航空大地电磁法在辽宁省丹东地区的应用

本文简要介绍了航空大地电磁法原理、测量系统、倾子总散度、总相位旋转参数及二维、三维反演等;利用正演程序,计算了横向电性异常体倾子响应,结果表明倾子资料对横向电性分界面反映明显;最后结合实际地质情况,利用实测倾子及反演电阻率资料,推断解释了区内岩体、控矿构造的分布特征。实际应用表明,航空大地电磁法在探测断裂、岩体等方面具有较好的效果。     

基于遗传算法的地震面波和大地电磁数据一维联合反演算法研究

利用快速标量传递算法进行了一维层状模型的地震面波频散曲线正演计算,得到了基阶频散曲线;利用传统方法对一维层状模型进行了大地电磁正演计算,得到大地电磁的视电阻率曲线数据和相位数据。利用遗传算法对合成数据分别进行了单独反演和联合反演,得到拟合差分布图来分析两种数据的兼容性并研究联合反演的可行性。通过对比单独反演和联合反演的结果,可以看出地震面波频散曲线和大地电磁数据的联合反演结果较之单方法的反演结果要更加精确,收敛速度更快,两种数据的耦合情况较好,同时联合反演能够有效地限制多解性。     

带地形的ZTEM倾子资料三维正反演研究

Z轴倾子电磁法(ZTEM)是一种新型频率域航空天然场源电磁法,该方法采用倾子作为研究参数,可用于起伏地形下的大规模地质勘探。本文在对TEM三维有限差分正演和数据空间OCCAM反演算法研究的基础上,考虑地形起伏的影响,研究了带地形的频率域三维ZTEM正反演算法。首先,对起伏地表下ZTEM正演算法的准确性进行了验证,计算和分析了纯地形的ZTEM三维异常响应特征。其次,通过对山峰和山谷地形下低阻棱柱体合成算例的反演分析,表明带地形的ZTEM数据空间OCCAM反演算法能够获得比较接近真实导电性结构的地电模型,尤其对地下目标体的横向边界具有理想的约束效果。最后,与不带地形的ZTEM反演结果对比,验证了所开发的带地形ZTEM倾子资料反演算法的有效性。     

基于三维有限元的航空大地电磁倾子响应特征

倾子是航空大地电磁数据解释的重要参数,研究倾子响应特征对数据解释具有重要意义。文中介绍了航空大地电磁基本原理与ZTEM航空大地电磁数据采集系统,利用三维有限元方法对简单异常体倾子响应进行了模拟,分析测线与岩性分界面斜交情况下倾子T_x与倾子T_y的响应特征。研究结果表明:当测线与岩性分界面斜交时,倾子T_x与倾子T_y响应皆存在且对岩性分界面有所反映,随测线方向改变,倾子表现出相应规律。本文研究进一步加深了倾子对岩性分界面响应特征的理解,可为倾子资料解释提供参考与依据。     

大地电磁与地震反射波走时数据二维联合反演

由于地球物理反演存在固有的多解性问题,如何减小多解性,提高地球物理方法反演结果的可靠性和准确性是当今地球物理领域研究的热点。为了减小大地电磁与地震反射波走时资料反演的多解性,在Gallardo和Meju研究的交叉梯度理论的基础上,实现大地电磁与地震反射波走时数据的二维联合反演算法;设计理论地电模型和速度模型进行合成数据的单独反演和联合反演试算,并验证大地电磁和地震反射波走时数据二维联合反演算法的正确性和有效性。反演结果表明,利用交叉梯度方法耦合大地电磁电阻率参数和地震波速度参数能使联合反演过程中的这两个模型在更新的时候相互约束,联合反演结果比单一反演结果更接近真实模型,从而使反演结果更可靠,减少了反演解的多解性。     

