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

中图分类号: 

  • P631.3
[1] 邵逸飞, 龚启舟, 许权 张越, 王言章, 王世隆. 基于八叉树网格的时间域航空电磁深切割地形三维正演模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2120-2131.
[2] 杨国鑫, 庞玉茂, 马瑞山, 郭兴伟, 曹慧, 蔡来星. 孔隙及流体介质对碎屑岩热导率的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1728-1741.
[3] 路研, 刘宗宾, 廖新武, 李超, 王亚. 低渗透砂岩油藏水驱渗流特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1077-1090.
[4] 徐俊杰, 陈松, 刘广宁, 刘道涵, 余绍文. 鄱阳湖湖滨多宝沙山成因机制[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1383-1395.
[5] 雷松达, 王显祥, 刘遂明. 复杂地质条件下浅海区电性源瞬变电磁法三维响应特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(3): 1016-1030.
[6] 李瑞友, 白细民, 张勇, 汪靖, 朱亮, 丁小辉, 李广. 基于小波包分解与GA优化BP神经网络的瞬变电磁反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(3): 1003-1015.
[7] 张鑫崇, 殷长春.

基于Debye模型的时间域航空电磁激电效应正演模拟 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(5): 1573-1581.

[8] 杨夫杰, 杨海燕, 姜志海, 岳建华, 刘志新, 苏本玉, 张华, 李哲, 汪凌. 圆锥型场源瞬变电磁自适应正则化反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1328-.
[9] 崔焕玉, 沈金松, 冉尚, 周杰民. 基于有限体积法的煤矿巷道瞬变电磁响应二维反演与富水区探测应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1314-.
[10] 徐正玉, 付能翼, 周洁, 付志红.

瞬变电磁法非线性优化反演算法对比 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(3): 744-753.

[11] 王新宇, 严良俊, 毛玉蓉, 黄鑫, 谢兴兵, 周磊 .

起伏地形条件下长偏移距瞬变电磁三维正演 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(3): 754-765.

[12] 齐彦福, 李貅, 孙乃泉, 戚志鹏, 周建美, 张明晶, 邢涛. 电性源短偏移距瞬变电磁地形影响特征分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(1): 247-.
[13] 师文豪, 杨天鸿. 渗流应力耦合作用下顺倾向层状边坡各向异性渗流特征数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(6): 1783-1788.
[14] 曹长鑫, 孙红月. 黄土地区边坡虹吸排水孔间距优化[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(4): 1152-1159.
[15] 陈祥忠, 王斌. 基于岩石物理模型的裂缝型储层AVOA反演方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(1): 266-276.
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[1] 刘建峰,迟效国,周燕,王铁夫,金巍,周建波,董春艳,黎广荣. 小兴安岭东北部金林岩体全岩-角闪石Rb-Sr年龄[J]. J4, 2005, 35(06): 690 -0693 .
[2] 黄冠星, 孙继朝, 张英, 刘景涛, 张玉玺, 荆继红. 珠江三角洲污灌区地下水重金属含量及其相互关系[J]. J4, 2011, 41(1): 228 -234 .
[3] 肖长来,梁秀娟,崔建铭,兰盈盈,张君,李书兰,梁瑞奇,郑策. 确定含水层参数的全程曲线拟合法[J]. J4, 2005, 35(06): 751 -0755 .
[4] 郭振华,王璞珺,印长海,黄玉龙. 松辽盆地北部火山岩岩相与测井相关系研究[J]. J4, 2006, 36(02): 207 -0214 .
[5] 孙永河,付晓飞,吕延防,付广,阎冬. 地震泵抽吸作用与油气运聚成藏物理模拟[J]. J4, 2007, 37(1): 98 -0104 .
[6] 谢忠雷,陈卓,孙文田,尹波. 不同茶园茶叶氟含量及土壤氟的形态分布[J]. J4, 2008, 38(2): 293 -0298 .
[7] 贾军涛,王璞珺,邵 锐,程日辉,张 斌,侯景涛,李金龙,边伟华. 松辽盆地东南缘营城组地层序列的划分与区域对比[J]. J4, 2007, 37(6): 1110 -1123 .
[8] 康立明,任战利. 多参数定量研究流动单元的方法--以鄂尔多斯盆地W93井区为例[J]. J4, 2008, 38(5): 749 -0756 .
[9] 薛永超, 程林松. 白豹油田长8油藏成岩储集相[J]. J4, 2011, 41(2): 365 -371 .
[10] 姜纪沂, 张宇东, 谷洪彪, 左兰丽. 基于灰色关联熵的地下水环境演化模式判别模型研究[J]. J4, 2009, 39(6): 1111 -1116 .