電阻率三維各向異性數值模擬及其探測套用研究

《電阻率三維各向異性數值模擬及其探測套用研究》是依託中國科學技術大學，由吳小平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電阻率三維各向異性數值模擬及其探測套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳小平
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

在電法勘探領域，一直以來將地下介質視為各向同性介質是其理論和套用的前提，這在很大程度上取得了成功。但是，隨著研究的實際問題的複雜性，人們認識到地下介質的電各向異性產生的地電場與各向同性介質產生的地電場存在著不可忽視的差異，導致觀測數據解釋的很大偏差甚至難於解釋。地震各向異性研究作為理論地震學、勘探地震學、地球動力學以及地震災害監測等領域中的熱點持續了近30年，取得了卓越的成果；而電各向異性研究在國、內外均處起步階段，基本上是均勻各向異性和一維層狀各向異性的解析研究，遠不能滿足實際套用需要，如區分真電阻率各向異性與由二維或三維不均一性引起的偽各向異性這種根本性問題在套用中尚未得到解決。本課題研究任意複雜的電阻率三維各向異性數值模擬，套用於各向異性探測有可能解決偽各項異性問題，獲得地下介質真電阻率各向異性特徵。該課題是電阻率方法在各向異性領域新的拓展，有重要的研究價值並望取得新的成果。

結題摘要

各向異性電阻率隨方向變化，用一個張量表示，各向同性電阻率是各向異性電阻率的一種特殊情況。具有水平層理結構的岩石或裂隙水平發育的區域，其電阻率為橫向同性(VTI)，需兩個量來表達；具有傾斜層理的岩層或裂隙，其電阻率是對稱軸傾斜的橫向同性(TTI)，需三個量描述；任意各向異性電阻率具有六個獨立分量。由於電阻率各向異性理論的複雜性，迄今為止，國內外電法勘探數據的處理解釋還主要基於各向同性介質模型，電阻率各向異性的研究仍處於起步階段。而實際地下一般為三維複雜介質，需考慮更複雜的任意各向異性電阻率三維模型。 各向異性電阻率三維問題基本沒有解析解，必須利用有限元等方法進行數值計算。本課題系統地研究了六面體格線、不對稱四面體格線等幾種規則三維格線剖分對電阻率三維有限元模擬的影響，發現不對稱格線剖分的計算結果存在固有的非對稱性，即導致虛假的各向異性現象，對真實的電阻率各向異性特徵分析帶來極為不利的後果。針對這一問題，我們國際上第一次實現了任意各向異性電阻率三維非結構有限單元數值模擬，計算結果精確高，解決了虛假各向異性問題。同時，非結構化格線還具有單元質量可控、允許局部加密、能夠模擬複雜幾何模型等優點，使得三維非結構有限單元求解效率大幅提高，在精度幾乎一致的情況下，非結構化格線相對於規則格線，計算時間和存儲量均可下降約一個數量級。 各向異性電阻率三維非結構有限元數值模擬結果揭示了TTI介質各向異性在地面上兩個正交方向觀測結果畸變的規律，指出了在各向異性介質中成功運用P2不變數在複雜三維介質中依然有效,在表征複雜介質電阻率各向異性特徵時,也具有效性,相關問題的探索才剛剛開始。另外,熱乾岩地熱開發合成模型的數值模擬表明,電阻率各向異性可以很好地反映水力壓裂系統中岩石的破裂方向,結果對能源勘探開發有重要實際意義。 目前的電阻率反演解釋均是基於各向同性介質模型，二維反演已普遍套用於實際勘探，電阻率三維反演也漸漸成熟。然而，各向異性電阻率反演，尤其是二、三維各向異性電阻率反演由於相關的正演計算一直沒有很好解決而鮮有報導。基於任意各向異性電阻率三維非結構有限單元數值模擬，我們可以對二、三維各向異性電阻率模型的回響數據進行各向同性介質反演，結果表明，介質的各向異性對現階段在用的二、三維反演解釋結果有可能造成很大的偏差。