虚拟波场降速条件下电性源瞬变电磁垂直磁场分量的波场反变换方法     

范克睿  王刚  鲁凯亮  郑新  李貅  孙兴邦 《地球物理学报》2023,(4):1743-1757

通过波场反变换从瞬变电磁信号中提取虚拟波场是定位电性界面和刻画地下导电目标形态的有效手段.波场反变换过程中，降低虚拟波场速度有利于改善虚拟波场对电性界面的分辨能力.然而，波场变换核函数随时间、虚拟时间以及虚拟波场速度变化的动态范围极大，且随虚拟波场降速而进一步扩大，造成波场反变换问题高度不适定，制约了虚拟波场提取的精度和效果.对此，在虚拟波场降速的条件下，本文以核函数在无穷区间上积分的解析解为准绳，通过最优化与数据拟合得到了经验公式，确定了波场反变换所需的最优积分区间；在适应采集时间与虚拟波场速度的同时，最大限度缩短了积分区间长度，降低了核函数变化的动态范围，压制了波场反变换方程的病态程度.此外，通过引入精细积分方法求解波场反变换方程，提高了波场反变换方程的求解精度.为验证方法的有效性与可靠性，对正演模拟的电性源瞬变电磁垂直磁场分量及其时间导数分量进行了波场反变换；结果回代后的拟合数据与正演数据的相对误差小于5%.在所提取的虚拟波场记录中观察到了合理的运动学特征，如实反映了低阻目标层深度、厚度和二次场观测时间范围的变化.在计算条件相同的前提下，通过降低虚拟波场速度，改善了波场反变换的精...  相似文献   

电性源瞬变电磁有限差分偏移成像方法     

鲁凯亮  樊亚楠  李貅  周建美 《地球物理学报》2023,(2):854-869

目前，瞬变电磁数据的主要处理结果是给出地下介质的(视)电阻率信息，较难给出清晰的地质界面信息.本文基于有限差分偏移成像原理，实现了电性源瞬变电磁虚拟波场的偏移成像技术.根据瞬变电磁扩散场与虚拟波场之间的数学关系，本文使用精细积分法对第一类Fredholm积分方程求解，然后消除直达波，得到只含有地层反射波的虚拟波场.在此基础上，本文从时间域波动方程出发，对上行波的一级近似方程反向外推，得到时间-空间域二维与三维的波场递推公式.通过求解地下空间的波场，并使用反褶积方法削弱虚拟波场的波形展宽效应，从而提高对地质界面的纵向分辨率，获得较为准确的地质界面信息.本文分别采用均匀半空间模型、D型模型、HK型模型以及两层含水采空区模型对本文方法进行验证，并对实测数据进行处理，偏移成像的结果与地质资料相吻合，说明瞬变电磁有限差分偏移成像方法在识别电性界面以及地层特征方面具有可行性.  相似文献   

瞬变电磁虚拟波场的三维曲面延拓成像   总被引：7，自引：2，他引：5       下载免费PDF全文

李貅  戚志鹏  薛国强  范涛  朱宏伟 《地球物理学报》2010,53(12):3005-3011

根据瞬变电磁场扩散方程与波动方程间存在的数学对应形式,将已知瞬变电磁场数据转换为虚拟波场数据,在此基础上,提出了用克希霍夫积分法将所转换的波场从地面向地下反向延拓的方法.在延拓的数值计算中,为提高计算效率,采用三维边界元技术,把边界积分分解为诸三角单元积分的积分之和, 建立了曲面延拓方程式;通过地面测点的波场值,求出地下某一点的波场值,实现了地表为曲面的向下延拓成像计算.通过对理论模型计算和实际资料处理,证明了该方法可以增强瞬变电磁法识别地下电性分界面的能力,使瞬变电磁法对地下目标体的三维精细探测成为可能.  相似文献   

瞬变电磁虚拟波场Born近似算法研究     

樊亚楠  李貅  戚志鹏  孙大利 《地球物理学进展》2019,34(2):529-536

根据瞬变电磁场所满足的扩散方程与波动场所满足的波动方程之间的数学关系,运用扫时波场变换技术,得到稳定的虚拟波场.在虚拟波场的基础上,借用地震勘探中的Born近似逆散射技术实现对电性界面进行成像的目的.在理论推导中,直接从时间域波动方程出发,运用格林定理、引入均匀半空间的Green函数建立散射场关于速度扰动量的表达式;在数值求解中,运用奇异值分解的方法实现对第一类Fredholm积分方程的求解.通过对理论模型的计算以及实例应用,均表明瞬变电磁虚拟波场Born近似算法对地下电性界面具有良好的分辨能力.  相似文献   

