Теоретическое обоснование нового электромагнитного источника для задач промысловой и разведочной геофизики

Выполнена работа по теоретическому обоснованию нового типа источника электромагнитного зондирования на основе полученных оригинальных решений многомерных прямых задач, направленных на выявление принципиально новых возможностей его применения для изучения земной коры при поиске и разведке полезных ископаемых в промысловой геофизике. Предложен новый способ изучения электрофизических характеристик и эффекта электрической анизотропии, повсеместно возникающего в осадочных породах, с применением зондирующих систем с тороидальными источниками и приемниками. Этот способ учитывает физические принципы распространения и взаимодействия электромагнитного поля с геологической средой, не используемые в широко применяемых методах. Специально выполнен детальный аналитический обзор по изученности решения данной проблемы, который показал, что в настоящий момент отсутствуют системы возбуждения - наблюдения, использующие тороидальные источники, направленные на изучение электрофизических свойств геологической среды. Получено численно-аналитическое решение прямой задачи электромагнитного зондирования при возбуждении электромагнитного поля круговым магнитным током в рамках слоисто-неоднородных моделей сред. Решение выполняется с использованием метода Фурье, включает интегрирование быстроосциллирующих слабозатухающих функций с применением специальных квадратур, а также построение путей интегрирования в комплексной плоскости. Разработанный численный алгоритм является оригинальным и выгодно отличается от известных. Отличительная особенность разработанного алгоритма состоит в реализации высокоэффективных вычислений, необходимых для масштабного моделирования и анализа результатов, главным образом как основы для создания быстрых инверсионных процедур, позволяющих выполнять обработку электромагнитных откликов в реальном масштабе времени.Для моделирования сигналов в реалистичных моделях сред получено решение задачи электромагнитного зондирования при возбуждении электромагнитного поля круговым магнитным током в полной математической постановке. Использована консервативная разностная схема, позволяющая эффективно решать задачу в рамках пространственно-неоднородной осесимметричной модели среды с высоким контрастом электрофизических параметров. В результате дискретизации краевая задача сводится к системе линейных алгебраических уравнений, для решения которой используются прямой метод решения с помощью программы PARDISO из библиотеки INTEL MKL и итерационный метод решения с помощью итерационного метода сопряжённых ортогональных сопряжённых невязок (COCR) c предобуславливателем. Разработанные алгоритмы и выполненная программная реализация обеспечивают высокую точность и производительность вычислений с применением графических процессоров. С использованием созданных алгоритмов и программ выполнено математическое моделирование в реалистичных геоэлектрических моделях геологических сред. Результаты моделирования позволили выполнить обоснование новых зондирующих систем: выбрать оптимальную конфигурацию и определить параметры зондирующих установок. На основе численных экспериментов выбрана конфигурация электромагнитной зондирующей системы с новым типом источника, а именно установлены диапазоны длин зондов и частот, обеспечивающие достаточный уровень измеряемых сигналов, высокую чувствительность к границам коллектора и однозначную связь с коэффициентом электрической анизотропии. Показано, что измерения различных компонент электромагнитного поля независимы и информационно дополняют друг друга. Полученные результаты являются основой теоретического исследования возможностей нового типа источника электромагнитного зондирования для задач промысловой геофизики и создания высокоэффективных технологий геологоразведки нового поколения.