各向异性介质中的电性源瞬变电磁一维正反演方法研究

论文摘要

瞬变电磁法(TEM)是一种基于电磁感应原理而建立的时间域人工源电磁探测方法。目前,瞬变电磁勘探的正、反演理论研究多是基于各向同性介质模型。然而,随着研究的不断深入,地下介质的各向异性所引起的观测数据的变化逐渐引起了研究人员们的关注。越来越多的理论研究和实测数据表明,地下介质各种物理性质的各向异性会导致相关地球物理场响应发生明显变化。其中,电磁波阻抗响应函数对电性各向异性非常敏感。与之相应的是,地表观测到的电磁探测数据也会受地下介质的各向异性特征影响而产生较大的变化。因此,立足于提高地球电磁探测结果的可靠性和准确性,有必要对各向异性介质中的电磁正演响应与反演方法开展深入研究。本文以地下介质的电性各向异性理论为基础,对各向异性介质中的电性源瞬变电磁法一维正、反演方法进行了理论研究。在正演方面,首先以常规瞬变电磁正演理论为基础,在电磁波阻抗递推过程中引入了各向异性张量,从而推导得出了各向异性介质中的电性源瞬变电磁地面波阻抗频率域表达式。在此基础上,利用Guptasarma算法得到各向异性介质中瞬变电磁场的时间域表达式。在反演方面,以Occam反演理论为基础,在反演的梯度计算、粗糙度矩阵组成等重要步骤中引入了电性各向异性正演理论,从而实现了基于各向异性介质的电性源瞬变电磁数据反演算法。在前述正、反演方法研究的基础上完成了相关程序实现,并开展了大量的理论算例的研究。其中,正演实验结果表明,模型介质中的各向异性会对正演响应产生影响。各向异性介质对瞬变电磁场的影响具体表现为,模型的各向异性程度越高,瞬变电磁场观测数据产生的畸变越严重,从而导致常规反演结果与真实模型参数之间产生较大的偏差。反演方面,以电性各向异性正演为基础的Occam反演取得了良好的反演成像结果。对理论模型的验算表明,基于各向异性理论的瞬变电磁正、反演运算可以确保反演结果的正确性和可靠性。在此基础上,该运算方式还可以对地下介质有更加细致的区分,加深对地下介质的认识。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的背景与意义
•   1.2 研究历史与现状
•     1.2.1 各向同性的瞬变电磁一维正反演
•     1.2.2 各向异性的一维电磁法正演
•     1.2.3 各向异性的一维电磁法反演
•   1.3 本文的主要贡献与创新
•   1.4 本文的结构安排
• 第二章 瞬变电磁的一维有限源响应
•   2.1 电磁理论基础
•     2.1.1 基本电磁理论
•     2.1.2 Schelkunoff势
•     2.1.3 有源区域电磁问题的求解方法
•   2.2 电性源的一维瞬变电磁正演响应
•     2.2.1 互补解与特解
•     2.2.2 水平电偶极源响应
•     2.2.3 长导线源响应
•   2.3 本章小结
• 第三章 各向异性介质地面瞬变电磁的一维正演计算与分析
•   3.1 电性各向异性结构模型
•   3.2 各向异性介质的一维瞬变电磁正演理论
•     3.2.1 各向异性介质中的Schelkunoff势
•     3.2.2 各向异性介质中水平电偶极源响应
•     3.2.3 各向异性介质中长接地导线源响应
•   3.3 各向异性介质中的瞬变电磁一维正演响应数值计算方法
•     3.3.1 频域求解
•     3.3.2 外层积分
•     3.3.3 频时转换
•   3.4 一维瞬变电磁各向异性模型计算
•     3.4.1 正演算法效果与验证
•     3.4.2 各向异性灵敏度讨论
•     3.4.3 地层参数变化时的响应特征
•   3.5 本章小结
• 第四章 各向异性介质地面瞬变电磁的一维反演计算与分析
•   4.1 反演方法概述
•     4.1.1 反演方法分类
•     4.1.2 最优化反演的基本思想
•     4.1.3 最优化反演的简要介绍
•   4.2 Occam反演方法详细解释
•     4.2.1 常规Occam反演
•     4.2.3 各向异性Occam反演说明
•   4.3 反演算法的效果与验证
•     4.3.1 反演算法效果与验证
•     4.3.2 各向异性灵敏度探讨
•     4.3.3 地层参数变化的反演结果
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
•   附录1 含0J的 Hankle积分61点a,s的值及其滤波系数
•   附录2 含0J的 Hankle积分120点a,s的值及其滤波系数
•   附录3 含1J的 Hankle积分47点a,s的值及其滤波系数
•   附录4 含1J的 Hankle积分140点a,s的值及其滤波系数
•   附录5 7阶精度Gauss积分点数、系数和节点
• m值'>  附录6 G-S变换系数K_m值
•   附录7 Guptasarma数值线性滤波系数

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王煜翔

导师: 余刚

关键词: 瞬变电磁法,各向异性,数值计算,一维反演,时域计算

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 电子科技大学

分类号: O441

总页数: 86

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