时间域航空电磁法电导率成像与反演技术研究

论文摘要

结合国家自然科学基金项目“放大镜式时间域航空电磁反演关键技术研究”及863计划重大项目“航空地球物理勘查技术系统”的子课题“吊舱式时间域直升机航空电磁勘查理论研究与系统设计”的科研实际，本文深入研究了时间域航空电磁法电导率成像与反演技术。采用高斯数值积分以及G-S变换法，计算了时间域航空电磁阶跃响应，并利用卷积求得任意发射电流对应的on-time和off-time二次场响应。基于正演算法，实现了查表法，一阶导数法和假层半空间查表法三种电导率深度成像方法。以查表法电导率深度成像结果为初始模型，研究了Zohdy反演法，通过迭代调整电导率和深度参数，拟合观测响应得到反演结果。利用神经网络良好的非线性逼近特性，在Zohdy反演法基础上，提出了放大镜式反演算法，在假层半空间查表法电导率深度成像结果基础上选取初始模型，构建其较宽邻域内的地球物理模型并正演计算其响应作为样本集，训练并测试神经网络，将观测响应输入训练成熟的神经网络得到反演结果，当反演模型响应与观测响应拟合误差满足给定精度时停止反演过程。理论模型仿真表明，假层半空间查表法电导率成像在三种成像方法中最具优势；Zohdy法反演模型响应与理论模型响应拟合较好，但存在迭代次数过多以及参数调整过程中拟合误差不收敛的问题；放大镜式反演结果电导率和深度参数与理论模型基本一致。结合长春市郊航空探测模拟飞行实验，对数据进行预处理，并用不同方法进行电导率深度成像，结果表明假层半空间查表法成像结果与实验模型更为接近。本文为时间域航空电磁实际飞行数据成像与反演研究奠定了重要技术基础。

论文目录

• 内容提要
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 时间域航空电磁数据成像与反演方法国内外研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 时间域航空电磁一维正演研究
• 2.1 时间域航空电磁探测基本原理
• 2.2 时间域航空电磁off-time响应正演计算
• 2.2.1 阶跃发射电流off-time响应正演计算
• 2.2.2 任意发射电流off-time响应正演计算
• 2.3 时间域航空电磁on-time响应正演计算
• 2.3.1 on-time响应正演计算理论基础
• 2.3.2 任意发射电流on-time响应正演计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 时间域航空电磁法电导率深度成像技术研究
• 3.1 查表法电导率深度成像
• 3.1.1 查表算法
• 3.1.2 查表法理论模型仿真
• 3.2 一阶导数法电导率深度成像
• 3.2.1 一阶导数算法
• 3.2.2 一阶导数法理论模型仿真
• 3.3 假层半空间查表法电导率深度成像
• 3.3.1 假层半空间查表算法
• 3.3.2 假层半空间查表法理论模型仿真
• 3.4 准二维大地模型电导率深度成像仿真
• 3.5 任意发射电流off-time数据电导率深度成像
• 3.6 本章小结
• 第4章 时间域航空电磁法一维反演技术研究
• 4.1 Zohdy反演法
• 4.1.1 Zohdy反演算法
• 4.1.2 初始模型的获取
• 4.1.3 模型参数调整
• 4.1.4 理论模型仿真
• 4.1.5 Zohdy反演法小结
• 4.2 基于神经网络的放大镜式反演
• 4.2.1 人工神经网络基础理论
• 4.2.2 放大镜式反演算法
• 4.2.3 初始模型的获取
• 4.2.4 模型参数反演
• 4.2.5 理论模型仿真
• 4.2.6 Zohdy反演与放大镜式反演仿真对比
• 4.2.7 放大镜式反演法小结
• 4.3 本章小结
• 第5章 时间域航空电磁模拟飞行实验数据处理与成像
• 5.1 大鹅岛航空电磁模拟飞行实验模型
• 5.2 模拟飞行实验数据预处理
• 5.3 模拟飞行实验数据电导率深度成像
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