吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (1): 274-288.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230171

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电各向异性海底多金属硫化矿地层时域电磁响应模拟与特征分析

龙刚,沈金松,苏朝阳,冉尚   

  1. 中国石油大学(北京)地球物理学院,北京102249
  • 收稿日期:2023-07-10 出版日期:2025-01-26 发布日期:2025-02-07
  • 通讯作者: 沈金松(1964—),男,教授,博士生导师,主要从事电磁法勘探理论模拟与应用研究,E-mail: shenjinsongcup@163.com
  • 作者简介:龙刚(1994—),男,博士研究生,主要从事可控源电磁方法及应用研究,E-mail: lgcupb@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42074127)

Time Domain Electromagnetic Response Simulation and Characteristic Analysis of Electroanisotropic Seafloor Massive Sulfide Deposits

Long Gang, Shen Jinsong, Su Zhaoyang, Ran Shang   

  1. College of Geophysics, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
  • Received:2023-07-10 Online:2025-01-26 Published:2025-02-07
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China (42074127) 

摘要: 海底多金属硫化矿是一种重要的潜在资源来源,可以满足全球对铜、银和金等贵重金属日益增长的需求。由于海底构造崎岖起伏,沉积和成矿环境复杂,对海底多金属硫化矿的探测及资源量的估算仍存在较大困难,尤其是矿物颗粒排列与矿脉定向分布引起的电各向异性,给电磁探测数据的处理解释带来挑战。为此,本文基于拟态有限体积法以及向后Euler差分格式对时域Maxwell方程进行离散,利用直接求解器PARDISO对线性方程组进行求解,实现三维海底多金属硫化矿电各向异性地层的瞬变电磁响应模拟;通过模拟响应研究山丘状沉积环境对瞬变电磁响应的影响,分析沉积层围岩电导率各向异性以及多金属硫化物异常体电导率各向异性的电磁响应影响,对比不同电各向异性地层模型电磁响应的影响差异,得到含金属硫化矿地层的电磁响应模式。响应模拟结果表明:无论是围岩电各向异性还是多金属硫化物电各向异性,均对瞬变电磁响应产生较大影响;围岩电各向异性相较于多金属硫化物电各向异性对电场的影响较小;两种不同电各向异性模型均表现出水平各向异性相较于垂直各向异性对电场影响更大的特点。

关键词: 瞬变电磁法, 三维正演, 有限体积法, 海底多金属硫化物, 各向异性

Abstract: Seafloor massive sulfide (SMS) deposits have emerged as a promising potential resource to address the growing global demand for precious metals, including copper, silver, and gold. The detection and assessment of these deposits are significantly challenging due to the rugged seafloor topography and complex depositional and mineralization environments. Particularly, the electrical anisotropy resulting from the orientation of mineral grains and veins poses additional challenges in interpreting electromagnetic detection data. To address these challenges, this study employs the mimetic finite-volume method  along with the backward Euler scheme to discretize the time-domain Maxwell equations. By utilizing the direct method solver PARDISO, we are able to solve the linear equation system, thereby facilitating a three-dimensional anisotropic forward simulation of the SMSs model. The primary objective of this research is to investigate the influence of the mound depositional environment on the transient electromagnetic response through forward simulation. Moreover, we conduct a detailed analysis of the effects stemming from the conductivity anisotropy of both  sedimentary surrounding rocks and SMSs, making comparisons among different electrical anisotropy models. The results demonstrate the significance of both the  sedimentary surrounding rocks anisotropy and the SMSs anisotropy in influencing the transient electromagnetic response. Additionally, our analysis reveals that the electrical anisotropy of the SMSs exerts a more pronounced impact on the electric field compared to the anisotropy of sedimentary surrounding rocks. Furthermore, we observe that horizontal anisotropy demonstrates a greater influence on the electric field than vertical anisotropy, as evidenced by the diverse electrical anisotropy models explored in this study.

Key words: transient electromagnetic method, three-dimensional forward modeling, finite-volume method, seafloor massive sulfides, anisotropy

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  • P631.3
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