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本文基于考虑人工场源辐射的可控源地面电磁勘探三维数值模拟技术,以目前常用的标量可控源音频大地电磁勘探测量方式为依据,讨论地面可控源三维电磁勘探中,为达到最佳的探测效果,如何选择合适的反演数据类型.地面可控源数据的三维反演采用有限内存拟牛顿方法.反演过程中,三维可控源频率域响应数值计算采用交错网格有限差分法,求解基于二次电场的Helmholtz方程.发射装置采用长度为1000m的有限长直导线源,测量频率为10Hz;测点个数200个,分布在10条剖面上.在异常体分布区分别观测(1)电场Ex分量的振幅和相位,(2)Ex振幅,(3)Ex与Ey分量的振幅和相位,(4)Ex与Hy的振幅和相位.反演的数据类型分别为上述4种数据以及导出的阻抗Zxy振幅和相位.反演模型由30×30×20个网格组成,测区内水平方向大小为50m×50m,垂直方向厚度为50m,最后5层厚度倍增.反演都从均匀半空间开始,迭代120次结束.数值模拟结果发现,(1)单个电场分量Ex,其相位信息对异常体信息提取非常重要,若只反演该电场振幅,深部电阻率分辨率低;(2)观测正交电场的效果比单个电场分量效果好,其浅部异常的边缘效应明显减弱,深部异常形态完整;(3)同时观测正交的电场和磁场,反演效果与只观测电场振幅和相位的相当;(4)从阻抗数据反演得到的异常位置和电阻率分布均有较大的改善,反演模型分辨率最好.因此,在理论上,建议在野外数据采集时,最好测量正交电磁场;次之,同时测量正交的电场;最次的,可以只观测电场Ex的振幅和相位,亦可取得较足够的信息.但如果只能获得电场的振幅信息,反演结果的深部将出现较大的不确定性. 相似文献
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由于人工源电磁探测效果与收发距离有一定关系，本文首先分析了收发距离为零的中心回线源瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM）视电阻率定义和算法特点，回溯了从圆形回线到矩形的修正式中心回线装置的发展过程；概述了从中心回线发展到接地导线源短偏移瞬变电磁（Short-Offset TEM，SOTEM）理论上的可行性；列举了将LOTEM（Long-Offset TEM）从数倍于探测深度的观测区推进到近源区后的探测实例.对于频率域人工源电磁法，介绍了起源于MT（Magneto-Telluric）的CSAMT（Controlled Source Audio-frequency Magneto-Telluric）与电磁频率测深法不同发展道路.电磁频率测深将观测区从远区推进到了中区；广域电磁法通过全区视电阻率新定义不仅提高了解释精度，而且将传统CSAMT远场观测模式推进到中区探测模式；最后指出，如能采用新的点微元假设计算方法，可有望分离自有场和辐射场，实现频域电磁近源探测. 相似文献
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本文实现了地面矩形大定源三维频率域反演.矩形大定源三维模型响应计算采用交错网格有限差分技术.正演的微分方程为异常电场满足的非齐次Helmholtz方程,方程右手边源项中的大定源产生的背景格林函数由虚界面法结合虚框法计算.频率域三维反演采用非线性共轭梯度反演技术.反演的数据类型为垂直磁场的频率域响应Hz的实部和虚部分量.数值结果表明,(1)三维模型正演模拟数值结果与前人一致,为三维反演奠定基础;(2)针对两个三维导电模型,分别进行了三维反演数值试算.反演结果可以清晰恢复出异常体的电阻率和位置信息,表明地面矩形大定源三维频率域非线性共轭梯度反演具有可行性.本文研究的意义在于,在电磁响应时频转换技术的基础上,如果将野外实测的瞬变电磁数据变换为对应的频率响应,则结合本文提出的三维反演技术,可以为矩形大定源瞬变电磁数据的三维解释提供一个新的思路. 相似文献
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可控源电磁法(CSEM)的正演模拟与反演解释中常忽略激电介质的影响.本文基于电磁三维正反演开源平台ModEM,分别开展了陆地CSEM三维正反演以及考虑激电介质的陆地CSEM三维正演研究,并与一维模型解析解对比验证了三维计算的准确性.数值模拟结果显示,模型含激电效应与不含激电效应的电场E_x频率响应差异明显,激电效应会导致电场E_x幅值减小、相位增加,且对E_x的影响程度与激电异常体的频谱特性及观测的收发距均相关.合成数据的陆地CSEM反演结果显示,数据中含激电效应会使得反演出的异常体在深度、规模和电阻率值上都与真实异常体存在较大偏差,忽略观测数据中的激电效应会明显影响观测的准确性.本文研究表明当陆地CSEM三维观测资料中包含激电效应时,有必要考虑其影响. 相似文献
