基于遗传算法的CSAMT最小构造反演

利用遗传算法进行不考虑近场校正的全场资料CSAMT反演研究.遗传算法属于全局最优化方法,具有对初始模型依赖小,不易陷入局部极值的优点,然而,当未知数较多时,多解性仍是该方法的瓶颈.为了减小多层反演的多解性,在反演中引入最小构造约束,针对CSAMT的遗传算法反演问题定义了最小构造目标函数,经过模型试验找到了其具体表达式,并找到了适合CSAMT资料反演的拉格朗日乘子的最佳取值μ=0.5,实现了基于遗传算法的CSAMT最小构造反演.利用H、A、K、Q和HKH、KHA模型对方法进行了数值试验,在无噪和加入10％噪声情况下,反演结果与模型一致;加入20％噪声后,反演仍取得良好结果,与理论模型基本吻合.将该方法用于水平层状地层和横向变化地层的实测资料反演,结果与地质资料吻合.不同的计算实例表明了该方法的有效性.     

基于AMT数据构建地电模型的CSAMT最小收发距估算

在CSAMT的野外工作中,需考虑收发距影响,确保在远区采集数据.然而通过估计大地平均电阻率计算收发距准确度较差,需提出其他方法改进估计合适收发距的准确度.本文提出利用工区的音频大地电磁资料构建1D模型用于计算最小收发距,具体过程为:首先利用AMT数据进行一维反演,反演计算出一个层状地电模型;根据Bostick转换求取达到目的层勘探深度对应的最小频率;在此1D模型基础上进行赤道装置方式的CSAMT正演计算和MT正演计算,通过对比两者视电阻率误差,找出满足远区条件的最小收发距.通过理论数据模拟,展示了此方法的可行性,为CSAMT最小收发距估算提供了一种新思路.     

基于小波变换模极大值法和阈值法的CSAMT静态校正

采用小波分析方法进行CSAMT静态校正时,传统方法对视电阻率数据进行多尺度小波分解后,将所有尺度的细节系数设置为零,然后进行重构获得校正后的视电阻率.这使得在压制静态效应的同时,会损失一部分大构造异常的信息.针对传统小波分析方法在CSAMT静态校正中存在的问题,本文提出了基于小波变换模极大值法和阈值法相结合的静态效应校正方法.先对视电阻率数据进行多尺度小波变换,得到每一尺度上的模极大值,然后计算李氏指数进行静态效应的判断,通过设置合理的阈值,进行静态效应的压制.借助于正演模型和实测数据,验证了本方法的有效性.结果证明,本文提出的方法在压制静态效应的基础上,能够最大限度地保留大构造异常的信息.     

CSAMT的静态效应校正及应用

CSAMT方法在地下近地表存在电性横向不均匀时，在双对数坐标系中视电阻率曲线会出现沿着视电阻率轴平行移动的现象，称之为静态效应.静态效应对深部电性结构处理解释结果影响重大，需对其进行合适的校正.本文介绍了目前通常使用的几种静态校正方法，并且分析了各方法的优缺点.在新疆某地进行的CSAMT铜矿勘探中，应用了曲线平移法进行静态校正，取得了较好的效果.     

任意各向异性介质中三维可控源音频大地电磁正演模拟

在一些地层层理发育的地区,地下介质存在显著的电各向异性,此时基于各向同性模型解释含各向异性效应的可控源音频大地电磁（CSAMT）测深观测数据会导致错误的结果.本文通过引入3×3的对称正定张量表征电导率各向异性,采用非结构四面体网格和矢量有限元方法离散电场满足的矢量Helmholtz方程,并将电磁场源等效为系列电偶极子,实现任意各向异性介质中CSAMT高效数值模拟.本文首先通过层状各向异性模型检验三维有限元算法的精度和有效性,进一步建立三维地电模型研究异常体各向异性和围岩各向异性对CSAMT响应的影响,最后使用视电阻率极性图来识别各向异性电导率主轴方向.数值模拟结果表明,各向异性电导率对CSAMT视电阻率幅值及分布规律都有很大影响,视电阻率极性图能够很好地识别各向异性主轴方向.     

