可控源音频大地电磁二维约束反演研究与应用

论文摘要

可控源音频大地电磁法(CSAMT)具有抗干扰能力强、勘探深度大、分辨能力高的特点,其广泛应用于地热资源的寻找、地下水资源的勘察等方面。但是CSAMT依然存在着一些亟待解决的问题,比如在一些强干扰地区电磁场不太稳定,从而导致实测数据重合度低、质量较差,进而会得出与实际地电结构偏差较大的反演解释结果;对于复杂地形条件下的数据处理解释方法还尚未成熟,缺乏精确地反演解释软件;这些问题的存在就需要我们对CSAMT的实测数据进行有效精确的处理,对各种反演方法做进一步的深化提高。因此本文提出了地电约束反演的方法,旨在解决常规反演方法存在的多解性、非唯一性问题。本文首先简述了大地电磁场的基本方程进,而研究了均匀半空间的大地电磁场,以便于进一步探究复杂条件下的大地电磁响应。为了能够使电磁场理论研究最大限度的与实际的地质结构下的电磁相应特征吻合,在均匀半空间的基础上开展了二维模型大地电磁场的研究,同时阐述了CSAMT的基本原理,简述了视电阻率ρ与电场水平分量、磁场垂直分量之间的关系。在此基础上利用CSAMT二维有限单元正演算法,通过在均匀半空间中建立异常体模型分析了TM、TE两种极化模式异常体的响应特征,验证了算法的准确性。其次,介绍了CSAMT二维正则化OCCAM反演,在此基础上通过对目标函数中的模型粗糙度矩阵进行修改,加入模型约束项推导出修改后目标函数的迭代格式,进而得出了地电参数作为先验信息的约束反演算法,引入了BOSTICK反演理论,旨在构造以一维BOSTICK反演结果作为初始模型的约束反演理论。建立了单低阻体、双低阻体、断层、地堑、地垒五种地电模型分别进行OCCAM反演、BOSTICK反演作为初始模型的约束反演、局部约束反演、全区约束反演,得出了全区地电约束反演准确度优于局部约束反演,局部约束反演准确度优于以BOSTICK反演作为初始模型的约束反演,而以BOSTICK反演作为初始模型的约束反演能够更好地界定异常体与围岩间的界限或者地质构造的界限,可对常规OCCAM反演起到优化的作用的结论。最后,通过在矿区开展CSAMT野外测量工作,对采集的数据预处理后进行OCCAM反演、以一维BOSTICK反演结果作为初始模型的约束反演、地电约束反演,对比分析三种反演结果可知:常规OCCAM反演以及BOSTICK约束反演能够反映出规模较大的异常体,但是对于规模较小的异常体的分辨能力不足,而地电约束反演在加入了先验信息的条件下能够明显的提高对异常体的分辨率;相比常规OCCAM反演而言BOSTICK约束反演以及地电约束反演对于具有电性差异的地层分辨率更高;地电约束反演得到的视电阻率值更接近真实值,BOSTICK约束反演次之,常规OCCAM反演所得视电阻率与真实值偏差较大。通过实例验证了约束反演方法的有效性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景与研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容
• 第二章 CSAMT理论基础
•   2.1 电磁场基本理论
•     2.1.1 电磁场的基本方程
•     2.1.2 均匀半空间的大地电磁场
•     2.1.3 二维模型的大地电磁场
•   2.2 CSAMT的基本原理
•     2.2.1 CSAMT的工作方法
•     2.2.2 CSAMT的测量方式
•   2.3 本章小结
• 第三章 CSAMT二维有限单元法数值模拟
•   3.1 有限单元法的基本方程
•   3.2 有限单元方法分析
•   3.3 模型验证
•     3.3.1 单低阻异常体正演
•     3.3.2 单高阻异常体正演
•     3.3.3 高低阻组合异常体正演
•   3.4 本章小结
• 第四章 CSAMT约束反演方法分析
•   4.1 CSAMT二维正则化OCCAM反演原理
•   4.2 地电约束反演方法分析
•     4.2.1 约束反演原理
•     4.2.2 BOSTICK反演作为初始模型的约束反演
•   4.3 二维正则化OCCAM反演与地电约束反演对比分析
•     4.3.1 单低阻模型
•     4.3.2 水平双低阻模型
•     4.3.3 断层模型
•     4.3.4 地堑模型
•     4.3.5 地垒模型
•   4.4 本章小结
• 第五章 地电约束反演的应用效果分析
•   5.1 矿区概况
•     5.1.1 矿区的地层出露概况
•     5.1.2 矿区的地质构造
•     5.1.3 矿区的电性特征
•   5.2 野外数据采集与处理
•     5.2.1 工作方法
•     5.2.2 资料处理
•   5.3 应用效果分析
•     5.3.1 OCCAM反演结果分析
•     5.3.2 BOSTICK约束的反演结果分析
•     5.3.3 地电约束反演结果分析
•     5.3.4 三种方法反演结果对比分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
•   6.1 结论
•   6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文题目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 岳鹏

导师: 余传涛

关键词: 可控源音频大地电磁,数值模拟,反演,约束反演

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 太原理工大学

基金: 阳煤集团科研项目《复杂条件下煤矿采空区(积水区)电磁响应及数据联合约束反演研究》(GY18026)

分类号: P631.325

总页数: 98

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