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电磁测深方法可分为频率域测深和时间域测深两大类.时间域测深主要是在一次激励场结束后,观测二次涡流场.对于频率域电磁测深方法,研究问题时仅考虑边界条件即可,但对时间域方法,不但要考虑边界条件,还要考虑初始条件,所以时间域的研究往往比频率域的研究要复杂得多.在以往的时间域方法中,通常使用阶跃波作为激励源,这主要是由于阶跃波激励完成后,有充裕的时间间隙可以观测感应二次场.但由于阶跃波的时间域电磁响应的复杂性,往往采用分时段(分区间)的处理方式,分为远区(早期)、近区(晚期)、过渡区(过渡期)等方式.本文介绍一种利用?单脉冲函数的激励源的时间域电磁响应实现电磁测深的方式.它不需要将时间域分成多个区段,且可以借助任何的第三方激励源来进行激励.观测电磁响应也不需要在激励结束后进行. 相似文献
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讨论了地面可控源电磁勘探三维非线性共轭梯度反演的可行性以及反演过程中考虑场源的必要性.反演采用非线性共轭梯度反演方法.反演过程中,模型响应利用交错网格有限差分技术计算.反演数据采用与发射源平行的电场x分量Ex.利用层状导电模型作为背景,设计了两个理论模型进行数值试验:第一个模型中包含两个电阻率异常,以检验反演的有效性;第二个模型中,在测区外设置了一个低阻异常,以考察源的信息在反演中的作用.两个模型的反演分别从层状背景模型开始,迭代120次后终止.数值试验结果表明,(1)非线性共轭梯度反演所获得的电阻率分布和理论模型吻合较好;(2)非线性共轭梯度算法收敛速度较慢,需要较多的迭代次数完成反演;(3)对于可控源频率电磁勘探,必须考虑源位置信息.因此,本文采用考虑场源信息的地面可控源非线性共轭梯度反演方法能完成真正意义上的可控源频率电磁测深数据的反演. 相似文献
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本文发展了一种适应于任意形状水平接地导线源瞬变电磁法的一维正反演方法,可用于长偏移距、短偏移距、多通道测量接地导线源瞬变电磁数据.正演误差通常在1%以内.弧形导线源与直导线源的正演对比表明:导线源赤道方向电磁场容易受到导线源形态的影响,而轴向方向电场所受影响较小.采用修改的矩阵传播法求取水平电场和垂直磁感应场的敏感度.结果表明:相比扰动法,在层数越多时,矩阵传播法优势越明显,当层数达到64层时,效率提高近30倍.反演方法采用正则化Gauss-Newton迭代法实现.反演结果表明:单纯使用磁感应场时间导数进行反演对高导异常层恢复良好,而对低导异常层重构并不理想,且用反演模型生成的电场预测数据与原始电场数据差距较大.使用单一接收点电场进行反演结果也并不理想,而当使用多个接收点处电场值进行共同反演时,高导异常层与低导异常层均能得到较好的体现,相应电场及磁感应场的预测数据与原始数据均吻合的比较好.对有磁导率异常的模型进行反演表明,电场与磁感应场共同反演能够较好地体现地层电导率与磁导率的变化规律. 相似文献
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瞬变电磁法是重建地下电阻率等电性结构的重要方法.传统磁性源和电性源瞬变电磁法主要观测横电极化场，横电极化场仅对良导目标敏感，对高阻目标的分辨能力有限.横磁极化场对高阻目标具有较强的分辨能力，但未得到有效利用.双线源瞬变电磁法可以增强观测电场中横磁极化场的占比，但对该方法的响应特征和分辨能力缺乏系统性的研究.为此，本文以双线源为例开展瞬变电磁横磁场响应特征与分辨能力分析.双线源瞬变电磁水平电场的响应强度要小于传统接地导线源，在发射源的中垂线上，层状大地模型的响应为零，观测的水平电场响应只能由地下的三维目标体产生.分别提取双线源和传统接地导线源激发电磁场中的横磁场和横电场，双线源瞬变电磁场中的横磁场占比要大于传统接地导线源，特别是在中晚期，横磁场远大于横电场，横磁场占比得到明显增强.通过均方根差和三维数值模拟的计算，双线源瞬变电磁水平电场显示出相较于传统接地导线源更强的高阻目标分辨能力，特别是在赤道向，水平电场对高阻目标分辨能力的增强效果更加明显. 相似文献
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航空电磁法的探测能力受飞行高度、发射波形、发射磁矩和发射基频等因素的影响,致使不同分量间的勘探能力存在差异.航空电磁如对所有磁场和磁感应分量、on-和off-time数据进行观测和解释,不仅数据量大、耗时长,而且出现大量冗余数据.目前国内针对此问题尚无系统解决方法.本文针对吊舱式直升机航空电磁系统,采用积分方程法求解频率域响应,经汉克尔变换转换到时间域,计算了地下三维目标体的B和dB/dt时间域响应.利用异常体响应与背景场响应作比值,并通过设定响应阀值定义最大勘探深度,进而分析不同发射波形、不同分量以及on-和off-time期间的航空电磁系统的探测能力.基于本文分析手段,可根据实际勘探目标,确定一套探测能力较强的航空电磁最佳参数组合,为野外测量和数据处理提供技术指导,高效完成勘探任务. 相似文献
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本文根据视电阻率定义的原则,以及用不同的场量定义的视电阻率效果不同这一事实,提出一种新的全波视电阻率定义.在全区同时用均匀大地上电磁场的三个分量来分区定义祝电阻率.在远区视电阻率由磁场的水平分量求出,在近区由磁场的垂直分量或其实分量定义,而在过渡区则由电场的水平分量确定.用这种方法定义的视电阻率为电磁响应的单值函数,它随频率变化的曲线显著改善,能直观地反映地层电阻率随深度的变化,数值比较接近地层的真电阻率值,假极值效应明显压低.在计算中用切比雪夫多项式分段拟合均匀大地电磁响应的反函数,并给出一套系数,由此算出的视电阻率误差小于1％. 相似文献
