Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Time-domain electromagnetic method in geological research

Klityński W., Stefaniuk M., Miecznik J.

Annales Societatis Geologorum Poloniae

|

2014

|

Vol. 84, No. 1

71--79

EN

This paper describes the theoretical basis of the time-domain electromagnetic method (TDEM) and its application in geological research. The paper discusses the behavior of the electromagnetic field of pulse current sources (magnetic dipole) in the near zone. The problem of the penetration depth of the TDEM method is discussed, in the context of its application in geological research and to gas exploration in the Rudka Gas Field, located in the Carpathian Foredeep. The TDEM sounding curves from the Rudka Field and the influence of noise on the penetration depth are discussed. A 1-D Occam inversion of TDEM soundings was obtained for a profile across the borehole A-10. An integrated (TDEM and borehole) interpretation of the data was made and a 2-D resistivity cross-section was obtained along the profile, as a contribution to geological reconnaissance for gas prospecting.

2

Pola elektromagnetyczne źródeł dipolowych

Miecznik J.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2011

|

T. 37, z. 1

37-61

PL

Na podstawie wzorów Maxwella wyprowadzono funkcje, które spełniają równania pola elektrycznego i magnetycznego. W przypadku pól harmonicznie zmiennych w czasie są to tzw. równania falowe. Do różnorodnych zadań geofizycznych opartych na analizie zmiennych w czasie pól elektromagnetycznych wykorzystuje się funkcje potencjalne: potencjał wektorowy i skalarny, które spełniają również równanie falowe. Potencjały wektorowy i skalarny są związane z polem elektrycznym i magnetycznym odpowiednimi równaniami. Aby określić pole elektromagnetyczne w ośrodkach niejednorodnych, należy uwzględnić warunki graniczne, które muszą spełniać wektory pola elektrycznego i magnetycznego, oraz potencjał wektorowy. Podano związki analityczne dla składowych pola elektromagnetycznego w przypadku dipola elektrycznego i magnetycznego w jednorodnej przestrzeni i półprzestrzeni. Określono parametry realnych układów pomiarowych spełniających warunki dipola elektrycznego i magnetycznego. Scharakteryzowano tzw. strefę bliską i daleką pomiarów elektromagnetycznych i podano związki analityczne dla składowych pola w tych strefach. Scharakteryzowano również pole elektromagnetyczne dla źródeł wykorzystywanych w praktyce, a mianowicie dla nieskończenie długiego kabla i nieuziemionej pętli.

EN

Equations satisfied by vectors of electric and magnetic field were derived based on Maxwell's equations. In the case of time-dependent harmonic fields these are so called wave equations. Potential functions, i.e. vector potential and scalar potential, that also satisfy the wave equation were used. Vector and scalar potentials are related with electric and magnetic field by means of a number of equations. To determine the electromagnetic field in a non-homogeneous medium one should define the boundary conditions for vectors of electric and magnetic field and vector potential. The paper presents analytical formulae for EM field components for electric dipole and magnetic dipole in a homogeneous space and half-space. Parameters of real measurement arrays that fulfill conditions of electric dipole and magnetic dipole are given. So called near zone and far zone for EM survey are defined. EM field of infinitely long cable and ungrounded loop is characterized.

3

Visualization of magnetotelluric data with apparent velocity method

Miecznik J., Klityński W.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2010

|

T. 36, z. 2

187-202

EN

Magnetotelluric (MT) field data are usually presented as plots of amplitude and phase MT sounding data vs frequency. Visualization of resistivity changes of geoelectric complexes with the use of apparent resistivity and phase curves give qualitative results only. Quantitative interpretation of MT sounding curves is needed to get geoelectric parameters. For a 1D horizontally layered earth, amplitude curves (apparent resistivity curves) and phase curves can be transformed into apparent velocity curves versus depth of EM field penetration into the conducting earth. Apparent velocity curves can be approximated by straight-line segments corresponding to homogeneous geoelectric layer complexes. Each segment of the apparent velocity curve (with a given angle of inclination) is related with the resistivity and thickness of individual geoelectric complexes. For heterogeneous earth (2D or 3D) vertical component of the magnetic field is directly connected with boundary of geo-electric complexes. It can be used to express components of vectors of apparent velocity. For a 1D horizontally layered earth, a vector of apparent velocity has only the vertical component. For heterogeneous earth horizontal components of apparent velocity also are inducted. The angle of inclination of the total vector of velocity and its value depend on the geometry of studied structure.

