多层介质的视电导率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种多层介质的视电导率计算方法，通过下式进行计算：

【技术实现步骤摘要】
多层介质的视电导率计算方法
本专利技术涉及电磁波传播领域，具体涉及一种多层介质的视电导率计算方法。
技术介绍
多层媒质中电磁波的传播问题在地质勘探、微波成像、井下无线监测等诸多领域有着广泛的应用。在地球物理探测领域，由于地球介质具有分层结构，且大部分地质都是有耗媒质。在进行地下目标探测时，经常会遇到探测目标被埋入多层介质中的情形，研究多层有耗媒质中平面电磁波的传播特性具有重要意义。频域电磁法以分层大地作为传播媒质，电磁波从发射处到达探测目标要穿过不同的介质层，经过每一层都会发生反射、折射和透射现象。传统的理论和数值计算大多是在简化媒质模型的基础上开展研究，由于把整个地层介质近似等效为均匀媒质，对研究区域地层的电磁参数取平均值来获取其参数值，因而使得计算结果与实际地层介质参数存在较大出入，影响了解析或数值计算的准确度和精度。近年来，国内外学者针对不同介质中，电磁波的传播特征开展了大量研究工作。文献[1]分析了煤岩介质在太赫兹频段下的介电特性，认为在太赫兹频段，电磁波的勘探能力以及其在井下的传播特性将发生较大改变。文献[2]研究了超低频电磁波在海水中、海气界面和内波界面处的传播特性，为超低频电磁波探测海洋内波的研究提供基础理论支撑。文献[3-4]应用时域有限差分法，数值计算了低阻板状导体在均质半空间和有低阻覆盖层影响情况下的地-井瞬变电磁异常响应，并对电磁响应的特征及规律进行研究分析。文献[5]研究了圆形矿井巷道中电磁波的传播机理，为煤矿无线通信设备工作频率和天线极化方式的选择设计提供理论依据。文献[6]分析多波模型下巷道壁粗糙度对矩形巷道电磁波散射传播特性的影响，从频率和粗糙度方差两个方面定量研究了巷道壁粗糙对电磁波传播损耗及粗糙度损耗的影响。文献[7]提出了全空间全区视电阻率的核函数算法，为矿井瞬变电磁法的视电阻率解释提供了重要依据。文献[8]采用边界元法模拟了含巷道的典型三层地电模型的瞬变电磁响应特征。文献[9-10]讨论了柱状分层介质中低频电磁波的响应特征及其传播效应，为生产井中电磁测井响应特征研究打下了良好基础。[1]王昕，苗曙光，丁恩杰.煤岩介质在太赫兹频段的介电特性研究[J].中国矿业大学学报，2016，45(4)：736-743.[2]朱海荣，张本涛，陈标.海水中超低频电磁波传播特性[J].指挥控制与仿真，2013，35(6)：54-57.[3]孟庆鑫，潘和平，牛峥.大地介质影响下地-井瞬变电磁的正演模拟分析[J].中国矿业大学学报，2014，43(6)：1113-1119.[4]孟庆鑫，潘和平.地-井瞬变电磁响应特征数值模拟分析[J].地球物理学报，2012，55(3)：1046-1053.[5]姚善化，杜斌.矿井圆形隧道中电磁波传播特性分析[J].煤炭科学技术，2015，43(4)：88-91.[6]张冰丽，成凌飞，高慧，等.粗糙度对矩形巷道电磁波传播特性影响的仿真[J].计算机仿真，2016(2)：216-220.[7]杨海燕，岳建华.地下瞬变电磁法全区视电阻率核函数算法[J].中国矿业大学学报，2013，42(1)：83-87.[8]胡博，岳建华，于润桥.巷道对全空间瞬变电磁场影响的边界元数值模拟[J].中国矿业大学学报，2013，42(5)：774-781.[9]宋汐瑾，党瑞荣，郭宝龙，等.井中磁源瞬变电磁响应特征研究[J].地球物理学报，2011，54(4)：1122-1129.[10]SongX，GuoB，DangR，etal.Propagationeffectsoflowfrequencyelectromagneticwavesinproductionwell[J].PetroleumScience，2012，9(2)：182-191.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多层介质的视电导率计算方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：多层介质的视电导率计算方法，通过下式进行计算：式中：σ1为上围岩电导率、σ3为下围岩电导率，σ2为中间地层电导率；为全空间传播效应因子；为媒质2的传播效应因子；为媒质3的传播效应因子。