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结合地面电性源瞬变电磁法（TEM）探测深度大和地-井TEM探测精度高的优点，本文提出对电性源地-井TEM进行研究.基于一维正演理论，本文对电性源在地下激发的六个电磁场分量的扩散、分布特性和探测能力进行分析研究.研究结果表明地下瞬变场各分量的分布特征与地面情况类似，但是对地层的探测能力与地面情况存在较大差别.各分量的探测能力与它们的扩散特性有关，其中受积累电荷作用，垂直电场Ez和水平磁场Ḣx分量对目标层的反映最为明显，Ex和Ḣy分量在地下扩散时受"返回电流"的影响会出现变号现象，使得异常体带来的影响被掩盖，不易被分辨.本文研究结果为发展电性源地-井TEM的施工技术、数据处理与解释，建立了相应的理论基础，获得了对该方法的初步认识. 相似文献
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地层宏观电性各向异性会对可控源电磁响应产生重要影响.由于海底地层电性结构常表现为电导率各向异性，若仅对海洋可控源电磁（MCSEM）数据进行常规各向同性反演，有可能无法获得准确的反演解释结果，从而削弱MCSEM技术的可靠性.本文实现了电导率垂直各向异性（VTI）条件下频率域海洋可控源电磁数据三维反演算法.其中，三维正演采用基于二次场控制方程的交错网格有限体积法，并利用直接矩阵分解技术来求解离散所得的大型线性方程组，有利于快速计算多场源的响应.反演采用具有近似二次收敛性的高斯牛顿算法对目标函数进行最优化.最后，对具有VTI电性各向异性特征的盐丘构造模型的MCSEM合成数据分别进行了电导率各向同性和垂直各向异性三维反演，结果表明：各向同性三维反演算法无法对受VTI介质影响的MCSEM数据进行正确的反演解释，而垂直各向异性三维反演能够获得更为可靠的地下电阻率结构和异常体分布，展现出对海底电性各向异性结构更为优良的反演解释能力. 相似文献
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本文提出了一维垂直各向异性(VTI)介质倾斜偶极源频率域海洋可控源电磁(CSEM)资料高斯-牛顿反演方法.在电阻率各向异性介质水平偶极源和垂直偶极源海洋CSEM正演算法的基础上,利用欧拉旋转方法,实现了各向异性介质倾斜偶极源海洋CSEM正演算法.海洋可控源电磁场关于地下介质横向电阻率(ρ_h)和垂向电阻率(ρ_v)的偏导数(即灵敏度矩阵)是解析计算的,结合垂直各向异性介质横向电阻率与垂向电阻率的关系,将各向异性率融入到正则化因子选择中,实现了正则化因子的自适应选择.理论模型合成数据和实测资料反演算例表明,我们提出的反演方法能够较准确的重构海底围岩和基岩的各向异性电阻率以及高阻薄层的埋藏深度、厚度和垂向电阻率. 相似文献
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三维反演解释是电磁法勘探发展的重要趋势,而如何提高三维反演的可靠性、稳定性和计算效率是算法开发者们目前的研究重点.本文实现了一种频率域可控源电磁(CSEM)三维反演算法.其中正演基于拟态有限体积法离散化,利用直接矩阵分解技术来求解大型线性系统方程,不仅准确、稳定,而且特别有利于含有大量发射场源位置的CSEM勘探情况;对目标函数的最优化采用高斯牛顿法(GN),具有近似二次的收敛性;使用预条件共轭梯度法(PCG)求解每次GN迭代所得到的法方程,避免了显式求解和存储灵敏度矩阵,减小了计算量.以上这些方法的结合应用,使得本文的三维反演算法准确、稳定且高效.通过陆地和海洋CSEM勘探场景中的典型理论模型的反演测试,验证了本文算法的有效性. 相似文献
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为解决3D AVO地震数据快速保幅重建问题,在传统3D抛物Radon变换的基础上提出一种3D快速高阶抛物Radon变换方法.该方法将传统抛物Radon变换与正交多项式相结合,通过正交多项式系数描述地震数据AVO信息,确保重建后的地震数据具有良好保幅效果.同时,该方法引入新变量λ_x=q_xf和λ_y=q_yf,通过对q_xf和q_yf的整体采样,消除了3D高阶抛物Radon变换算子对频率的依赖,使变换算子的求逆过程仅需计算一次,大大节省计算时间.理论模型和实际地震资料的处理结果表明,该方法重建效率高,保幅效果良好. 相似文献