PL

Podstawową wielkością prezentującą zmiany przewodnictwa elektrycznego górotworu z głębokością jest oporność pozorna jako funkcja częstotliwości pola magnetotellurycznego. Wizualizacja tych zmian, jak również granic struktur geologicznych, przez oporność pozorną ma charakter jedynie jakościowy, dalece przybliżony. Parametry przekroju geoelektrycznego uzyskujemy jedynie przez interpretację ilościową danych pomiarowych. W przypadku przekrojów geoelektrycznych 1D krzywe sondowań magnetotellurycznych możemy przetransformować w krzywe prędkości pozornej jako funkcje głębokości wnikania pola elektromagnetycznego w głąb badanego ośrodka. Krzywe te możemy aproksymować odcinkami linii prostych, a kąty nachylenia poszczególnych odcinków względem osi głębokości i ich punkty przecięcia są ściśle związane z opornościami i miąższościami poszczególnych warstw geoelektrycznych. W przypadku ośrodków niejednorodnych 2D i 3D wielkością bezpośrednio związaną z granicami kompleksów geoelektrycznych jest pionowa składowa pola magnetycznego. Przez tę wielkość możemy wyrazić składowe wektora prędkości pozornej. W obszarach 1D wektor prędkości redukuje się do składowej pionowej, natomiast w obszarach niejednorodnych generują się również składowe poziome. Kąt nachylenia całkowitego wektora prędkości do poziomu i jego długość są ściśle związane z geometrią badanej struktury.

4

Perspektywy badań magnetotellurycznych w Polsce

Miecznik J., Pepel A.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2003

|

T. 29, z. 3--4

219-232

PL

Pięćdziesiąt lat stosowania metody magnetotellurycznej do rozwiązywania różnorodnych zagadnień geologicznych potwierdziło jej prospekcyjną efektywność. Najczęściej magnetotelluryka jest wykorzystywana w zagadnieniach geologii strukturalnej, zwłaszcza w aspekcie poszukiwań złóż węglowodorów, oraz w badaniach podstawowych do oceny własności fizycznych skorupy ziemskiej i jej struktury. Rejestracja niskich częstotliwości wariacji pola elektromagnetycznego umożliwia uzyskanie informacji o własnościach górotworu na znacznych głębokościach. Dlatego też celowe jest włączenie badań magnetotellurycznych do programów sejsmicznych POLONAISE'97 i CELEBRATION'2000. Rejestrując wysokie częstotliwości, możemy metodą magnetotelluryczną kartować przypowierzchniowe struktury i anomalie opornościowe. Do tych celów stosuje się odmianę magnetotelluryki zwaną Controlled Source Audio Frequency Magnetotellurics (CSAMT). Wymagania w zakresie dokładności odtworzenia fizycznych i geometrycznych parametrów górotworu implikują rozwój nowych metod inwersji danych pomiarowych. Można tu wskazać na metodę sieci neuronowych ANN (Artificial Neural Networks).

EN

The effectiveness of the magnetotelluric metod in solving geological problems has been proven for fifty years of its applications. Most often, the magnetotelluric method is applied in structural geology, particularly in hydrocarbon prospecting, and in the basic researches to determine physical properties and the structure of the Earth's crust. Measurement of MT field components over a low-frequency range gives information on the geology at great depth. Therefore, it seems justified to include the magnetotelluric investigations to projects POLONAISE'97 and CELEBRATION'2000. The magnetotelluric measurements over a high-frequency range can be successfully applied to map resistivity anomalies from near-surface geological structures. The Controlled Source Audio Frequency Magnetotellurics (CSAMT) is advantageous in such studies. The needs for high-accuracy reproduction of physical and geometrical parameters of the earth gave risk to the development of new methods of data inversion such as the Artificial Neural Networks (ANN).