所述全空间传播效应因子的定义为：其中，取媒质1的特性参数的传播系数为：3、如权利要求1所述的多层介质的视电导率计算方法，其特征在于，所述媒质2的传播效应因子的定义为：其中，表示媒质的波数。表示电磁波由媒介2射向媒介3的反射系数；表示电磁波由媒介2射向媒介1的反射系数；J1(ξaR)为贝塞尔函数，aR为接收线圈半径，ξ为积分变量；H表示媒质层厚度，L表示收发距，h为发射线圈与地层表面的距离。4、如权利要求1所述的多层媒介的视电导率计算方法，其特征在于，所述媒质3的传播效应因子的定义为：其中，表示媒质的波数；表示电磁波由媒介2射向媒介3的反射系数；表示电磁波由媒介2射向媒介1的反射系数；J1(ξaR)为贝塞尔函数，aR为接收线圈半径，ξ为积分变量；H表示媒质层厚度，L表示收发距，h为发射线圈与地层表面的距离。采用电磁波传播理论计算得到四层地电断面的视电导率，与原状地层的均方根误差降低了12％～45％。充分说明，电磁波传播理论在分析实际非均匀介质问题时，不仅考虑电流环之间的相互作用，即电磁波产生的幅度衰减和相位移动；而且考虑了不同媒质交界面的边界条件，即电磁波在不同媒质交界面出现的反射与折射。因而是分析非均匀介质问题时精度最高的一种方法。以上结论为研究非均匀介质中的电磁响应特征提供了理论依据，为非均匀介质中频域电磁法的视电导率提取打下了良好基础。附图说明图1为水平多层媒质中的源。图2中间层厚度变化的视电导率曲线；图中：(a)地层厚度取1.2m；(b)地层厚度取2.0m；(c)地层厚度取6.0m；(d)地层厚度取10m；(e)地层厚度取20m；(f)地层厚度取50m。图3四层地电断面的视电导率曲线；图中：(a)HA型；(b)KH型；(c)HK型；(d)KQ型；(e)AA型；(f)QH型；(g)AK型；(h)QQ型。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。多层非均匀媒质中的磁偶源模型如图1所示。实际应用中，时谐磁偶源可位于多层媒质中的任意一层，图1表示源位于媒质1中的情况。当给发射线圈通以低频交变电流时，媒质1(有源区)中的电磁场由两部分组成：一部分为磁偶源在无限均匀介质中产生的场，即一次场；另一部分为无源区中的场，是由各媒质分界面多次反射到媒质1中的场，即二次场。对于垂直磁偶极子，由于偶极子方向指向z轴，从而整个模型具有轴对称性。在柱坐标系中，电场强度仅存在φ方向分量。令发射电流I＝I0eiωt，则由均匀无限介质中源的电磁场理论，并根据索墨菲积分公式，知时谐源在均匀无限介质产生的电场为：其中，波数m为磁偶源的磁矩，J1(ξr)为贝塞尔函数，r为发射线圈半径。在忽略位移电流的情况下，求解无源区电磁场的麦克斯韦方程，得无源区中的电场强度：则发射线圈在有源区产生的电场为：其中，A、B为待定系数，可通过媒质交界面处电磁场的连续性条件求得。对于图1所示的多层介质模型，下面以三层介质为例，分析电磁波在各媒质交界面产生的传播效应。由式(3)知，介质1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多层介质的视电导率计算方法，其特征在于，通过下式进行计算：

【技术特征摘要】
1.多层介质的视电导率计算方法，其特征在于，通过下式进行计算：式中：σ1为上围岩电导率、σ3为下围岩电导率，σ2为中间地层电导率；为全空间传播效应因子；为媒质2的传播效应因子；为媒质3的传播效应因子。2.如权利要求1所述的多层介质的视电导率计算方法，其特征在于，所述全空间传播效应因子的定义为：其中，取媒质1的特性参数的传播系数为：3.如权利要求1所述的多层介质的视电导率计算方法，其特征在于，所述媒质2的传播效应因子的定义为：其中，表示媒质的波数。表示电磁波由媒介2射向媒介3的反射系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋汐瑾，王学龙，党瑞荣，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61