可控源音频大地电磁法在地热勘查中的应用研究

【摘要】：随着对绿色环保型能源需求的增加，地热资源越来越受到各国的重视，成为大家竞相开发和研究的对象。我国是个能源消耗大国，同时也是个中低温地热资源蕴藏大国。通过地质调查，全国已发现地热异常3000多处，其中进行地热勘查的并已对地热资源进行评价的地热田有50多处。全国已建成地热井2000多眼，地热资源利用总量已居世界第一位。 在我国地热资源总量中，沉积盆地传导型地热田占有相当大的比例，这类地热田普遍埋藏深、温度低，但地热田规模大、易开采，地热资源利用率高，经济效益好。 针对我国中、低温地热资源的主要特点，本文主要对可控源音频大地电磁法在地热勘探中的应用做了研究。本文以地热勘探研究为契机，首先介绍了大地电磁学的基本性质，研究了常见岩石的电阻率，分析影响岩石电阻率的因素，如岩石类型、岩石孔隙度、含水性及地温场的作用，给出了地温梯度计算公式及标本电阻测量的基本方法。在介绍了电磁波与介质之间的相互作用后，引出了对可控源音频大地电磁法的应用背景和研究现状的阐述。然后介绍了可控源音频大地电磁法的理论基础，推导出了电磁方程在波区场的波动方程及在近区场的扩散方程，对大地电磁测深法和瞬变电磁法本质有了更深刻的认知，并有波区场波动方程推导出了卡尼亚视电阻率的一般表达式。根据电磁场正演模型的边界元数值计算方法，由泛函极值问题得出了电磁法数值计算的约束方程，为电磁方程提供了解析解的条件。在理论研究的基础上，对可控源音频大地电磁法在工作中可能遇到的问题进行了一定的研究，重点分析研究了静态效应、近场效应的发生原因及校正方法，同时对可控源音频大地电磁法中的场源效应、假极值效应等问题进行了一定的讨论和阐述。 本文首次系统地阐述了拐角频率、磁探头偏角、电极极差对实测数据质量的影响，并研究了电流、电压和功率三者关系对电、磁场观测的影响。本文研究了拐角频率对视电阻率和相位的影响规律，较为完善的给出了拐角频率的计算公式，指出拐角频率值的高低将直接影响视电阻率和相位曲线的准确程度；对磁探头偏转角度所引起的测量误差进行了一个定量的分析，指出磁探头水平摆放方位的偏转将会对卡尼亚视电阻率产生重要影响。以发射极AB中垂线计算为例，其特征为：张角越大，卡尼亚视电阻率的误差越大，当张角达到±30°时，卡尼亚视电阻率误差将随着θ角的增大而急剧增大。当ψ=25~0，θ=+10~0时，卡尼亚视电阻率的误差可达到230%，当ψ=+25~0，θ=10~0时，卡尼亚视电阻率的误差可达到-50%；对电极极差所引起的误差进行了实际分析，并提出了在室温下的5%NaCl溶液条件下判断电极优劣的技术指标：一对固体不极化电极的极差电位≦1mV，24h内极差漂移≦0.1mV，10s内短周期噪声≦0.01mV，频率响应范围是0~10kHZ，使用温度范围是-20℃~40℃；对供电电流、电压之间的分配情况进行了合理配置，得到了较为满意的结论。 本文最后通过对几个有代表性的地热田成功勘探实例，说明了在地层温度和地层破碎双重作用下的热储构造用可控源音频大地电磁法勘探是有效可行的。提出可控源音频大地电磁法具有勘探深度大、抗干扰能力强、工作效率高等优点，是目前比较好的一种地热田勘查方法。 【关键词】：地热 可控源音频大地电磁法 校正 拐角频率 磁探头偏角 电极极差
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-16
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外开发利用现状12-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 1.4 研究成果及创新点15-16
• 第2章 岩石电磁学基础16-23
• 2.1 常见岩石矿物的电阻率17
• 2.2 实际工作中岩石电阻率的测定17-19
• 2.2.1 电测井资料18
• 2.2.2 样品测试18
• 2.2.3 实地测定18-19
• 2.3 影响岩石电阻率的因素19-22
• 2.3.1 岩矿石电阻率与成分和结构的关系19-20
• 2.3.2 岩矿石电阻率与所含水分的关系20
• 2.3.3 岩矿石电阻率与地温梯度的关系20-21
• 2.3.4 岩矿石电阻率与频率的关系21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 CSAMT 的基本原理23-37
• 3.1 CSAMT 的发展与展望23-24
• 3.2 CSAMT 法的原理24-25
• 3.3 频率域麦克斯韦方程组与电磁波方程推导25-33
• 3.3.1 电磁场的理论公式25-26
• 3.3.2 电磁波与介质的相互作用26
• 3.3.3 有耗介质中的电磁波方程26-28
• 3.3.4 均匀半空间水平地面电偶源的电磁场28-32
• 3.3.5 均匀分层介质时的电磁场公式32-33
• 3.4 视电阻率表达式33-35
• 3.5 视相位公式35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 电磁场正演问题的边界元法数值计算37-42
• 4.1 线源椭圆型偏微分方程边值问题与变分问题的等价性37-38
• 4.2 能量极小原理38-40
• 4.3 有限单元法40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 CSAMT 应用中常见问题的讨论42-58
• 5.1 CSAMT 法应用中几个问题的研究42-49
• 5.1.1 收发距与频率的选择范围42-43
• 5.1.2 近场校正方法43-46
• 5.1.3 趋肤深度的讨论46-47
• 5.1.4 静态校正的应用47-48
• 5.1.5 T E 与 T M 测量模式的比较48
• 5.1.6 关于假极值问题及处理方法48-49
• 5.2 CSAMT 法野外工作提高数据质量的方法49-57
• 5.2.1 标定曲线的畸变及校正49-52
• 5.2.2 磁探头偏转的影响52-55
• 5.2.3 测量电极极差对测量结果的影响55
• 5.2.4 供电电流电压对测量结果的影响55-56
• 5.2.5 场源效应对测量结果的影响56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第6章 CSAMT 的应用实例58-78
• 6.1 泰安市 A 山区地热勘察58-66
• 6.1.1 地质简介与地球物理特征58-59
• 6.1.2 施工方法59-60
• 6.1.3 实测结果分析60-66
• 6.1.4 综合解释66
• 6.2 江苏省 B 地区地热资源勘察66-76
• 6.2.1 地质概况66
• 6.2.2 地球物理特征66-67
• 6.2.3 系统均方相对误差统计67
• 6.2.4 资料处理67-68
• 6.2.5 资料解释68-76
• 6.2.6 综合解释76
• 6.3 本章小结76-78
• 结论及建议78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-83
• 攻读硕士期间取得成果83

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