含激电效应的CSAMT一维正演研究

地电体对频率域电磁波激发源的响应为电磁感应和激电效应的综合响应.传统CSAMT法进行数据正反演时认为大地介质电阻率是与频率无关的实数,而实际上因为激电效应,地下可极化体的电阻率是一个与频率相关的复数.为推进二者总体响应研究,并扩展激电法的应用范围,同时提高电磁法勘探的精度,本文基于Dias模型,以复电阻率代替不考虑地电体极化效应的直流电阻率,对CSAMT场源一维层状模型进行了正演模拟,为提取CSAMT信号中所含激电信息提供理论基础.结果表明,考虑激电参数后,视电阻率及相位响应曲线出现明显异常（包括远场、过渡场、近场）;极化前后振幅比值异常峰值、相位差值异常峰值可直观体现激电异常;异常峰值与极化层层厚、埋深以及电阻率变化有连续的对应关系.认为从频率域电磁法信号中提取激电信息有乐观的前景.     

电性双极源频率域全区视电阻率的计算及应用效果研究

研究了一种能够快速、准确、稳定的计算电性双极源频率域全区视电阻率的方法并分析了应用效果.首先研究了均匀半空间上双极源频率域电磁场和大地电阻率的关系,得到电场水平方向分量(E_x)、阻抗(Z_(xy))是大地电阻率单调递增函数的结论,结合二分法的思想,把求取全区视电阻率的过程当作一个用二分法对非线性方程求根的过程,利用二分法对理论模型数据计算了E_x和Z_(xy)定义的全区视电阻率,并与卡尼亚视电阻率进行了对比,结果表明计算得到的全区视电阻率不受过渡带影响,较真实客观的反映了地电断面的电性变化;对理论数据加入随机噪声后,E_x定义的全区视电阻率对干扰的抑制最大,Zxy定义的全区视电阻率及卡尼亚视电阻率对干扰的抑制较弱.对某工区实测CSAMT和AMT数据处理结果表明,全区视电阻率对CSAMT方法的非平面波效应有很好的改善作用,利用CSAMT全区视电阻率探测1 km范围以内的地质构造具有分辨率高、保真度高、不受过渡带和近区场影响的特点,证明CSAMT全区视电阻率方法可进行大深度第二空间找矿勘探的结论.     

CSAMT全区视电阻率转换及其效果分析

本文给出了一种把卡尼亚视电阻率换算为全区电阻率的便利方法.通过二、三层电性断面的模型试算及实测CSAMT资料的计算结果,说明在远区该方法的结果等于卡尼亚视电阻率,在近区和过渡区则明显改善了卡尼亚视电阻率的畸变.该方法能增加CSAMT的勘探深度,更好地反映地电断面的特征.     

复杂介质有限元法2.5维可控源音频大地电磁法数值模拟

利用有限元2.5维可控源音频大地电磁法（简称CSAMT）数值模拟方法,对100Ωm均匀半空间介质中有限长度的电偶极源产生的电场、磁场及视电阻率、相位特征进行了数值模拟,研究了场的空间变化规律. 在一个象限中,场的特征存在双叶现象,当收发距大于4个趋肤深度时,电阻率较接近介质真实的电阻率,这些结果为观测系统和收发距的选择提供了依据. 波数域场的特征表明,低波数对源的贡献占较大的比例. 有限元法2.5维CSAMT数值模拟的优势在于能较准确地获得复杂介质结构的波场特征. 本文结合直立异常体、倾斜异常体及断陷模型对CSAMT电阻率、相位剖面特征及频率曲线特征的可靠性进行了研究. 数值模拟结果直观地给出了异常体的剖面异常形态. 通过对比研究异常体的剖面异常形态和半空间场的特征进一步说明本文方法和软件在模拟复杂介质结构场特征时是可靠的. 这为认识观测数据,指导反演解释提供了较好的依据.     

电磁测深数据地形影响的快速校正

地形起伏会对电磁法的数据产生一定影响,尤其会影响浅部地层电性结果的准确性.本文通过对地形影响基本规律、经典比值校正原理的分析,认为可以用实测标准电阻率替代数值模拟中均匀半空间电阻率,提出一种新的地形影响快速校正方法,即采用小极矩直流电阻率法获得无地形影响的表层电阻率值,作为地形校正的标准电阻率,以此构造一个新的校正公式.分别对CSAMT和TEM仿真和实际测量资料进行地形校正处理,效果较好.说明新的比值校正公式,是一种快速、有效和实用的校正算法.     

