长偏移距瞬变电磁测深甚晚期响应及视电阻率的数值计算

文中讨论了提高长偏移距瞬变电磁测深甚晚期响应计算精度及相应的全区视电阻率的计算方法。在频率域 ,利用直接数值积分结合连分式展开提高低频段响应的计算精度 ,从而提高时间域甚晚期响应的计算精度。同时 ,利用连分式渐进展开 ,将均匀半空间电阻率表示为该模型长偏移距瞬变电磁测深响应的反函数 ,利用迭代方法求出适合全时间段的全区视电阻率。数值结果表明 ,文中的方法可有效地提高长偏移距瞬变电磁测深 (甚 )晚期数据的模拟与解释精度     

电偶源频率电磁测深激发极化效应研究

本文研究含激电效应(IP)电偶源频率电磁测深问题.首先,通过对电偶源频率电磁测深电磁场分量分辨率的分析,提出利用电场Ex分量提取IP信息的合理性;然后,给出了同时存在激电和电磁效应时的理论计算公式和算法,对一些典型地电断面进行理论计算并对计算结果进行分析;最后,提出提取IP信息的几种可能方案.这些工作不仅为野外实测资料...     

非零长线源与偶极源的电磁响应比较分析

电磁测深方法中经常采用长线源进行激励,并用偶极源进行近似解释.要将长线源近似成偶极源必须满足一定的几何条件.本文通过对长线源与偶极源的电磁响应进行推导计算,并分类进行比较分析,得知在长线源几何尺寸相对于长线源到观测点的距离可以比拟时,长线源激励的电磁响应在早、中期与偶极源有较大的偏差,在晚期逐步趋于一致.因此,建议在采用非零长线源进行电磁测深的数据处理中,先进行电磁响应数据的相关修正处理.     

体积分方程法模拟电偶源三维电磁响应

利用体积分方程法模拟电偶源激发时均匀导电半空间频率域三维电磁响应.讨论了张量格林函数的计算，对于需要计算三重积分的张量格林函数电荷项一次部分，应用一种差分近似的方法求解，这种方法在保证计算精度的同时更加便于计算机实现；采用二次剖分的算法解决了计算张量格林函数时的奇异值问题；计算含有贝塞尔函数的积分项时，利用一种结合连分式展开的高斯求积代替常规的快速汉克尔变换方法，在确保正确计算的同时提高了计算精度.     

井中垂直双极源体积分方程法三维模拟研究

类比水平方向电偶极源和垂直方向磁偶极源电磁场求解的原理,又利用偶极沿电流方向积分是双极原理,推导出地下均匀半空间中垂直双极源电场和磁场解析计算公式.采用体积分方程法对井中垂直双极源电磁响应进行了三维模拟.它对提高井中垂直双极源圈定储层范围的精度有着非常重要的意义,同时也为井中垂直双极源三维反演问题奠定了基础.     

逆Laplace变换新算法及其在时间域电磁响应计算中的应用

时间域电磁响应的正演计算多是由频率域响应经逆Laplace变换而得到.逆Laplace变换的计算精度和效率是时间域电磁响应计算中方法选择的重要指标.论文分析了几种逆Laplace变换的算法机制,并优选出Talbot算法计算了水平电偶源层状模型的时间域电磁响应.逆Laplace变换常用的算法有折线法、数字滤波算法和Gaver-Stehfest算法(简称G-S算法).折线法需要精细地确定分割步长以提高精度,数字滤波算法系数很多,适应频率范围受计算问题所限,而G-S算法受计算机字长和问题对象的影响大.本文在64位计算平台中计算比较了G-S算法、Euler算法和Talbot算法的节点数对于精度的影响,发现Talbot算法受节点数影响小,计算精度高,适应频率范围宽.最后利用21点Talbot算法计算了水平电偶源轴向偶极装置均匀大地模型径向电场的阶跃响应和冲激响应,计算精度及响应时间范围均优于G-S算法.计算了水平电偶源赤道偶极装置均匀大地模型垂直磁场的阶跃响应和冲激响应,冲激响应峰值时刻对于电阻率的变化响应灵敏,与轴向偶极径向电场响应能力相当,但垂直磁场随收发距增大,衰减较快.根据层状模型阶跃响应晚期渐近值计算的视电阻率,水平电偶源轴向偶极径向电场有能力发现大埋深高阻或低阻薄层,收发距应大于中间目标层埋深的5~6倍方可完整探测,类似的,采用水平电偶源赤道偶极装置测量垂直磁场也能达到与之相当的探测能力.计算结果证实了21点Talbot算法适应不同地电模型、不同观测方式的时间域电磁响应计算.     