瞬变电磁法三维拟地震成像信息提取技术   总被引：4，自引：2，他引：2  

朱宏伟  李貅  张军  戚志鹏 《地球物理学进展》2010,25(5)

在瞬变电磁法中,为提高对地下电性界面的分辨率,可移植地震勘探中的诸多技术对界面直接成像,以克服反演中的不适定性.首先为使得波形在高低不同的电性基底所产生的虚拟反射波振幅有可比性,在将原有瞬变电磁场逆变换成虚拟波场数据的基础之上,需要求取均衡系数;接着通过对虚拟波场的离散数据求取反褶积,可基本抵消波场变换的展宽作用和大地滤波影响,以达到对电性界面精确定位的效果;然后,对波形做低通滤波处理后运用克希霍夫积分公式,将虚拟地震波场由地面向地下反向逆时偏移成像.把波场分析原理用于对瞬变电磁场的解释,就形成了瞬变电磁偏移方法.从波场角度看,它拓展和丰富了瞬变电磁场的内涵.使用本方法,可更加容易得到从前用常规解释方法处理无法提取的信息.在延拓成像中可更精确的确定界面深度,并为在瞬变电磁法中合理引入拟地震处理解释方法提供重要的理论依据和实验参照.  相似文献   

矿井瞬变电磁法超前探测合成孔径成像研究   总被引：8，自引：1，他引：7       下载免费PDF全文

程久龙  陈丁  薛国强  邱浩  周项通 《地球物理学报》2016,59(2):731-738

在矿井瞬变电磁超前探测数据处理和解释中,为了更好地识别巷道前方含水体电性分界面,利用扩散场与波动场间的函数关系,将矿井瞬变电磁法超前探测中瞬变电磁波场转换为拟地震波场,实现波场转换.同时,为了解决波场转换后信号幅值偏弱,以增加信噪比利于解释,利用雷达的合成孔径方法对波场转换后的拟地震信号进行相关叠加处理.将矿井瞬变电磁法巷道超前探测的同一测点不同探测方向的数据作为孔径数据进行合成孔径成像,以突出弱异常而提高信噪比,结合应用实例验证了方法的效果.研究表明,矿井瞬变电磁法合成孔径成像方法能够提高电性界面信息的信噪比和界面几何分辨率,对矿井瞬变电磁法精细超前探测含水构造具有重要的理论意义和应用价值.  相似文献   

瞬变电磁虚拟波场成像方法及其对未爆弹探测的试验研究     

《地球物理学进展》2016,(5)

未爆弹严重威胁人类的安全,瞬变电磁是一种对其有效的探测方法.探讨了瞬变电磁波场变换理论,实现了对瞬变电磁信号中波场特性的提取,提出了基于虚拟波场波形特征的速度分析反演成像方法,计算了三维数值模型和水槽物理模拟数据的反演结果,取得了良好的成像效果.结合未爆弹探测的工程实例,对瞬变电磁虚拟波场反演成像方法的实用性和有效性进行了验证.研究表明:瞬变电磁虚拟波场反演成像方法能够解决微小低阻异常体精确定位的难题.  相似文献   

瞬变电磁虚拟波场二阶Born近似成像算法     

樊亚楠  李貅  戚志鹏  鲁凯亮 《地球物理学报》2022,65(3):1144-1159

依据瞬变电磁扩散场与虚拟波动场之间的数学表达式,通过波场反变换得到虚拟波场,进而借用地震勘探上成熟的成像方法定位地质界面的位置以及形态.本文首先将时间域波动方程转换为频率域波动方程,将总波动场分为背景场和散射场、总波速分为背景速度和扰动速度,然后运用Green定理得到了散射场关于地质界面速度扰动量的表达式,并使用Born近似算法将积分方程线性化,最后通过傅里叶变换可以快速得到电性界面速度扰动量的值.通过分析阶跃函数与Delta函数在不同频带下的形态,可知Delta函数几乎不受频带的影响,因此对速度扰动量求一阶导数即可得到不受频带影响的反射率函数,从而实现对地下电性界面准确定位的目的.由散射序列的表达式可知,Born近似算法仅保留了散射序列中的第一项,丢失了部分有用信息,无法对地下电性界面准确成像.因此本文根据各项间的递推关系,保留了散射序列的前两项,推导出了二阶Born近似的表达式.通过研究电阻率变化、层厚变化对成像精度的影响,本文发现二阶Born近似算法比常规的Born近似成像方法有更高的分辨率.通过对二维模型、三维低阻薄板模型的计算可知,相比于Born近似算法,二阶Born近似算法能对地下电性界面的位置以及异常体的形态准确定位、快速成像,具有较好的效果.  相似文献   