AMT数据地形畸变影响与带地形反演效果研究

在山区进行音频大地电磁测深(AMT)时,电磁场易受地形起伏影响发生畸变。为研究起伏地形对AMT数据的影响,采用WinGlink软件基于有限差分算法的正演模块,建立二维起伏地形和平地地电模型,并对比分析了两个理论模型的正演响应。结果表明:TE模式的视电阻率曲线在高频段受干扰程度相对较大,在低频段影响减小甚至消失;TM模式的视电阻曲线变化正好相反;二者相位受地形影响则较小。对含异常体的带地形地电模型进行正演计算,在正演响应中加入2.5%的随机误差模拟实测数据,利用WinGlink软件基于非线性共轭梯度(NLCG)算法的反演模块,分别进行带地形和不带地形的TE、TM和TE+TM模式的二维反演。各反演结果的对比表明,带地形的二维反演结果明显优于不带地形的反演结果,能够较好地反映出异常体的位置、形态及电阻率值。依据得到的认识,对青海祁连隧道工程的AMT实测数据进行带地形二维反演,取得了理想的应用效果。     

ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

基于COMSOL的起伏地形三维大地电磁数值模拟北大核心CSCD

COMSOL是一个多物理场仿真软件,笔者尝试将其应用于大地电磁法的数值模拟,研究起伏地形对大地电磁响应的影响及解决方案。本文由麦克斯韦方程组出发,施加第一类边界条件,将地形起伏数字化为参数化曲面,导入COMSOL进行计算。在对COMSOL的精度进行了验证的基础上,分析不同频点所需内存以及自由度,然后选择合适的频点进行研究。将三维起伏地形的模拟结果与无地形起伏时的结果进行对比,总结出山谷、山峰地形对三维大地电磁响应的影响,发现在XY模式下,地形对视电阻率的影响大于相位,在视电阻率等值线图中能够清晰地看出起伏地形的轮廓,而在YX模式下,地形对相位的影响大于对视电阻率的影响。最后,利用“比值法”进行地形校正,校正前由于起伏地形影响,在异常体附近会出现部分视电阻率数值跳跃现象,通过校正有效抑制了起伏地形对异常体附近视电阻率的影响,校正后的视电阻率曲线整体上移,并且异常体周围的视电阻率值也趋于背景场值,获得了较好的效果。     

时移可控源音频大地电磁法三维反演研究

时移地球物理监测是观测地下物性参数随时间动态变化的有效方法。地球物理反演结果会受到测量误差、测量环境的噪声污染以及地球物理反演多解性等系统性因素的影响。如果对时移地球物理数据进行不同时刻数据的单独反演,可能会导致不同时刻的反演结果可对比性差,从而影响时移地球物理的监测效果。针对可控源音频大地电磁法在监测领域的实际需求,将不同时刻的观测数据放在一起反演,不同时刻的电阻率模型相互约束,实现了时移可控源音频大地电磁法三维反演。设计三种类型模型进行合成数据的单独反演和时移反演对比试算,验证了时移反演算法的有效性。反演结果表明：通过加入相邻时刻模型约束,时移反演可以更好地聚焦异常体的位置,降低噪声以及测量环境变化对反演结果的影响,防止反演伪影掩盖真实的地下变化。研究成果为时移可控源音频大地电磁法的实际应用奠定了良好基础。     

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。     

二维局部异常体与起伏地形复杂电磁场的畸变矩阵性质研究

在大地电磁(MT/AMT)中,当浅地表存在小尺度的局部异常体时,在其附近的测点会产生电磁场畸变,导致观测阻抗和区域阻抗之间产生较大的偏差,进而给反演带来困难。阻抗张量分解可以用来减小局部异常体所导致的畸变影响,进而获得更为符合实际情况的区域构造信息,因此对局部异常体和起伏地形所造成的畸变规律的研究,对大地电磁数据处理具有非常重要的意义。这里利用基于非结构化网格的大地电磁正演程序进行正演模拟计算,设计了一个二层介质模型,将其计算结果作为区域电磁场响应信息,同时将存在局部异常体和地形起伏时的计算结果作为观测数据,进而求解电磁场畸变矩阵。通过设置具有电性参数差异的局部异常体以及起伏地形模型,研究其对电磁场所导致的畸变影响。研究结果表明,对于类似模型在研究的频率范围内,具有电阻率差异的局部异常体和地形起伏将会导致电场数据产生较严重的畸变,而磁场在该频段几乎不受畸变影响;在高频段电场畸变矩阵不能简单地认为是实数,其虚部数值较大,畸变矩阵性质更为复杂,且与频率相关。     