CSAMT全区电阻率法数值模拟及应用探讨

常规的可控源电磁法理论在计算视电阻率公式上,多半采用其电磁场的渐近特征,难以直接反映全区视电阻率的值,及直观地显现地下介质的地质构造.文中采用水平偶极子激发的电磁场,提出了电场的全区精确表达式,直接计算出大地电阻率.利用汉克尔数值滤波算法和逆样条插值算法对水平层状电磁场进行正演计算,并与计算的卡尼亚视电阻率的对比和野外试验结果表明：该方法的结果在远区等价卡尼亚电阻率,在近区和过渡带则明显地改善了卡尼亚电阻率的非波场区场畸变,从而能更好地接近基底的真电阻率,更形象地反映了地下介质的垂向电性变化.     

基于二次耦合势的广域电磁法有限体积三维正演计算

与可控源音频大地电磁（CSAMT）相比,广域电磁法通过采用全区视电阻率定义,突破了卡尼亚视电阻率所需的远区条件限制,极大拓展了可控源电磁观测区域和探测深度.考虑到电偶源激发场的三维特征以及地下复杂三维结构,为提高广域电磁数据解释精度,本文实现了基于二次耦合势的广域电磁法三维正演计算.该算法利用Helmholtz定理将麦克斯韦方程转化为库伦规范下的磁矢势和电标势耦合方程,有效改善了离散所得大型线性方程组的谱性质,并通过强加散度条件来消除电场伪解的影响.此外,采用散射场方法,其中一次场使用准解析法求解,二次场使用有限体积法求解,克服了局部激发场源奇异性问题.通过与一维层状模型下电偶源产生的电磁场准解析解对比,验证了本文算法的正确性.在此基础上,利用本文的正演算法对比分析了广域电磁法与CSAMT对典型三维目标体的探测能力,结果表明在相同的观测条件下,广域电磁法能够更准确地反映地下目标体信息,拥有更优的分辨能力.     

Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method1

A fast inversion technique for the interpretation of data from resistivity tomography surveys has been developed for operation on a microcomputer. This technique is based on the smoothness-constrained least-squares method and it produces a two-dimensional subsurface model from the apparent resistivity pseudosection. In the first iteration, a homogeneous earth model is used as the starting model for which the apparent resistivity partial derivative values can be calculated analytically. For subsequent iterations, a quasi-Newton method is used to estimate the partial derivatives which reduces the computer time and memory space required by about eight and twelve times, respectively, compared to the conventional least-squares method. Tests with a variety of computer models and data from field surveys show that this technique is insensitive to random noise and converges rapidly. This technique takes about one minute to invert a single data set on an 80486DX microcomputer.     

三维三分量CSAMT法有限元正演模拟研究初探

首先从麦克斯韦方程出发,用伽里金方法推导了三维三分量CSAMT法的有限元方程.在研究过程中,认识到加入散度条件的必要性,在公式中强加了散度条件,提高了解的完备性.其次将成功应用于二维线源频率域电磁法有限元模拟中的两种技术推广到三维中,一是边界条件统一采用一阶吸收边界,使线源产生的电磁波在边界上按波的传播规律被吸收,以降低平面波假设造成的影响;二是总体系数矩阵的存储,用两个二维数组分别记录总体系数矩阵的非零元素及其在总体结点编号中所处的位置,使总体系数矩阵的存储量达到最小的同时,物理意义明确,迭代求解时迅速简便.最后用均匀半空间模型进行了验证.     

CSAMT单分量数据解释方法

可控源音频大地电磁法(CSAMT)一直沿用大地电磁法(MT)的办法,通过计算电场分量与磁场分量的比值,求取卡尼亚视电阻率.而CSAMT场源已知,电场分量和磁场分量都与地下电阻率存在一定的关系,可以单独采用CSAMT电场分量或者磁场分量提取地下介质的视电阻率.本文通过分析电场分量与磁场分量的数据特性,提出利用CSAMT电场单分量数据进行视电阻率的计算,用改进的广义逆矩阵反演方法,使初始模型中的地电层数等于频道个数,克服了以往反演计算中层数较少的问题;实现全场区电场分量视电阻率曲线的拟合反演.同时对单分量视相位计算方法进行分析,结合山西大同地区积水采空区探测及数据解释结果,论证本文提出的单分量解释方法的有效性.     

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。