从瞬变电磁扩散场到拟地震波场的全时域反变换算法   总被引：2，自引：2，他引：0       下载免费PDF全文

戚志鹏  李貅  吴琼  孙怀凤  杨增林 《地球物理学报》2013,56(10):3581-3595

将瞬变电磁满足的扩散方程转变为波动方程,然后利用地震类成像方法实现瞬变电磁虚拟波场成像,是实现瞬变电磁三维反演的有效手段之一.为了实现由扩散场到虚拟波场的转换,文中采用预条件正则化共轭梯度法求解波场反变换问题.首先,对几种离散方式进行比较,采用条件数最小的离散方式进行离散;然后选择最优的正则化参数,并利用超松弛预条件技术对系数矩阵进行预条件处理;最后,利用共轭梯度法进行迭代求解.超松弛预条件有效降低了系数矩阵的条件数,正则化方法使得反变换得到的波场稳定、可靠,共轭梯度法能够保证计算快速收敛.将反变换结果与已知虚拟波场函数对比,证明算法稳定、可信.将文中算法结果与前人研究结果进行对比,说明方法效果.通过实测数据的波场变换处理给出了文中方法的实际应用效果.结合反变换算法,对不同参数模型进行分析,总结了虚拟波场在色散介质中的传播规律.  相似文献   

瞬变电磁合成孔径成像方法研究   总被引：4，自引：1，他引：3       下载免费PDF全文

李貅  薛国强  刘银爱  钱建兵 《地球物理学报》2012,55(1):333-340

瞬变电磁法虽然广泛应用于资源勘探和工程勘察中,但仍存在一些亟待解决问题.迫切需要引进一些新的技术与方法,以进一步提高解释精度.由于瞬变电磁资料可以通过数学公式转换成虚拟波;多孔径瞬变电磁物理模拟证明TEM多孔径具有相干性;相邻位置上同一地质体的反射回波具有较好的相关性.所以,对于瞬变电磁资料可以进行多孔径合成成像.本文借助于合成孔径雷达的基本思想,提出一套新的数据处理方法,即采用相关叠加技术,实现多孔径数据合成.在完成瞬变电磁虚拟波提取后,将传统的以剖面为主的处理方式发展成为以测点为中心的多孔径合成,将传统的以单点处理方式发展成为逐点推移多次覆盖的处理方法.采用相关叠加的方法来进行合成孔径,由此大大提高瞬变电磁法的分辨率.从波场的角度拓展和丰富了瞬变电磁场的内涵,使得从实测资料中提取到常规瞬变电磁法提取不到的信息,对地下目标体成像更为有利.通过对所设计模型和实测资料处理,结果表明合成孔径成像效果较好.研究成果为发展瞬变电磁成像技术,提高分辨率提供了一条新途径.  相似文献   

The deviation of the total geomagnetic field direction from the dipole field direction as a manifestation of the non-dipole field     

Alena Janáčková  Jan Anděl  Reviewer V. Kropáček 《Studia Geophysica et Geodaetica》1980,24(2):153-162

Summary The angle between the total geomagnetic field direction and the axial dipole field direction was computed for the whole of the Earth's surface for the epoch 1945. It was supposed that the dipole field exerts a latitude-dependent influence on the surface manifestation of the non-dipole field. A modifying function of latitude was estimated to eliminate this influence. The isolines of the resulting quantity were plotted.  相似文献   

地球电场与地球磁场的形成机理   总被引：2，自引：1，他引：1       下载免费PDF全文

邹润莉 《地球物理学进展》2008,23(4):1071-1084

为探讨地球磁场的形成机理,应用经典电磁理论以微分的思维方式建立起三种自激发电机模型,用球形自激发电机模型简明地描述地球磁场的形成和分布;从分析地轴参考系中相对于自转地球静止的电荷间洛仑兹力的特点以及地球上的电荷在地球电场和地球磁场作用下的漂移规律,阐述中心磁场的形成及反转机理;分析电荷相对于地球的漂移以阐述偏磁场的形成.理论分析表明:地球上每一点的磁场都可以看成是由该点的几个分磁场叠加而成;地球具有自身的电场;地球电场与地球磁场同时产生、同时变化,且都源自于地球的自转和地球上正负电荷的非对等分布.  相似文献   