由瞬变电磁测深数据快速估算大地电阻率的一种方法

我们已经研究出一种自动反演方法,它将地面上观测到的随时间变化的瞬变电磁测深数据转换成随深度变化的电阻率。这种方法是基于地面上测到的响应等效于发射线圈的镜象产生的磁场,然后由这个镜象的垂直扩散速度来估算待求的电阻率。测深数据必须由阶跃响应组成,这种响应是发射电流为理想阶跃函数所激发的磁场。我们首先由这个数据估算阶跃响应,然后来解释斜坡响应数据,这个数据是发射电流末端呈线性斜坡的阶跃函数所激发的电压。中心或线圈中的响应仅能用于估算线圈下方的电阻率剖面。此外,在线圈内外测得的响应也可使用。随深度连续变化的电阻率剖面可由对沿剖面的镜象解取平均来获得。这种算法还提供了电阻率的相关置信度,并指明电阻率沿深度剖面的横向变化。使用这种算法能很快地解释层状大地(一维)响应,并且当这些响应被随机噪声和地质噪声(三维影响)干扰时,可获得有用信息。我们相信,这种方法不久将成为解释瞬变电磁法数据的通用方法     

起伏地形下复电阻率法25维反演研究

复电阻率法以岩、矿石的频谱参数特性为勘探依据,多种参数的组合解释能为评价异常源的性质提供更为丰富的信息。但其反演问题一直没有得到较好地解决,已经严重地影响和制约了该方法的应用和发展。本文由频率域电磁场的偏微分方程出发,结合Cole-Cole数学模型进行公式推导,并利用有限单元法实现了复电阻率2.5维正演模拟,能够计算起伏地形条件下包含电磁效应的复电阻率响应。在此基础上,提出了利用多个排列的视电阻率和视相位数据的复电阻率反演方法,并在反演方程中加入了Occam法的光滑模型约束,能够对复电阻率参数直接进行大规模的全区反演,有效减弱了SIP反演中欠定性严重的问题。通过理论模型的反演算例表明,该方法能够快速、准确地反演出二维地质断面上所有单元的4种复电阻率参数,从而验证了该反演算法的正确性与稳定性。     

二连盆地宽频大地电磁法数据精细反演处理研究——以满都拉图地区的数据为例

基于二连盆地满都拉图地区的宽频大地电磁(BMT)数据,开展了精细反演处理研究,旨在提高数据的反演精度与效果,为其他地区BMT数据的精细反演处理提供示范与借鉴。通过研究区BMT数据精细反演处理研究,选择OCCAM反演方法与TM+TE数据模式,反演参数选择背景模型为二维移动平均电阻率模型、正则因子为0.4、第一层厚度为40 m时,有效提升了数据的反演准确度,为后续资料的精细解释奠定了基础。研究结果表明：利用已知钻孔或地震资料等先验信息,首先开展有针对性的反演方法、反演数据模式以及反演参数等适用性试验研究,是确保资料减少多解性、获得可靠反演精度与效果的关键。     

斑岩铜金矿床地地球物理的数据的反演：米利根山的一个研究案例

在本文中,我们反演了米利根山斑岩铜金矿床的磁测、直流电阻率、激发极化（ＩＰ）和航空电磁数据,并将反演结果与已有的地质和矿化资料作综合解释。反演的区域内有一个侵入岩株,称之为ＭＢＸ岩体,区域周围遍布矿化带。在地模型被离散为许多单元,每个单元的物性恒定,构建与相应数据充分拟合的模型目标函数,通过使目标函数最小救是磁化率、电导率和极化率的分布。直接反演地面总场数据求取３－Ｄ磁化率模型。反演ＤＣ／ＩＰ数据     