快速汉克尔变换及其在正演计算中的应用

在地球物理电(磁)法正演计算中常涉及贝塞尔函数积分,快速汉克尔数字滤波是最常用的计算方法之一.然而不同的汉克尔滤波系数,计算结果的精度也有所差异.本文对比了五组高精度快速汉克尔长滤波系数的计算精度,分析了不同核函数对计算精度的影响;同时将五种滤波系数应用于电阻率测深法、频域电磁测深法、瞬变电磁测深法的正演计算中,比较了不同滤波系数对响应和视电阻率模拟时精度的变化关系.经过大量的模型计算表明:滤波的精度并不单纯的只与滤波系数个数有关,而是多种因素综合作用的结果.本文的研究对于电(磁)法正演计算汉克尔滤波系数的选择具有指导作用,有利于节省计算机资源,提高计算效率.     

电偶源频率电磁测深二维阻抗视电阻率计算的源效应校正法

研讨了频率域电磁法中不同源装置的大地电磁测深、线源频率电磁测深和偶极源频率电磁测深阻抗视电阻率的源效应影响特征。在唯象分析的基础上，提出了几种电磁测深法阻抗视电阻率的相互换算法──源效应校正法（大地电磁测深二维ＴＥ极化视电阻率和其它两种电磁法的赤道装置二维阻抗视电阻车）。模型试验表明，利用这一源效应校正法可以由大地电磁二维视电阻率近似地计算出线源频率电磁二维阻抗视电阻率。这一方法被尝试应用于由线源频率电磁二维阻抗视电阻率估算偶极源频率电磁二维阻抗视电阻率。     

电偶源频率电磁测深视电阻率多参量联合反演效果检验

通过大量的数值模拟试验，对电偶源频率电磁测深（FEMS）视电阻率多参量联合反演的效果进行了检验和对比。结果表明，多参量联合反演具有较快的收敛速度和较高的拟合精度。     

二维水平电偶极变频测深阻抗视电阻率的有限元正演计算

在二维地电断面情况下,电偶源变频测深阻抗视电阻率的有限元计算,存在着两个困难:一个是对源的处理;另一个是边界条件的确定。本文提出了解决这两个问题的方法,构成了含源波动方程的边值问题,用有限元法求出了相应的电磁场分量,从而计算出二维地电断面的阻抗视电阻率。对各种地电断面计算的结果表明,计算方法是正确的,可对实际地电断面进行有限元模拟,求得其电磁响应。     

有限元直接迭代算法及其在线源频率域电磁响应计算中的应用

采用有限元直接迭代算法实现了线源频率域测深电磁响应的二维正演计算. 首先给出了线源正演问题的有限元直接迭代格式,然后由迭代法进行求解. 在处理奇异源问题上,采用向内递推的组合网格技巧,在源点附近可进行局部加密,并实现粗细网格的对接,从而较好地解决了奇异源附近的计算问题. 还提出一种迭代求取全区视电阻率的方法,避免了远近区的划分. 通过对均匀半空间、层状介质和二维模型电磁响应的计算,获得了与大地电磁测深相似的视电阻率曲线,验证了算法的正确性;通过对计算结果的分析,在理论上说明了线源频率域近区测深的可行性.     

三维地形频率域人工源电磁场的边界元模拟方法

提出了一种用边界元法计算频率域人工源三维地形电磁场的数值模拟方法.首先用矢量积分理论和电磁场边界条件，将上半空间（空气）和下半空间（地下介质）两个区域电磁场边值问题变为仅对地形界面的两个矢量面积分方程.然后将对地形界面的积分剖分为一系列的三角单元积分.在三角单元积分中，假设单元中电磁场为无限大气空间电磁场与地形影响的叠加,并假设地形影响为常项,这样既保证了计算精度又使得计算方法简便.通过分解和计算，每一个矢量面积分方程分解为对应三个坐标方向的三个常量线性方程，这些线性方程组成了对角占优的线性方程组，可用SSOR方法求解.文中给出了垂直磁偶源的垂直磁场地形影响的例子.     

多道瞬变电磁法共中心点道集数据联合反演

多道瞬变电磁法是目前地面资源勘查领域的研究热点,开展该方法观测数据的一维反演对完成装备研发及技术推广具有积极的推动作用.针对多道瞬变电磁法特殊的源波形和数据采集方式,本文对多道瞬变电磁数据的响应提取和一维反演进行了研究.首先,采用反卷积方法从伪随机二进制序列全波形响应数据中提取大地脉冲响应.为了避免脉冲响应中空气波的干扰,提出采用反向积分算法,把脉冲响应转换成下降沿阶跃响应,并将其整理成共中点道集.最后,为充分利用各个偏移距下的响应数据对不同深度范围目标体的分辨能力,采用基于OCCAM算法的联合反演方法对共中心点道集数据进行联合反演.结果表明在不同目标体深度以及有噪声干扰的情况下,共中心点道集数据联合反演计算均可获得较好的结果.     