地磁正常场的选取与地磁异常场的计算   总被引：34，自引：8，他引：26       下载免费PDF全文

高金田  安振昌  顾左文  韩炜  詹志佳  姚同起 《地球物理学报》2005,48(1):56-62

根据2003年中国地磁观测数据（包括135年地磁测点和35个地磁台）以及我国邻近地区38个IGRF计算点的地磁数据,计算中国地磁异常场的分布。选取两种地磁场模型作为地磁正常场,一是国际参考地磁场的球谐模型,二是中国地磁场泰勒多项式模型。根据各个测点的地磁异常值（观测值减去模型计算值）,用球冠谐分析方法计算地磁异常场的球冠谐模型,并绘制2003年中国地磁异常（△D,△I,△F,△X,△Y,△Z）。分析和讨论了中国地磁异常场。  相似文献   

Eddington: leading the field     

John D Barrow  ; Leon Mestel 《Astronomy& Geophysics》2004,45(3):3.10-3.13

Sixty years after the death of Sir Arthur Eddington OM, FRS, the RAS held a Commemoration Meeting to recall his outstanding contributions to astronomy, cosmology and the popularization of science, organized by John D Barrow and Leon Mestel .  相似文献   

日面方位磁场扰动和行星际磁场螺旋结构          下载免费PDF全文

胡友秋  郑国辉 《地球物理学报》2004,47(4):549-554

文采用球坐标下2.5维理想MHD模型,对日球子午面内方位磁场扰动的传播进行数值模拟,重点分析它对行星际磁场螺旋角的影响. 本文认为,观测到的行星际磁场螺旋角大于Parker模型的预言值,是太阳表面不断向行星际发出同向方位磁场扰动的结果;太阳较差自转在太阳内部产生的方位磁场为这类扰动提供了源头. 模拟结果表明,采用持续时间等于周期的十分之一、扰动幅度为103nT量级的正向方位磁场扰动,就可使1 AU处行星际磁场的螺旋角增加2°左右,与有关观测结果相符. 模拟结果还表明,上述方位磁场扰动对日球子午面内的太阳风特性和磁场位形的影响基本上可以忽略.  相似文献   

Spatial power spectra of the crustal geomagnetic field and core geomagnetic field     

Malcolm G. McLeod  Paul J. Coleman 《Physics of the Earth and Planetary Interiors》1980,23(2):P5-P19

Lowes (1966, 1974) has introduced the function R_n defined by $\text{R}{}^{\mathrm{n}}\text{=(n + 1)}\text{∑}\text{m=0}\text{∞}\text{[(g}{}^{\mathrm{m}}{}_{\mathrm{n}}\text{)}{}^2\text{+ (h}{}^{\mathrm{m}}{}_{\mathrm{n}}\text{)}{}^2\text{]}\text{where}\text{g}{}_{\mathrm{n}}{}^{\mathrm{m}}\text{and}\text{h}{}_{\mathrm{n}}{}^{\mathrm{m}}$ are the coefficients of a spherical harmonic expansion of the scalar potential of the geomagnetic field at the Earth's surface. The mean squared value of the magnetic field B = ??V on a sphere of radius r > α is given by $\text{〈}\text{B}\text{·〉 =}\text{∑}\text{n=1}\text{∞}\text{R}{}^{\mathrm{n}}\text{(}\text{a/}\text{r}\text{)}{}^{\mathrm{2n=4}}\text{where}\text{a}$ is the Earth's radius. We refer to R_n as the spherical harmonic spatial power spectrum of the geomagnetic field.In this paper it is shown that Rⁿ = R^M_n = R^C_n where the components R_n^M due to the main (or core) field and R_n^C due to the crustal field are given approximately by $\text{R}{}^{\mathrm{M}}{}_{\mathrm{n}}\text{= [}\text{(n =1)/}\text{(n + 2)}\text{](1.142 × 10}{}^9\text{)(0.288}{}^{\mathrm{n}}\text{Λ}{}^2\text{R}{}^{\mathrm{C}}{}_{\mathrm{n}}\text{= [}\text{(n =1){[1 — exp(-n/290)]/}\text{(n/290)} 0.52 Λ}{}^2\text{where}\text{Iγ = 1 nT}$. The two components are approximately equal for n = 15.Lowes has given equations for the core and crustal field spectra. His equation for the crustal field spectrum is significantly different from the one given here. The equation given in this paper is in better agreement with data obtained on the POGO spacecraft and with data for the crustal field given by Alldredge et al. (1963).The equations for the main and crustal geomagnetic field spectra are consistent with data for the core field given by Peddie and Fabiano (1976) and data for the crustal field given by Alldredge et al. The equations are based on a statistical model that makes use of the principle of equipartition of energy and predicts the shape of both the crustal and core spectra. The model also predicts the core radius accurately. The numerical values given by the equations are not strongly dependent on the model.Equations relating average great circle power spectra of the geomagnetic field components to R_n are derived. The three field components are in the radial direction, along the great circle track, and perpendicular to the first two. These equations can, in principle, be inverted to compute the R_n for celestial bodies from average great circle power spectra of the magnetic field components.  相似文献   

