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基于多频电磁法水下目标体探测能力分析

地球物理学进展 2024年

作者：巩铭扬黄鑫严良俊谢兴兵周磊曹晓月油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)

海洋资源对国家长足发展至关重要，如何完善海洋资源普查已经成为各国关注焦点。水下目标体的精准探测已成为地球物理领域研究的热点问题。电磁勘探方法以电阻率差异为基础，可以有效提取与识别水下高阻或高导目标体，是海洋地球物理探... 详细信息

海洋资源对国家长足发展至关重要，如何完善海洋资源普查已经成为各国关注焦点。水下目标体的精准探测已成为地球物理领域研究的热点问题。电磁勘探方法以电阻率差异为基础，可以有效提取与识别水下高阻或高导目标体，是海洋地球物理探测的关键技术之一。航空电磁法由于采用机载平台可快速完成海域区数据采集，在海域资源普查、环境监测等方面得到广泛应用。然而，海洋环境复杂多变，基于一维海—地地电模型的正演模拟与反演解释技术难以对三维复杂地电结构进行刻画，严重阻碍了机载平台的多频电磁数据的精细化解释。本文采用六面体网格谱元法进行海-地电模型高精度多频航空电磁三维正演。并对水下目标开展频率域电磁探测数值模拟分析，总结不同条件下频率域电磁场传播规律，探究多频电磁系统对水下目标体的识别能力，为多频电磁系统在低空海域高导目标体有效探测提供理论参考。

关键词：多频电磁法水下目标体三维正演谱元法

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基于差分进化算法的瞬变电磁一维反演

石油地球物理勘探 2024年第2期59卷 343-351页

作者：王少杰周磊谢兴兵毛玉蓉程见中严良俊长江大学地球物理与石油资源学院湖北武汉430100 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室湖北武汉430100

实际采集的瞬变电磁数据包含电磁感应和激发极化效应,如何准确提取电阻率和极化率信息是电性源瞬变电磁数据处理的关键。首先,基于Cole⁃Cole复电阻率模型实现有限长电性源瞬变电磁法一维正演,在此基础上提出一种基于差分进化算法的电性... 详细信息

实际采集的瞬变电磁数据包含电磁感应和激发极化效应,如何准确提取电阻率和极化率信息是电性源瞬变电磁数据处理的关键。首先,基于Cole⁃Cole复电阻率模型实现有限长电性源瞬变电磁法一维正演,在此基础上提出一种基于差分进化算法的电性源瞬变电磁一维反演方法。然后,在传统差分进化算法的基础上引入反向学习策略及控制参数自适应调节,加快反演的收敛速度,同时在目标函数中引入约束条件,构成最小构造反演,降低反演的多解性。最后,基于典型的三层地电模型和复杂多层模型进行理论模型测试,反演结果可有效恢复模型的电阻率和极化率。利用实测资料进行反演,反演得到的电阻率与OCCAM反演电阻率基本一致。在此电阻率约束的基础上,进一步反演得到极化率信息。反演结果准确地提取了实测数据中的电阻率信息,得到了地下介质的极化率分布,证明了算法的准确性和适用性。

关键词：一维反演自适应差分进化算法反向学习策略电阻率极化率瞬变电磁

基于非结构有限元电各向异性介质井-地激发极化法响应特征研究

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地球物理学进展 2024年第3期 1048-1061页

作者：张俊可周磊王新宇谢兴兵毛玉蓉严良俊长江大学地球物理与石油资源学院长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院

井中激发极化法因其具备工作效率高、勘探效果好，在深部找矿、油气资源勘查和水资源勘查中得到了广泛应用.目前井-地激发极化法的相关研究均是将地下介质假设为各向同性，但是实际地球介质的电性特征表现为各向异性，此时基于各向同性... 详细信息

井中激发极化法因其具备工作效率高、勘探效果好，在深部找矿、油气资源勘查和水资源勘查中得到了广泛应用.目前井-地激发极化法的相关研究均是将地下介质假设为各向同性，但是实际地球介质的电性特征表现为各向异性，此时基于各向同性模型的传统成像及反演成像技术就不再适用于各向异性数据的处理解释.为分析各向异性特征对井-地激发极化法的影响规律，本文基于有限单元法开展不同主轴方向的电导率、极化率各向异性正演算法研究，从点源场满足的偏微分方程和边界条件得出异常电位法下的稳定电流场的边值问题和变分问题，实现各向异性介质的井地激发极化法的三维正演模拟.通过对复杂三维各向同性模型和三维各向异性模型的测试与对比，验证了算法的有效性与正确性.构建典型各向异性地质模型分析了不同主轴方向的电导率、极化率各向异性异常体对井-地激发极化响应的影响.结果表明x主轴电导率各向异性导致视电阻率响应值增大其视极化率响应增强，y轴和z轴电导率各向异性时视极化率均表现出较强敏感度；x轴极化率各向异性导致异常体的视极化率响应减弱而y轴和z轴方向极化率各向异性变化不敏感；y轴方向和z轴方向电导率、极化率各向异性时，视极化率响应变化敏感度低，x轴方向的响应变化比较敏感．该研究不仅有利于理解各向异性对井中激电的影响规律，而且可以为考虑各向异性的井中激电资料的数据解释提供理论支撑．