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The behaviour of the magnetic field variations over the North China-Korea coastal region is studied with the aid of a scaled laboratory analogue model. The model source frequencies simulate naturally occurring geomagnetic variations of 3–60 min periods. In-phase and quadrature magnetic Bx, By and Bz field measurements for the modelled region are presented for E- and B-polarizations. Large anomalous in-phase and quadrature model magnetic fields are observed over the Korea-Japan strait for E-polarization and over the Bohai strait for B-polarization due to current channelling through the straits. Large responses of the peninsulas in the shallow coastal areas occur at short periods but decrease abruptly with increasing period. In general, the effects of peninsulas, straits, bays and irregularities in the coastlines play an important role in the magnetic field responses both on-shore and off-shore for this complex North China-Korea coastal region. Model and field site induction arrows are compared for three sites west of Bohai Bay. 相似文献
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可控源电磁法具有分辨率高及抗干扰能力强等特点，是一种重要的地电磁勘探方法.目前，可控源电磁法的高精度正演计算一直是其核心研究问题之一.传统积分方程法一般采用近似积分公式、简单矩形网格和近似的奇异性体积分计算技术，制约了体积分方程法处理复杂地下异常体的能力，降低了计算精度.针对上述问题，本文基于完全积分公式、四面体非结构化网格和奇异体积分的精确解析解来高精度求解复杂可控源电磁模型的正演响应.首先，从电场积分公式出发，推导了可控源电磁问题满足的积分方程；其次，借助于非结构化四面体网格离散技术，实现了地下复杂异常体的有效模拟.最后，利用散度定理把强奇异值体积分转换为一系列弱奇异性的面积分公式，并通过推导获得了这些弱奇异性的面积分公式的解析解，从而最终实现三维可控源电磁问题的高精度积分求解.以块状低阻体地电模型为测试模型，采用本文提出的积分方程方法获得的数值解与其他公开数值算法解进行对比分析，其对比结果具有高度的吻合性，验证了算法的正确性；同时，设计了球状及复杂地电模型进行算法收敛性测试，进一步验证算法的正确性以及能够处理地下复杂模型的能力. 相似文献
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Clay-rich till plains cover much of the UK. Such sites are attractive locations for landfills, since clay aquitards lower the risk of landfill leachate entering groundwater. However, such tills often contain sand and gravel bodies that can act as leachate flow routes. Such bodies may not be detected by conventional site investigation techniques such as drilling boreholes and trial pitting. A method of guided inversion, where a priori data are used to construct structural reference models for use in inverting electrical resistivity tomography data, was proposed as a tool to improve the detection of sand and gravel bodies within clay-rich till sequences.