同场地多方位多极距地电场相关特性   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

王玮铭  谭大诚 《地震学报》2020,42(4):419-434

针对5个典型地震震中周边的50余个场地记录到的地电场数据展开分析，计算了各场地不同方位之间的地电场相关系数δ_xy或同方位不同极距之间的地电场相关系数δ_xx，以此表征场地地电场变化的复杂性。结果显示:地震活动平静期间这些场地的地电场相关系数δ_xy和δ_xx 具有相对稳定性，中强地震孕育发生期间震中附近多数场地的δ_xy和δ_xx会出现明显下降，且这种现象具有方向性、时间准同步性，并随着震中距的增加而逐步消失。从机理上推断，δ_xy和δ_xx的下降反映了震中附近局部场地地电场变化的非均匀性。   相似文献   

Dynamics of the magnetic field and velocity field in an emerging active region     

V. M. Grigoryev  L. V. Ermakova  I. I. Salakhutdinova  A. I. Khlystova 《Geomagnetism and Aeronomy》2009,49(7):823-829

The dynamics of the magnetic field and velocity field during the birth and an early development stage of a major active region is studied. SOHO MDI longitudinal-component magnetograms, Dopplergrams, and continuum images are used. The presence of an enhanced material upflow in the photosphere during the passing of the top of the magnetic flux loop, forming the active region, is revealed. The maximum upflow velosity is 2 km/s and the maximum size of the upflow area exceeds 20000 km. The lifetime of the upflow is about two hours. The undulating form of the magnetic flux tubes crossing the photosphere is confirmed. A structural-analysis technique is used to show that the trailing polarity field at the formation stage of the active region is more highly structured than the leading polarity field.  相似文献   

Secular variations in the main geomagnetic field within the scope of the dynamic model of field sources     

I. M. Demina  L. V. Nikitina  Yu. G. Farafonova 《Geomagnetism and Aeronomy》2008,48(4):542-550

The effect of different-level sources on the spatial structure of the secular variations has been considered based on the dynamic model of sources of the main geomagnetic field developed by us. It has been obtained that the development of 13 most powerful dipoles only roughly characterizes global anomalies of the secular variations, and each anomaly results from the superposition of the dynamics of several sources. The model secular variations have been compared with the data from the observatories. It has been obtained that it is impossible to describe local anomalies of the observed secular variations ignoring sources of the third order of smallness as compared to the main dipole. It has been assumed that topographic vortices, originating around inhomogeneities of the core-mantle boundary, can be physical sources responsible for dipoles of the third order.  相似文献   

渗流场参数与地震波场参数的关联关系研究综述     

赵平起  倪天禄  张家良  何书梅  刘洪  黄芳  魏朋朋  李闻达 《地球物理学进展》2021,36(4):1661-1668

地球表层岩石是由不同尺度的岩石骨架、孔隙、以及孔隙中的流体物质相互作用形成的.研究含有孔隙和裂缝的复杂岩石介质中的地震波传播效应一直是石油地球物理勘探领域的热点.因此,许多学者对复杂岩石介质的渗流特征,和地震波的传播与衰减进行了大量的研究.本文在回顾孔隙介质的地震波的传播与衰减理论发展的基础上,首先介绍了孔弹介质的非局部Biot理论,并用它预测负频散现象,然后介绍了实验观测到的波的衰减与岩石物理性质(如孔隙度和渗透率)的关系,最后,给出了对渗流场和地震波的传播与衰减的认识,并对它们之间的相互关系做了一些展望.  相似文献