5

Application of nonlinear methods to inversion of 1D magnetotelluric sounding data based on very fast simulated annealing

Miecznik J., Wojdyła M., Danek T.

Acta Geophysica Polonica

|

2003

|

Vol. 51, nr 3

307-322

EN

The inversion of geophysical data depends on the availability of a priori information on the geology of the earth inversion method chosen, and the appropriate definition of parameters of the model. Traditionally, 1D magnetotelluric data have been inverted by the trial-and-error method, which employs iterated, linearized inversion methods. However, this approach involves a good knowledge of parameters of the analyzed earth. Unlike the linearized inversion, the nonlinear inversion does not depend so much on a starting model; however, a proper choice of the starting model can reduce the time and cost of computation. In this paper the authors applied a nonlinear optimization method, called very fast simulated annealing (VFSA), to one-dimensional inversion of magnetotelluric sounding data. The authors made some simplified assumption concerning the selection of cooling constants and reducing the equivalence of geoelectric models. The inversion was performed in three ways: the individual inversion of amplitude data, individual inversion of phase data, and joint inversion of amplitude and phase data.

6

Near-surface inhomogeneities in the magnetotelluric field. Magnetic polarization

Miecznik J.

Acta Geophysica Polonica

|

2002

|

Vol. 50, nr 2

259-278

EN

Near-surface inhomogeneities cause the so-called static shift of amplitude magnetoelectric sounding curves for the magnetic polarization mode, and thus disturb the quantitative interpretation of magnetotelluric data. A number of possible methods for removing the static shift are presented in the geophysical literature; however, they all require data from other geophysical methods. Having known the electromagnetic field distribution in the given geoelectric cross-section, one can determine quantitative relationships between specific resistivities of the near-surface layer and calculated apparent resistivities. This is also an efficient way of removing static shift effects. The presented geoelectric model comprises a non-homogeneous near-surface layer resting over a 1D horizontally layered earth with arbitrary number of layers and the insulating base. The electromagnetic field distribution in such a model was calculated by means of the Fourier transformation with Dirichlet's boundary conditions. A plane electromagnetic wave with normal incidence was the source of electromagnetic field. The solutions are analytic expressions for the electric field at the Earth's surface. Moreover, asymptotic expressions for high-frequency and low-frequency field variations were calculated. In a high-frequency range, the impedance behaves as in the case of a uniform half-space. In a low-frequency range, the impedance depends most of all on the longitudinal conductivity of the layered earth.

7

Badania magnetotelluryczne w Karpatach

Czerwiński T., Gajewski A., Klityński W., Miecznik J., Stefaniuk M.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2001

|

T. 27, z. 2--4

543-559

PL

W ostatnich kilkunastu latach w metodzie magnetotellurycznej dokonany został na świecie ogromny postęp w dziedzinie technik pomiarowych, jak również w przetwarzaniu i interpretacji danych. W pracy tej przedstawiono wyniki badań magnetotellurycznych w Karpatach polskich, zwracając uwagę na postęp, jaki dokonał się w latach współczesnych, związany zarówno z rozszerzeniem zakresu pomiarowego w stronę wysokich częstotliwości, stosowaniem nowej metodyki pomiarowej, jak i zastosowaniem nowego oprogramowania służącego do wykonywania pomiarów, przetwarzania danych i ich interpretacji. Przedstawiono przykładowe wyniki interpretacji danych magnetotellurycznych na dwóch profilach w polskich Karpatach zachodnich, która została wykonana w Przedsiębiorstwie Badań Geofizycznych w Warszawie przy użyciu najnowszych technik interpretacyjnych