Following a successful 2D guided inversion synthetic modelling study, a field study was undertaken. Wenner 2D electrical resistivity tomography lines, resistivity cone penetrometry bores and electromagnetic induction ground resistivity data were collected over a site on the East Yorkshire coast, England, where sand and gravel lenses were known to exist from cliff exposures. A number of equally valid geoelectrical models were constructed using the electromagnetic and resistivity cone data. These were used as structural reference models in the inversion of the resistivity tomography data. Blind inversion using an homogenous reference model was also carried out for comparison.
It was shown for the first time that the best solution model produced by 2D inversion of one data set with a range of structural reference models could be determined by using the l2 model misfit between the solution models and associated reference models (reference misfit) as a proxy for the l 2 misfit between the solution models and the synthetic model or 'best-guess' geoelectrical model (true misfit). The 2D methodology developed here is applicable in clay-rich till plains containing sand and gravel bodies throughout the UK. 相似文献
Following a successful 2D guided inversion synthetic modelling study, a field study was undertaken. Wenner 2D electrical resistivity tomography lines, resistivity cone penetrometry bores and electromagnetic induction ground resistivity data were collected over a site on the East Yorkshire coast, England, where sand and gravel lenses were known to exist from cliff exposures. A number of equally valid geoelectrical models were constructed using the electromagnetic and resistivity cone data. These were used as structural reference models in the inversion of the resistivity tomography data. Blind inversion using an homogenous reference model was also carried out for comparison.
It was shown for the first time that the best solution model produced by 2D inversion of one data set with a range of structural reference models could be determined by using the l
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对于三维可控源电磁,反演计算效率、张量测量、旁侧效应以及阴影效应是目前研究的热点.本文正演采用基于库仑规范条件的耦合势有限体积算法,反演采用有限内存BFGS(L-BFGS)算法.合成数据反演结果表明:(1)有限内存BFGS法比非线性共轭梯度法,在反演计算效率上具有一定的优势,更适合求解大规模三维可控源电磁反演问题.(2)张量可控源电磁法相对于标量可控源电磁法,前者在模型分辨率上优于后者.(3)在某个区域无法布置测网的情况下,我们可利用旁侧效应在异常体周围布置测网进行三维反演,从而获得真实异常体的信息.同时,为避免阴影效应,我们应在测网外增加可控源电磁控制点,使得三维反演的数据更加完备. 相似文献