可控源音頻大地電磁法在地熱勘查中的應用研究

【摘要】：隨著對綠色環(huán)保型能源需求的增加，地熱資源越來越受到各國的重視，成為大家競相開發(fā)和研究的對象。我國是個能源消耗大國，同時也是個中低溫地熱資源蘊藏大國。通過地質(zhì)調(diào)查，全國已發(fā)現(xiàn)地熱異常3000多處，其中進行地熱勘查的并已對地熱資源進行評價的地熱田有50多處。全國已建成地熱井2000多眼，地熱資源利用總量已居世界第一位。 在我國地熱資源總量中，沉積盆地傳導型地熱田占有相當大的比例，這類地熱田普遍埋藏深、溫度低，但地熱田規(guī)模大、易開采，地熱資源利用率高，經(jīng)濟效益好。 針對我國中、低溫地熱資源的主要特點，本文主要對可控源音頻大地電磁法在地熱勘探中的應用做了研究。本文以地熱勘探研究為契機，首先介紹了大地電磁學的基本性質(zhì)，研究了常見巖石的電阻率，分析影響巖石電阻率的因素，如巖石類型、巖石孔隙度、含水性及地溫場的作用，給出了地溫梯度計算公式及標本電阻測量的基本方法。在介紹了電磁波與介質(zhì)之間的相互作用后，引出了對可控源音頻大地電磁法的應用背景和研究現(xiàn)狀的闡述。然后介紹了可控源音頻大地電磁法的理論基礎(chǔ)，推導出了電磁方程在波區(qū)場的波動方程及在近區(qū)場的擴散方程，對大地電磁測深法和瞬變電磁法本質(zhì)有了更深刻的認知，并有波區(qū)場波動方程推導出了卡尼亞視電阻率的一般表達式。根據(jù)電磁場正演模型的邊界元數(shù)值計算方法，由泛函極值問題得出了電磁法數(shù)值計算的約束方程，為電磁方程提供了解析解的條件。在理論研究的基礎(chǔ)上，對可控源音頻大地電磁法在工作中可能遇到的問題進行了一定的研究，重點分析研究了靜態(tài)效應、近場效應的發(fā)生原因及校正方法，同時對可控源音頻大地電磁法中的場源效應、假極值效應等問題進行了一定的討論和闡述。 本文首次系統(tǒng)地闡述了拐角頻率、磁探頭偏角、電極極差對實測數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，并研究了電流、電壓和功率三者關(guān)系對電、磁場觀測的影響。本文研究了拐角頻率對視電阻率和相位的影響規(guī)律，較為完善的給出了拐角頻率的計算公式，指出拐角頻率值的高低將直接影響視電阻率和相位曲線的準確程度；對磁探頭偏轉(zhuǎn)角度所引起的測量誤差進行了一個定量的分析，指出磁探頭水平擺放方位的偏轉(zhuǎn)將會對卡尼亞視電阻率產(chǎn)生重要影響。以發(fā)射極AB中垂線計算為例，其特征為：張角越大，卡尼亞視電阻率的誤差越大，當張角達到±30°時，卡尼亞視電阻率誤差將隨著θ角的增大而急劇增大。當ψ=25~0，θ=+10~0時，卡尼亞視電阻率的誤差可達到230%，當ψ=+25~0，θ=10~0時，卡尼亞視電阻率的誤差可達到-50%；對電極極差所引起的誤差進行了實際分析，并提出了在室溫下的5%NaCl溶液條件下判斷電極優(yōu)劣的技術(shù)指標：一對固體不極化電極的極差電位≦1mV，24h內(nèi)極差漂移≦0.1mV，10s內(nèi)短周期噪聲≦0.01mV，頻率響應范圍是0~10kHZ，使用溫度范圍是-20℃~40℃；對供電電流、電壓之間的分配情況進行了合理配置，得到了較為滿意的結(jié)論。 本文最后通過對幾個有代表性的地熱田成功勘探實例，說明了在地層溫度和地層破碎雙重作用下的熱儲構(gòu)造用可控源音頻大地電磁法勘探是有效可行的。提出可控源音頻大地電磁法具有勘探深度大、抗干擾能力強、工作效率高等優(yōu)點，是目前比較好的一種地熱田勘查方法。 【關(guān)鍵詞】：地熱 可控源音頻大地電磁法 校正 拐角頻率 磁探頭偏角 電極極差
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P631.325
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-16
