定回线源瞬变电磁三维异常特征反演

论文摘要

近几十年勘探成果表明,瞬变电磁法为寻找矿产资源的重要方法。在瞬变电磁法解释方面,一维层状模型仍然是最常用的模型。但当地下介质的导电性横向上发生变化后,一维层状模型不再适用,应当寻求更复杂的二维或三维模型。为此,论文针对定回线源瞬变电磁三维异常特征反演进行了系统地研究,取得了以下几方面创新性的研究成果: 通过选取异常场特征数据、反演问题线性化、归一观测数据和地下异常体参数、采用改进的广义逆反演方法等技术手段首次实现了定回线源瞬变电磁三维异常特征反演,获得组成地下三维体的导电单元的电阻率及其分布。应用MATLAB和FORTRAN语言,编制了相应的定回线源瞬变电磁三维异常特征反演可视化程序。 在进行定回线源瞬变电磁三维异常特征反演过程中,根据瞬变电磁法对良性导电异常体反应灵敏的特点,采用后向差分近似代替微分形成Jacobian矩阵;采用奇异值分解方法计算Jacobian矩阵的广义逆;考虑到实际反演问题是非线性的,对反演线性方程等式的右边项进行了必要的处理,使得每次迭代的修正量尽可能地小,以保证成立的线性泛函式更为精确;迭代计算地下异常体参数的修正量,从而最终获得地下异常体参数。 采用异常场分离技术,从测量的总场数据中获得三维反演所需的异常场数据。首先应用成熟的一维广义逆反演方法从测量的总场数据中反演获得背景模型参数和与实测数据最佳拟合的背景场,利用从实测总场数据中减去该背景场值以获得实测异常场数据。分析定回线源装置不同模型的异常场,总结出地下三维异常体参数对三维异常场特征的影响,为选取异常场特征数据开展定回线源瞬变电磁三维异常特征反演提供理论依据。 通过对不同三维理论模型正演数据进行反演试算,说明所研究的反演方法和编制的反演程序的正确性。应用MATLAB和FORTRAN语言,对现有三维有限差分正演程序进行改进,增加了可视化输入输出模块。通过FDTD正演数值计算结果与解释解和澳大利亚encom公司的商业软件EM Vision 2.1计算结果进行对比,说明了三维正演计算方法和编制的三维正演程序的正确性和可靠性。

论文目录

• 1 引言
• 1.1 瞬变电磁法正反演研究现状
• 1.2 研究目标及思路
• 1.3 主要内容
• 2 瞬变电磁三维正演数值模拟方法
• 2.1 瞬变电磁场的基本理论
• 2.1.1 基本关系式
• 2.1.2 边界条件
• 2.1.3 初始条件
• 2.1.4 场源计算
• 2.2 三维交错网格有限差分法
• 2.2.1 模型的离散与时间步进
• 2.2.2 有限差分方程
• 2.2.3 程序的编制
• 2.3 三维正演程序的特点及验证
• 2.3.1 三维正演程序的特点
• 2.3.2 三维正演程序的验证
• 2.4 小结
• 3 定回线源瞬变电磁三维异常场分离与特征分析
• 3.1 定回线源瞬变电磁三维异常场分离技术
• 3.1.1 三维理论模型总场数据的获得
• 3.1.2 三维异常场数据的获得
• 3.2 定回线源瞬变电磁三维异常场特征分析
• 3.2.1 地下三维体电阻率不同时
• 3.2.2 地下三维体顶界面埋深不同时
• 3.2.3 地下三维体走向长度不同时
• 3.2.4 地下三维体下延长度不同时
• 3.2.5 地下三维体宽度不同时
• 3.2.6 不同背景电阻率的影响
• 3.2.7 异常场剖面特征分析
• 3.3 小结
• 4 定回线源瞬变电磁三维异常特征反演
• 4.1 瞬变电磁（TEM）反演方法研究回顾
• 4.1.1 空间和时间滤波延拓的方法
• 4.1.2 感应等效电流烟圈方法
• 4.1.3 薄板导电体模型方法
• 4.2 定回线源瞬变电磁三维反演实现的可行性分析
• 4.3 定回线源瞬变电磁三维异常特征反演
• 4.3.1 反演问题线性化
• 4.3.2 归一观测数据和地下异常体参数
• 4.3.3 改进的广义逆反演法
• 4.4 小结
• 5 三维理论模型正演数据反演算例及分析
• 5.1 三维反演程序的编制
• 5.2 模型1
• 5.2.1 三维理论模型总场数据的获得
• 5.2.2 反演结果及分析
• 5.3 模型2
• 5.3.1 三维理论模型总场数据的获得
• 5.3.2 反演结果及分析
• 5.4 模型3
• 5.4.1 三维理论模型总场数据的获得
• 5.4.2 反演结果及分析
• 5.5 小结
• 6 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 在学期间参加的研究项目
• 在学期间发表的学术论文