可控源音频大地电磁法电阻率和磁导率双参数模型三维正反演研究

论文摘要

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是基于大地电磁法(MT)和音频大地电磁法(AMT)的一种电磁法勘探方法,历经几十年的发展,方法从最初的定性分析到较精准的定量解释,而正反演算法的开发对方法的发展有着重大的作用,在实际生产中,不仅电阻率参数对观测数据有较强的影响,局部地区磁导率参数对观测数据的影响也不可忽略,为了保证定量解释的结果更加精确可靠,需要开发相应的正反演算法。本文主要的研究内容是在可控源音频大地电磁法中引入磁导率参数,正演过程中电磁场满足的方程不忽略磁导率参数的影响,选用三维交错网格有限差分法作为正演算子,采用总场分离方法计算二次场,选取两种接收点场值的插值方法,对比两种插值方法的优缺点,选择更适用于实际情况的体积加权计算方法,分别设计一维、二维、三维模型对正演算法精度进行检验,设计模型探究磁导率参数的响应规律及对观测数据的影响,由此得到在部分区域磁导率参数的影响不可忽略的结论。在实现电阻率和磁导率双参数模型正演算法的基础上,进一步实现电阻率和磁导率双参数模型的反演算法。采用有限内存拟牛顿法(LBFGS)作为反演研究手段,反演研究重点为目标函数梯度的计算和不同物性参数灵敏度差异的处理。目标函数梯度采用多元函数求导的法则进行计算,本文先实现了两种物性参数的同步反演,并提出双参数模型正演响应相互抵消时反演存在的问题,进而引入基于交叉梯度约束的两种物性参数同步反演,来实现两种物性参数反演的算法;对于不同参数灵敏度差异的问题,采用基于合作式反演的策略进行处理,即先完成两种物性参数的同步反演,将灵敏度较高的物性参数的同步反演结果作为初始模型,进行引入交叉梯度约束的同步反演,得到最终的双参数反演结果,并通过设计不同模型来检验反演算法的可靠性。两种物性参数理论试算证明,忽略磁导率参数进行单电阻率参数反演,反演结果中会出现额外的虚假异常,由此说明进行两种物性参数反演的必要性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 引言
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容
• 2 CSAMT电阻率和磁导率双参数模型三维正演
•   2.1 双参数模型三维正演
•     2.1.1 电磁场基本方程
•     2.1.2 积分形式麦克斯韦方程组的离散
• x建立离散方程'>      2.1.2.1 依据E_x建立离散方程
• y建立离散方程'>      2.1.2.2 依据E_y建立离散方程
• z建立离散方程'>      2.1.2.3 依据E_z建立离散方程
•     2.1.3 边界条件及方程组的求解
•     2.1.4 正演散度校正
•     2.1.5 接收点二次场的计算
•       2.1.5.1 任意接收点二次场的计算
•       2.1.5.2 网格中心处二次场计算
•   2.2 正演算法精度检验
•   2.3 磁导率参数影响研究
•   2.4 模型计算与响应特征分析
•     2.4.1 标量源
•     2.4.2 张量源
•   2.5 本章小结
• 3 CSAMT电阻率和磁导率双参数模型三维反演
•   3.1 双参数模型反演理论
•     3.1.1 目标函数
•     3.1.2 模型协方差矩阵
•     3.1.3 目标函数的梯度
•     3.1.4 拟正演散度校正
•   3.2 有限内存拟牛顿法
•   3.3 理论模型合成数据反演算例和结果分析
•     3.3.1 高阻高磁化模型
•     3.3.2 低阻高磁化模型
•   3.4 本章小结
• 4 基于交叉梯度约束的CSAMT电阻率和磁导率双参数模型三维反演
•   4.1 基于交叉梯度约束的反演理论
•     4.1.1 交叉梯度函数
•     4.1.2 改进的目标函数及梯度
•     4.1.3 反演流程
•   4.2 理论模型合成数据反演算例
•     4.2.1 低阻高磁化模型
•     4.2.2 高低阻组合模型
•     4.2.3 复杂模型
•   4.3 本章小结
• 5 结论与建议
•   5.1 结论
•   5.2 建议
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴奎锋

导师: 谭捍东

关键词: 可控源音频大地电磁法,三维电阻率和磁导率模型,交错网格有限差分法,交叉梯度,有限内存拟牛顿法

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P631.325

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000915

总页数: 91

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