摘要: 海洋电磁技术是根据不同介质的电导率差异研究海底岩石电学性质及其分布特征的一种海洋地球物理勘探方法。将海洋电磁法与人工地震方法以及相关地质资料结合应用，可以有效提高海洋深部构造解释精度，有利于矿产资源勘探与评价，提高海底油气资源钻探... 展开 海洋电磁技术是根据不同介质的电导率差异研究海底岩石电学性质及其分布特征的一种海洋地球物理勘探方法。将海洋电磁法与人工地震方法以及相关地质资料结合应用，可以有效提高海洋深部构造解释精度，有利于矿产资源勘探与评价，提高海底油气资源钻探的成功率。 在地球引力、海气相互作用和人文活动的影响下，海水始终处于不停的运动状态之中，包括风浪、涌浪、内波，大洋环流、潮汐，以及船舶、水下航行器在海水中航行时所产生的尾流。海水具有较高的导电性，海水运动切割地磁场会产生可观测的感应电磁场。在海洋电磁勘探应用过程中，船舶通常作为载体，用于接收机的释放、回收及发射源的拖曳等，船舶在海水中运动会产生尾流，海面也伴生海浪运动，因此实测的海洋电磁数据会受到海浪和尾流感应电磁场噪声干扰，忽略此类噪声可能会对后续的数据处理和解释工作产生较大影响，会导致反演结果的偏差或者造成多解性问题，无法获得真实的地下电性结构。 在海洋电磁学研究中，船舶尾流感应电磁场是一种干扰噪声，而在船体特征信号识别中，船舶尾流感应电磁场作为一种有效信号逐渐受到重视。随着现代科技的发展，消磁、消电、静音和弹性减振等隐身技术得到广泛应用，使船舶本身的特征信号越来越难以捕捉，船舶尾流由于其难以消除性成为一种新的船舶信号源。船舶在海面航行时必然会引起尾流运动，而且这种运动无法人工消除，只能在重力等作用下自然消失。海浪和尾流都属于表面重力波，海浪是船舶尾流信号的主要干扰源，因此研究和分析海浪和船舶感应电磁场及其特征，对于船舶信号识别具有指导意义。 目前，单一频率下三维海浪感应电磁场的研究工作已趋于成熟，而多频率三维海浪感应电磁场模拟及其特征分析的研究尚不完善。在船舶尾流感应电磁场研究中，为了简化起见，往往只考虑边界面上磁场切向分量的连续性，而忽视了电场切向分量在边界处的连续性。这会导致电场模拟结果在不同介质分界面处不连续，以及产生较大误差等。 本文重点模拟海浪和船舶尾流感应电磁场，根据三维速度场，通过麦克斯韦方程组推导出感应电磁场偏微分方程，利用电磁场在不同介质分界面处的连续条件求解待定系数，得到感应电磁场表达式。在海浪运动感应电磁场模拟中，考虑到海浪的多频性和随机性，采用了海浪多频线性叠加和加入随机相位的方式。在船舶尾流感应电磁场模拟中，在求解偏微分方程待定系数时将电场在分界面处连续条件考虑在内，并给出了这些系数的具体计算表达式。本文模拟无限水深和有限水深两种情况下海浪和尾流感应电磁场，然后对两种海水运动感应电磁场特征进行分析，算例结果表明感应磁场可达数nT，感应电场可达102μV/m；感应电磁场特征与地电模型参数有关；海浪和船舶尾流运动感应磁场形态在水平方向上具有较大差异，而在深度方向上两者传播特征相似；在频谱特性上，尾流感应磁场为稳定的窄带低频信号，且其主频随船速增大而向低频移动，而海浪感应磁场则表现为相对宽频信号。 收起