EN

A great development of the magnetotelluric method, including both measurement techniques and data processing and interpretation methods, has been observed worldwide for the last several years. The paper presents a brief history of the magnetotelluric surveys in the Polish Carpathians with regard to recent progress. The latest achievements in the magnetotelluric investigation include the extension of the high-frequency measurement range, and application of a new software for magnetotelluric data measurement, processing, and interpretation. Results of magnetotelluric data interpretation for two profiles from the West Carpathians are given. The interpretation was made by the Geophysical Exploration Company, Warsaw, using state-of-art interpretation techniques

8

The selected results of high-frequency magnetotelluric survey in Polish Carpathians

Stefaniuk M., Czerwiński T., Miecznik J., Klityński W.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

1999

|

nr 387

184--185

9

Kartowanie podłoża wysokooporowego metodą procesów przejściowych

Klityński W., Miecznik J.

Nafta-Gaz

|

1998

|

R. 54, nr 1

1-9

PL

W pracy przedstawiono podstawy matematyczno-fizyczne metody procesów przejściowych i jej właściwości metodyczne i interpretacyjne w odniesieniu do określenia głębokości zalegania i kartowania morfologii stropu horyzontu wysoko-oporowego. Zmiany czasowe amplitudy pola indukcji magnetycznej w późnym stadium procesu stabilizacji nie zaletą od wielkości rozstawu: nadajnik-odbiornik. Umożliwia to realizację pomiarów terenowych przy rozstawach znacznie mniejszych nit planowana głębokość badań elektromagnetycznych (tzw. strefa bliska). Ta właściwość metodyczna wyróżnia metodę procesów przejściowych spośród innych metod elektromagnetycznych z kontrolowanym źródłem. Kształt krzywych sondowań metodą procesów przejściowych jest zasadniczo podobny do krzywych sondowań częstotliwościowych i magnetotellurycznych. Interpretacja ich pozwala na odtworzenie geometrii rozkładu przewodnictwa elektrycznego modelu fizycznego, którym aproksymujemy badany ośrodek geologiczny. W zakładzie Geofizyki Akademii Górniczo-Hutniczej znajduje się aparatura pomiarowa systemu PROTEM, firmy kanadyjskiej Geonics Ld, umożliwiająca rejestracje przebiegów czasowych pola indukcji magnetycznej w przedziale czasowym od 6 žs do 80 ms. Zgodnie z przedstawionymi założeniami fizycznymi metody procesów przejściowych, przy utyciu tej aparatury możemy kartować ośrodek geologiczny do głębokości k. 1000 m. Ponadto zarejestrowane przebiegi pola indukcji magnetycznej, przeliczone na wykresy oporności pozornej, mogą stanowić uzupełnienia wysokoczęstotliwościowych gałęzi krzywych sondowań magnetotellurycznych, których zarejestrowanie wymaga stosunkowo długiego czasu obserwacji.

EN

The paper presents mathematical and physical background for the transient electromagnetic method as well as a possibility of using the method to map the roof of the high-resistivity basement. Time variations of a magnetic induction amplitude in the later stage of field stabilisation do not depend on a transmitter-receiver spacing. Therefore, field measurements may be made using spacings that are much smaller than assumed depth of electromagnetic penetration (a so-called near zone). This feature distinguishes the transient electromagnetic method from the other controlled-source EM methods. The shape of transient EM sounding curves is generally similar to that of frequency sounding curves and magnetotelluric sounding curves. Their interpretation enables the geometry of electric conductivity of a model used to approximate a geological medium to be reproduced. The Institute of Geophysics of the University of Mining and Metallurgy possesses the PROTEM measurement system produced by the Geonics Ltd. (Canada). The system enables time series of the magnetic induction field to be recorded in a time interval of 6 (s to 80 ms. Using the system it is possible to map a geological medium down to a depth of 1000 m. Time series of the magnetic induction field recorded and transformed into apparent resistivity curves may be complementary to high-resistivity branches of magnetotelluric sounding curves that need a long recording time.