了一維構(gòu)造、二維構(gòu)造、三維構(gòu)造的三維建模和數(shù)值模擬。通過正演數(shù)據(jù)的異常分析，說明了FDTD法在MCSEM數(shù)值模擬中的有效性。 6.提出了�？章�(lián)合電磁勘探技術(shù)模式，開展了頻率域一維和2.5維的數(shù)值模擬。同時(shí)，分別對海洋油氣高阻異常和金屬礦等低阻異常進(jìn)行三維建模和FDTD數(shù)值模擬，對正演數(shù)據(jù)用各種方法進(jìn)行異常分析，并與一維和2.5維頻率域計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對分析，說明了海空聯(lián)合勘探模式的有效性，證明了FDTD法對海空聯(lián)合勘探的可行性。 本文取得了以下性創(chuàng)新性成果： 1.導(dǎo)出了導(dǎo)電全空間、導(dǎo)電半空間中電偶極子任意電流的時(shí)域響應(yīng)解析式。給出了層狀導(dǎo)電空間中電偶極子任意電流時(shí)域響應(yīng)的數(shù)值算法。 2.較為成功的將FDTD方法用于海洋可控源電磁勘探中，對其方程的建立、穩(wěn)定性、數(shù)值色散、邊界條件、虛擬介電常數(shù)、初始時(shí)刻等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了討論，使用高斯脈沖作為發(fā)射信號直接加到方程中，避免了前人使用解析結(jié)果作為初始條件加入迭代中的復(fù)雜性和局限性。將數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果與解析結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證其有效性。 3.使用FDTD方法模擬了海洋中電磁波傳播及與一維、二維、三維構(gòu)造不同電阻率異常體相互作用的規(guī)律和特征，給出了全空間全時(shí)段海洋電磁場的時(shí)空分布，對海洋電磁研究和資料解釋有一定的參考價(jià)值。 4.提出了海空聯(lián)合電磁勘探技術(shù)模式，通過一維、2.5維頻率域方法和三維FDTD方法時(shí)頻域相結(jié)合驗(yàn)證了該模式的有效性。 本文的研究成果對海洋電磁勘探、設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬及海洋目標(biāo)探測都有參考價(jià)值。對CSEM和MCSEM的研究具有重要的理論意義和指導(dǎo)作用。
【圖文】：

會和 Caledonia 公司提供實(shí)驗(yàn)的資金，由英國愛丁堡大學(xué)、 和 DMT 公司共同研究并實(shí)施海上實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)取得了較所用的方法，申請了美國編號為 6914433 的專利。2002 年和 Hobbs，進(jìn)一步從理論上論證了該種海洋電磁勘探模式可量研究（Wright, ZiolkowskiWright et al., 2002；Wright et t al. 2007），從理論和實(shí)際測的數(shù)據(jù)上，驗(yàn)證了發(fā)射偽隨機(jī)號，效果更好，并提出了多種模式，淺海勘探模式，如圖 1如圖 1-2。S 公司從 2004 年開始投入研制拖纜式海洋電磁設(shè)備，從 在挪威北海海域，每年用該方法對已知油氣藏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，法具有極好的效果，目前僅有的幾篇文章顯示了該方法在的潛力。2012年11月PGS公司再次做了拖纜海洋電磁法的勘藏區(qū)域進(jìn)行更進(jìn)一步的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)工作。2012 年，美國猶他上完成了拖攬式海洋電磁的三維正反演方法研究，并且將機(jī)上實(shí)現(xiàn)[74-82]。

效果更好，并提出了多種模式，淺海勘探模式，如圖 1如圖 1-2。S 公司從 2004 年開始投入研制拖纜式海洋電磁設(shè)備，從 2司在挪威北海海域，每年用該方法對已知油氣藏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，法具有極好的效果，目前僅有的幾篇文章顯示了該方法在的潛力。2012年11月PGS公司再次做了拖纜海洋電磁法的勘藏區(qū)域進(jìn)行更進(jìn)一步的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)工作。2012 年，美國猶他上完成了拖攬式海洋電磁的三維正反演方法研究，并且將機(jī)上實(shí)現(xiàn)[74-82]。圖 1-1 拖纜式海洋電磁勘探系統(tǒng)淺海模式
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P714;P631.325

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2659770