关键词：井-地激发极化法各向异性有限元异常电位法三维正演

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电性源瞬变电磁法油气藏动态监测模拟分析

石油地球物理勘探 2022年第2期57卷 459-466,I0009页

作者：王新宇严良俊毛玉蓉油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学) 湖北武汉430100 非常规油气省部共建协同创新中心湖北武汉430100

油气藏开采过程中,储层剩余油气被流体驱替前、后声阻抗变化较小,会造成时移地震监测失效,但驱替前、后储层电阻率变化较大,因而时移电磁法在油气藏动态监测中具有物性方面的优势。通过三维数值模拟,分析了电性源瞬变电磁法对剩余油气... 详细信息

油气藏开采过程中,储层剩余油气被流体驱替前、后声阻抗变化较小,会造成时移地震监测失效,但驱替前、后储层电阻率变化较大,因而时移电磁法在油气藏动态监测中具有物性方面的优势。通过三维数值模拟,分析了电性源瞬变电磁法对剩余油气藏动态监测的能力。为提高数值模拟精度,基于非结构化网格矢量有限元法,采用二阶后退欧拉法(BDF2)变步长差分格式,实现了电性源瞬变电磁三维正演。对比均匀半空间电磁场解析解及三维复杂模型的数值结果,验证了该方法满足正演精度要求。基于此模拟方法,计算并分析了复杂地质背景油气藏模型的电场相对异常动态监测响应特征。基于涪陵页岩气实际地质资料进行建模,对比压裂前、后电场相对异常。研究结果表明,电性源瞬变电磁法对油气藏动态监测响应效果明显,能满足复杂三维油气藏动态监测的地质要求,应用前景广阔。

关键词：瞬变电磁法时移电磁法油气藏动态监测矢量有限元变步长差分格式

塔里木盆地前寒武系地层重磁电物性建模及储层激电响应特征

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地球物理学报 2023年第4期66卷 1589-1602页

作者：向葵严良俊胡华杨辉文百红苏洲油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学) 武汉430100 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油塔里木油田公司新疆库尔勒841000

塔里木盆地轮探1井钻遇新元古界上震旦统优质白云岩储层,证实了盆内寒武系盐下白云岩储层为下一步的潜力勘探层系,对拓宽深层、超深层油气勘探领域具有重要意义.本文着重研究塔里木盆地周缘前寒武系地层露头标本,通过分析不同地层、不... 详细信息

塔里木盆地轮探1井钻遇新元古界上震旦统优质白云岩储层,证实了盆内寒武系盐下白云岩储层为下一步的潜力勘探层系,对拓宽深层、超深层油气勘探领域具有重要意义.本文着重研究塔里木盆地周缘前寒武系地层露头标本,通过分析不同地层、不同岩性标本的密度、磁化率、电阻率、极化率和剩磁特征,建立了前寒武系地层的重、磁、电物性模型,并较全面地完善了盆地自太古宙以来的重磁电物性与地层的关系模型.同时,充分利用前寒武系地层密度、磁性和电性参数,通过多参数交会分析,揭示了古老地层不同岩性标本的重磁电物性响应特性.此外,基于深层已钻井岩心开展含油条件下的复电阻率特征分析,本研究为盆地深层油气非地震勘探提供了岩石物理模型,有助于提高深层重磁电勘探方法的分辨能力,对应用非地震勘探方法进行岩性识别和弄清物性界面特征具有指导意义.

关键词：塔里木盆地前寒武系密度磁化率复电阻率物性模型

基于混合网格有限元的直流电阻率法三维正演研究

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煤田地质与勘探 2022年第5期50卷 136-143页

作者：王新宇王程毛玉蓉严良俊周磊高文龙长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室湖北武汉430100 非常规油气省部共建协同创新中心湖北武汉430100 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中,钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确,是否影响视电阻率资... 详细信息

直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中,钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确,是否影响视电阻率资料的解释是值得探讨的一个问题。因此,提出采用混合网格有限元法实现直流电阻率三维正演。给出异常电位法满足的边值问题及有限元变分问题,应用三棱柱和四面体混合网格实现对计算区域的快速离散,并建立2种网格的线性插值基函数和单元系数矩阵;采用SSOR–PCG迭代算法求解异常电位满足的大型线性方程组,得到各观测点的响应。在保证计算精度的前提下,应用混合网格有效地离散钻孔地电模型,探讨钻孔因素对井–地、地–井观测方式视电阻率数据的影响特征。对于井–地观测方式:钻孔附近视电阻率受钻孔因素影响最大,严重影响视电阻率资料的合理解释,但随着测点收发距的增加,视电阻率响应逐渐趋于围岩电阻率;而且随着发射源深度的增加,钻孔对地表视电阻率响应的影响也逐渐减小。对于地–井观测方式:钻孔因素对浅部数据影响较大,对深部数据影响小,相比于井液电阻率,视电阻率响应更易受钻孔孔径的影响。直流电阻率法混合网格有限元三维正演算法的提出,对实际井–地、地–井电阻率法勘探具有理论指导意义,可结合钻孔信息进行正演模拟分析,选择合适的收发距,有效压制钻孔因素对实测资料的影响。

