12、堆叠神经网络架构用于模拟地下页岩地层的多频电导率/介电常数响应

堆叠神经网络架构用于模拟地下页岩地层的多频电导率/介电常数响应

1. 引言

电磁（EM）特性，如电导率、介电常数和磁导率，本质上具有色散性，即这些特性是外部施加的电磁场工作频率的函数。这种频率依赖性源于材料中的极化现象不会随施加的电磁场瞬间改变。电磁特性具有因果性，由于材料响应与施加的电磁场之间存在相位差，它在数学上被表示为工作频率的复函数。

在10 Hz至1 GHz频率范围内对复介电常数（ε∗）和复电导率（σ∗）的测量，广泛应用于石油和天然气、水文以及多个地球物理领域。ε∗和σ∗是影响地质材料中电磁（EM）能量传输和存储的基本材料参数。ε’衡量由于电荷分离和积累（即极化）导致的EM能量存储，ε’‘衡量由于极化结构之间的摩擦导致的EM能量耗散，而σ衡量材料中由于电荷传输对外部EM场响应导致的EM能量耗散。对于不太导电的多孔地质材料和地质构造，σ ＝ – iωε ＝ σ – iω(ε’+ iε’‘) ＝ (σ + ωε’‘) – iωε’ ＝ σeff – iωεeff ，其中下标 ‘eff’ 表示有效。

介电常数呈现出频率依赖性，因为不同的极化现象在不同的频率范围内占主导地位，且极化效应滞后于施加的电磁场，即极化不会随施加的电磁场瞬间改变。在低频测量时，ε∗的虚部远低于其实部。随着频率增加，ε∗的虚部增加，而其实部减小。对于充满流体的多孔地质材料，频率色散是由各种极化现象引起的，每种现象在特定的频率范围内占主导。极化是由于在外部施加的电磁场存在下电荷分离和随后的电荷积累。充满流体的地质材料中极化现象的例子包括流体中偶极子的取向/偶极极化、盐水 - 基质界面的麦克斯韦 - 瓦格纳极化、导电矿物的界面极化、粘土和表面带电颗粒的膜或双层极化，以及由于流体中离子的不