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外開發(fā)利用現(xiàn)狀12-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 研究成果及創(chuàng)新點15-16
• 第2章 巖石電磁學基礎(chǔ)16-23
• 2.1 常見巖石礦物的電阻率17
• 2.2 實際工作中巖石電阻率的測定17-19
• 2.2.1 電測井資料18
• 2.2.2 樣品測試18
• 2.2.3 實地測定18-19
• 2.3 影響巖石電阻率的因素19-22
• 2.3.1 巖礦石電阻率與成分和結(jié)構(gòu)的關(guān)系19-20
• 2.3.2 巖礦石電阻率與所含水分的關(guān)系20
• 2.3.3 巖礦石電阻率與地溫梯度的關(guān)系20-21
• 2.3.4 巖礦石電阻率與頻率的關(guān)系21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第3章 CSAMT 的基本原理23-37
• 3.1 CSAMT 的發(fā)展與展望23-24
• 3.2 CSAMT 法的原理24-25
• 3.3 頻率域麥克斯韋方程組與電磁波方程推導25-33
• 3.3.1 電磁場的理論公式25-26
• 3.3.2 電磁波與介質(zhì)的相互作用26
• 3.3.3 有耗介質(zhì)中的電磁波方程26-28
• 3.3.4 均勻半空間水平地面電偶源的電磁場28-32
• 3.3.5 均勻分層介質(zhì)時的電磁場公式32-33
• 3.4 視電阻率表達式33-35
• 3.5 視相位公式35-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第4章 電磁場正演問題的邊界元法數(shù)值計算37-42
• 4.1 線源橢圓型偏微分方程邊值問題與變分問題的等價性37-38
• 4.2 能量極小原理38-40
• 4.3 有限單元法40-41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第5章 CSAMT 應用中常見問題的討論42-58
• 5.1 CSAMT 法應用中幾個問題的研究42-49
• 5.1.1 收發(fā)距與頻率的選擇范圍42-43
• 5.1.2 近場校正方法43-46
• 5.1.3 趨膚深度的討論46-47
• 5.1.4 靜態(tài)校正的應用47-48
• 5.1.5 T E 與 T M 測量模式的比較48
• 5.1.6 關(guān)于假極值問題及處理方法48-49
• 5.2 CSAMT 法野外工作提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法49-57
• 5.2.1 標定曲線的畸變及校正49-52
• 5.2.2 磁探頭偏轉(zhuǎn)的影響52-55
• 5.2.3 測量電極極差對測量結(jié)果的影響55
• 5.2.4 供電電流電壓對測量結(jié)果的影響55-56
• 5.2.5 場源效應對測量結(jié)果的影響56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 第6章 CSAMT 的應用實例58-78
• 6.1 泰安市 A 山區(qū)地熱勘察58-66
• 6.1.1 地質(zhì)簡介與地球物理特征58-59
• 6.1.2 施工方法59-60
• 6.1.3 實測結(jié)果分析60-66
• 6.1.4 綜合解釋66
• 6.2 江蘇省 B 地區(qū)地熱資源勘察66-76
• 6.2.1 地質(zhì)概況66
• 6.2.2 地球物理特征66-67
• 6.2.3 系統(tǒng)均方相對誤差統(tǒng)計67
• 6.2.4 資料處理67-68
• 6.2.5 資料解釋68-76
• 6.2.6 綜合解釋76
• 6.3 本章小結(jié)76-78
• 結(jié)論及建議78-80
• 致謝80-81
• 參考文獻81-83
• 攻讀碩士期間取得成果83

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