回线源瞬变电磁成像的理论分析及数值计算

进一步提高瞬变电磁法对地探测的解释精度,提出了回线源瞬变电磁成像原理及数值计算方法. 讨论了频率域中水平层状介质中瞬变电磁响应,得到一个以波阻抗为积分核的双重积分式;然后对水平层介质下电磁场的解进行上、下行波分离,得到含有以反射系数序列为未知的线性方程组,并给出了求取波阻抗和反射系数的数值解法：对实测磁场值进行域的变换,以均匀半空间下的等效波阻抗代替积分核函数,经过线性数字滤波后,在频率域求出等效波阻抗;把频率域中的波阻抗转换到时间域,以此为参数,构建方程组,在时间域用线性规划法求出反射系数序列. 最终以反射系数为参数进行成像. 对理论模型的数值计算结果表明,用本文提出的成像方法可以增强瞬变电磁法识别地下电性分界面的能力.     

编码电磁测深

利用逆重复M序列伪随机信号良好的自相关特性,提出相关检测地电传输特性的编码电磁勘探法.分析了编码电磁测深原理及参数提取方法.同时记录发送电流信号和多收发距电磁场响应,对源信号和场信号进行相关运算,解卷积分离接收系统响应后可得到大地的频率特性或时间特性,以此实现地电断面的精细探测.在时间域,大地冲激响应和阶跃响应含有丰富的地电信息.通过冲激响应的峰值时间或阶跃响应的晚期渐近值可估计地电阻率分布.基于层状模型的大地冲激响应和阶跃响应正演计算结果表明,编码电磁测深法对大埋深薄层目标体有精细的分辨能力.可应用于能源、矿产资源、水资源、环境地质及工程地质勘察,有良好的应用前景.     

Time domain electromagnetic‐induced polarisation: extracting more induced polarisation information from grounded source time domain electromagnetic data

Electrical induced polarisation surveys are used to detect chargeable materials in the earth. For interpretation of time domain electrical‐induced polarisation data a common procedure is to first invert the direct current data (electric current on time) to recover conductivity and then invert the induced polarisation data (current off‐time) to recover chargeability. This direct current‐induced polarisation inversion procedure assumes that the off time data are free of secondary electromagnetic induction effects. To comply with this, early time data are often discarded or not recorded. For mid‐time data, an electromagnetic decoupling technique, which removes electromagnetic induction in the observations, needs to be implemented. Usually, responses from a half‐space or a layered earth are subtracted. Recent capability in three‐dimensional time domain electromagnetic forward modelling and inversion allows to revisit these procedures. In a Time domain electromagnetic‐induced polarisation survey, a high sampling rate allows early time channels of the electromagnetic data to be recorded. The recovery of chargeability then follows a three‐step workflow: (i) invert early time channel time domain electromagnetic data to recover the three‐dimensional conductivity; (ii) use that conductivity to compute the time domain electromagnetic response at later time channels and subtract this fundamental response from the observations to extract the induced polarisation responses, and (iii) invert the induced polarisation responses to recover a three‐dimensional chargeability. This workflow effectively removes electromagnetic induction effects in the observations and produces better chargeability and conductivity models compared with conventional approaches. In a synthetic example involving a gradient array, we show that the conductivity structure obtained from the early time channel data, which are usually discarded, is superior to that obtained from the steady state direct current voltages. This adds a further reason to collect these electromagnetic data.     

瞬变电磁法的探测深度问题

用解析分析、时域有限差分、时-频分析的方法,以地面中心回线装置和阶跃脉冲激励源为例,分析讨论了瞬变电磁测深法的勘探深度问题,以便为野外勘探工作设计提供依据,达到预期的探测目的.解析计算证实了瞬变场在地下以有限速度传播,数值模拟表示出了准静态条件下瞬变场的反射.研究结果表明,由于时间域电磁场遵循因果律,瞬变电磁法的探测深度主要由观测时间决定. 瞬变电磁场的初始传播速度与大地电阻率无关,继后在大地色散作用下,阶跃脉冲前沿逐渐变得平缓,各频率分量的传播速度与电阻率有关,在低阻地层中探测同样的深度需要较长的观测时间. 最大探测深度是在给定时间内电磁波往返地下某一深度的单程距离,最小探测深度受仪器性能的限制,但是埋藏较浅的异常体也有可能在晚时段被观测到.从时-频密度谱中可得到瞬变电磁场信号时间与频率的关系.     

基于谱元法的频率域三维海洋可控源电磁正演模拟

高精度、快速有效的正演模拟算法是三维电磁正反演的前提.为了提高海洋电磁三维数值模拟的精度和效率,本文提出利用基于Gauss-Lobatto-Chebyshev（GLC）基函数的谱元法进行海洋可控源三维电磁正演模拟.谱元法结合有限元法和谱方法的优点.我们通过应用伽辽金加权残差法离散二次电场矢量亥姆赫兹方程,在单元内选择混合阶GLC多项式的张量积作为高阶矢量插值基函数,在求解大型稀疏线性方程组时利用直接求解器进行快速求解,从而实现了三维海洋可控源电磁快速高精度正演模拟.一维和三维模型正演结果验证了本文算法的有效性和准确性.典型模型的数值结果表明谱元法是一种有效的三维海洋可控源电磁正演数值方法,能在稀疏网格剖分情况下获得精确的海洋电磁正演模拟响应.