多辐射场源地空瞬变电磁一维反演方法研究

地空瞬变电磁法融合了地面与航空瞬变电磁的方法原理与观测模式,将发射源置于地表,并利用航空器在空中接收响应信号。因此,地空瞬变电磁法同时具有地面装置大测深、高信噪的优势以及航空装置中采集高效的优势。先有研究偏重于单一辐射源,忽略了多辐射场源在勘探深度与信噪比上的优势。因此需要研究适用于多辐射场源地空装置的数据解释方法。在解决多辐射场源地空瞬变电磁正演问题之后,以Occam反演理论为基础,对多辐射场源地空瞬变电磁一维反演进行研究。首先要构建目标函数,本文通过引入拉格朗日乘子,将数据拟合差及模型粗糙度组合起来进而构建目标函数;其次解决灵敏度矩阵的构建问题。模型计算结果表明本文多辐射场源地空瞬变电磁法一维反演算法的有效性,可为三维反演与精细解释提供良好的基础。通过对典型模型的反演计算,从其理论模型及反演结果的对比可以看出,Occam反演方法可以应用到多辐射场源地空瞬变电磁系统中,为多辐射场源地空瞬变电磁解释增加了新途径。     

时间域航空电磁数据加权横向约束反演

传统的单点一维反演技术处理时间域航空电磁数据得到的电阻率和层厚度容易呈现横向不连续性,导致层界面不光滑。即使相邻测点的反演结果也会出现突变现象,与实际地质情况不符,给解释工作带来困难。笔者针对时间域航空电磁数据空间采样密集、在沉积岩地区工作时地下电性结构横向连续性较好的特点,研究了时间域航空电磁数据参数加权横向约束反演方法。反演时同时考虑数据拟合、相邻测点电阻率和层厚度横向约束以及深度横向约束,利用参数加权来调整对各层模型参数和深度横向光滑度的约束强度。通过对理论和实测数据反演并与传统的单点一维反演结果进行对比,验证了拟二维横向加权约束反演是处理时间域航空电磁数据的有效方法。横向约束反演结果电阻率和层厚度横向光滑连续,层界面清晰。引入参数加权实现对不同参数横向光滑度和连续性的制约,可进一步提高反演解的稳定性。加权因子对反演结果有较大影响,在实际应用中,应该综合考虑地质资料选择合适的加权因子。     

时间域航空电磁电阻率和磁导率全时反演

为了减小时间域航空电磁法在强磁性地区应用时产生的磁极化电流对反演的影响,提出了一种在雅可比矩阵中加入磁导率偏导数,将电阻率、磁导率和层厚进行全时同步反演的方法。将磁性均匀半空间模型、单个磁性模型和多个磁性层模型的时间域响应添加高斯噪声作为模拟数据进行全时反演,得到的模型与理论模型拟合较好,拟合误差均在3%以下,验证了本文算法的有效性,说明在强磁性地区本文提出的算法能有效解决地下介质的电性分布。     

基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演

为了减小地球物理反演的多解性,通常采用累加型目标函数,即数据拟合差项加上正则化项。基于累加型目标函数的反演存在如何优选正则化因子的问题,这个过程通常需要做大量的反演计算。本研究系统分析和实现了基于乘积型目标函数(数据拟合差项和正则化项相乘)的电阻率法三维反演,乘积型目标函数的反演不存在优选正则化因子的问题。三维正演采用非结构化有限单元法,三维反演采用有限内存拟牛顿方法。使用理论模型合成数据进行了三维反演,检验了基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演的可行性与有效性。反演算例结果表明：基于乘积型目标函数的反演方法能够可靠恢复异常体的电阻率值、形态和位置。     

频域航空电磁法地形影响及校正研究

为研究起伏地形对航空电磁响应的影响,利用二维频域交错网格有限差分方法( FDFD) 计算模型中电磁场分布情况,并且用不完全乔里斯基预处理的双共轭梯度法求解大型稀疏复线性代数方程组。设计山脊和山谷两种起伏地形,同时改变坡度大小,比较不同坡度对电磁响应的影响程度。在此基础之上,提出线性校正方法,该方法具有简单快速的优点,弥补了耗时巨大的带地形的反演方法的不足。任意地形下的地形校正后的结果表明,该方法可以准确指示地下异常的存在。