关键词：直流电阻率法井液电阻率钻孔孔径混合网格有限元法三棱柱四面体三维正演

基于ACME的井中激电系统采集控制软件开发与应用

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吉林大学学报（地球科学版） 2022年第3期52卷 785-794页

作者：席彪谢兴兵毛玉蓉严良俊周磊油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学) 武汉430100 非常规油气湖北省协同创新中心武汉430100

针对我国深地资源勘查,研制出了深度3000m内矿产资源探测井中/井间激发极化法大功率激电系统.相比地面激发极化法,井中激电系统借助钻井进行勘探,收发装置更接近于目标体,对深部隐伏矿产、油气资源勘查更具优势.井中激电系统采集控制和... 详细信息

针对我国深地资源勘查,研制出了深度3000m内矿产资源探测井中/井间激发极化法大功率激电系统.相比地面激发极化法,井中激电系统借助钻井进行勘探,收发装置更接近于目标体,对深部隐伏矿产、油气资源勘查更具优势.井中激电系统采集控制和数据处理是整个系统工作的中枢,在工作中需要解决高温高压条件下的数据采集、长距离遥传通讯、数据高速传输、接收和发射同步等技术难题.本文基于测井采集控制管理平台(acquisition control management expert,ACME)拓展性强的特点,研发了一套与井中激电系统配套的采集控制和处理软件.井中激电系统采集控制软件通过动态库挂接在ACME上,实现激电系统的数据采集、实时传输、显示、监测、保存和处理成图等功能,并成功应用于大冶市铜铁金属矿的井中探测实验,数据处理结果和已知资料高度一致,达到预期效果.

关键词：井中激发极化法 ACME 接收发射控制数据处理

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水力压裂页岩激电特征与各向异性实验研究

石油地球物理勘探 2023年第5期58卷 1152-1163页

作者：童小龙严良俊向葵谭功贤油气钻采工程湖北省重点实验室湖北武汉430100 油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学) 湖北武汉430100

水力压裂是改善非常规储层物性、实现非常规油气资源有效开发的核心技术。与微地震监测不同,电磁监测方法以压裂液与围岩的复电阻率差异为基础,具有更好的物性基础。对于致密页岩等非常规储层,水力压裂形成的裂隙储层结构复杂,多种激发... 详细信息

水力压裂是改善非常规储层物性、实现非常规油气资源有效开发的核心技术。与微地震监测不同,电磁监测方法以压裂液与围岩的复电阻率差异为基础,具有更好的物性基础。对于致密页岩等非常规储层,水力压裂形成的裂隙储层结构复杂,多种激发极化机理复合作用,给实际地层的激电建模带来一定的困难,限制了压裂电磁监测的储层评估能力。为此,开展了裂隙介质双重孔隙介质理论建模,结合五峰组致密储层页岩的压裂前、后激发极化特征实验,分析了储层样品在不同压力、压裂前后不同饱和度、填充不同支撑剂等状态下的激电参数变化及各向异性特征。研究结果表明:压裂后裂隙储层的激电物理特征受裂隙面影响较大,储层孔隙结构连通性增强是引起电阻率下降的主要原因;支撑剂的定向分布有利于增强裂隙储层的各向异性。该研究成果为储层激电建模提供了理论与实验基础。

关键词：水力压裂复电阻率极化率岩石物理电各向异性

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大地电磁测深资料的二次函数逼近非线性反演

地球物理学报 2004年第5期47卷 935-940页

作者：严良俊胡文宝长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室荆州434023

将二次函数逼近非线性优化首次应用于大地电磁测深反演问题 ,该反演方法利用二次函数有唯一最小值的特点进行逼近大地电磁反演模型 ,从而避免了常规的迭代反演过程中陷入局部极小问题 ,实现了对目标函数求全局极小 ,较好地解决了非唯一... 详细信息

将二次函数逼近非线性优化首次应用于大地电磁测深反演问题 ,该反演方法利用二次函数有唯一最小值的特点进行逼近大地电磁反演模型 ,从而避免了常规的迭代反演过程中陷入局部极小问题 ,实现了对目标函数求全局极小 ,较好地解决了非唯一性问题 ;同时该方法不用求灵敏度矩阵 ,且对初始模型无任何要求。通过理论模型检验、井旁MT点反演结果与测井曲线的对比及MT测线的反演电阻率深度剖面与地震测线的时间剖面对比均表明 ,本文方法取得较好的应用效果。

关键词：大地电磁测深二次函数逼近非线性反演视电阻率仿射变换