基于Julia加速的射频大地电磁法正演模拟与位移电流作用研究

射频大地电磁法(Radio-magnetotelluric, RMT)是浅地表电磁勘探的重要手段之一。由于勘探频段为10～300 kHz,其电磁场传播受地下介质介电常数的影响较大。传统准静态条件下的电磁响应严重制约RMT正演模拟精度,并进一步影响反演成像分辨率。针对这一问题,提出了一种基于Julia并行加速的全电流RMT电磁响应数值模拟方法,利用Julia的分布式计算将各频点的计算发送到不同进程进行求解,从而达到加速计算的目的,同时在计算中考虑位移电流的影响,提升正演的模拟精度。通过计算几种典型高阻/高介电模型的RMT响应,分析并总结了位移电流对射频段电磁场视电阻率及相位响应的影响规律。数值模拟结果表明：当浅部存在高阻覆盖层时,基于准静态假设条件计算的RMT视电阻率和相位响应偏高,且频率越高、覆盖层电阻率越大,响应偏差越大;对于煤炭采空区模型,RMT法能有效反映异常体位置,但忽略位移电流会在采空区及其附近引起较大计算误差;起伏地形的算例表明地形会覆盖地下异常体的RMT数值响应,尤其是地形拐角处;2种不同规模的并行算例对比证明了并行算法的高效性,且随着求解问题规模增大,并行算法效率也随之...     

基于二次场二维起伏地形MT有限元数值模拟

通过计算二次场来进行二维大地电磁数值模拟;导出了二维大地电磁二次场的微分方程,利用有限单元法来解微分方程;对矩形网格进行对角线的二次剖分,更容易且真实地模拟起伏地形。对几个典型模型进行了试算,与前人总场法的计算结果做了比较,两者视电阻率曲线一致,证明本文算法是正确的;通过2个简单的算例说明复杂地表下2种极化模式的MT观测资料都有明显的异常,视电阻率在TM模式下比TE模式更易受地形影响,TE模式下视电阻率曲线形态与地形呈"正相关",TM模式下反之。     

大地电磁测深二维地形影响及其校正方法研究

采用有限元法实现ＭＴ二维模型的正演模拟,将地形条件下的二维地电模型的ＭＴ响应分解为地形引起的畸变场和与测点高程位置有关的稳定场两部分进行分析。用有限元法模拟二维地形条件下地电结构的ＭＴ 响应和纯地形的ＭＴ响应,采用比值法消除地形引起的干扰场,然后,将消除地形影响后的视电阻率值通过延拓方法获水平地形条件下二维地电结构的视电阻率分布,完善大地电磁测深视电阻率曲线的地形校正。     

起伏地形下可控源音频大地电磁三维数值模拟

起伏地形对可控源音频大地电磁(CSAMT)响应具有强烈的影响,因此在CSAMT数据处理解释时需要考虑地形。同时,实际的地下地质情况和地表的地形情况通常比较复杂,地质结构和地形大部分情况下都是三维的。在水平地表三维有限差分CSAMT数值模拟算法的基础上,推导了利用地下交错网格采样点处的总磁场计算起伏地形下空气-地下介质分界面处的总电场和总磁场的表达式,从而实现了起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法。在算法实现过程中,采用伪δ函数代替麦克斯韦方程中的场源项和直接计算总场的策略,避免了原有的将总场分离成背景场和二次场的策略在复杂地质条件下难以选择合适背景电阻率的问题。为了直接模拟总场,起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法给出了新的三维正演方程的边界条件。将模拟水平地表三维异常体和三维山峰地形两个理论模型得到的响应结果与前人算法的计算结果进行对比,验证了所实现算法的正确性和有效性。     

点电源下复杂角域地形影响及校正

角域是描绘起伏地形的基本单元,通过角域叠加可以获得复杂纯地形产生的视电阻率异常,进而可以进行地形校正。将简单角域视电阻率畸变进行组合叠加得到复杂角域地形的视电阻率畸变,分析了组合叠加误差,并与ANSYS软件数值模拟结果进行了对比。结果表明,在地形起伏不大的情况下,可以通过组合叠加获得复杂角域地形的视电阻率异常。最后给出了利用组合叠加法获得纯地形影响后应用比较法进行地形改正的模型算例;与水平地形时的结果对比表明,比较法可以削弱地形影响,突出局部地质体的异常。     

起伏地形条件下二维大地电磁各向异性正演

在大地电磁资料处理和解释中,大地电磁的各向异性正演一直是国内、外研究的前沿课题。这里首先从麦克斯韦方程组出发,得出各向异性介质二维大地电磁场的边值问题以及等价的变分问题,进而对计算区域进行完全非结构化三角形剖分,在单元内采用线性插值,将变分方程转化成线性方程组,求解出有限单元法数值解,获得各向异性介质下的电磁场值。讨论了电性主轴与笛卡尔坐标轴之间的夹角以及地形的起伏变化对视电阻率和相位值的影响,结果表明:起伏地形条件下,TE和TM两种极化模式的视电阻率和相位值都会受到影响,且TM模式受地形影响较大;由于介质的各向异性,视电阻率和相位断面图出现明显不同于各向同性的形态,导致横向分界面模糊。     

大地电磁测控深二维地形影响及其校正方法研究

采用有限元法实现ＭＴ二维模型的正演模拟,将地形条件下的二维地电模型的ＭＴ响应分解为地形引起的畸变场和与测点高程位置有关的稳定场两部进行分析。用有限元法模拟二维地形条件下地电结构的ＭＴ响应和地形的ＭＴ响应,采用幽会法消除地形引起的干扰场,然后,将消除地形影响后的视电阻率值通过延拓方法获水平地形条件下二维地电结构的视电阻率分布,完善在地电磁测深视电阻率的地形校正。     

大倾角地形下视电阻率数值模拟

为解决大角度起伏地形即陡峭地形(如河流阶地、冲沟、堤坝、山谷、山脊等)对实测视电阻率的影响问题,这里优化了三维有限元数值模拟中的单元积分形式,使之适合大倾角地形条件下对电阻率的数值模拟.为验证方法的正确性,采用保角变换计算了相近地形在均匀电流场情况下,陡峭地形引起的视电阻率变化特征.计算表明,对于缓倾斜地形,有限元数值...     

基于矢量有限元法的三维CSAMT模拟对近场效应影响因素的研究

可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)的人工可控场源会带来近场效应的问题,如果在实际数据反演时利用了近场数据,将会导致对地质构造的错误推断,从而给实际工作带来麻烦和经济损失。本文采用六面体网格剖分的矢量有限元方法进行三维CSAMT正演数值模拟,通过建立不同的地质模型,研究近场效应的影响因素及规律。层状模型的正演结果与理论解对比验证了算法以及程序的正确性。设计了不同电阻率的均匀半空间、场源下存在异常体、场源与接收点之间存在地形和地表异常薄层等地质模型,分析了视电阻率和阻抗相位的响应特征。得到如下结论:(1)均匀大地电阻率大小、场源与接收点之间存在低阻异常体,场源与接收点之间存在山峰地形以及地表异常薄层均会影响近场效应;(2)场源和接收点之间存在高阻异常体,场源与接收点之间存在山谷地形,场源下方存在异常体虽然影响近区的数据,但是对近区频点基本无影响。研究结果可为实际工作中收发距的选取提供参考,具有一定的理论价值。     

基于对偶加权后验误差估计的2.5维直流电阻率自适应有限元正演

采用易于模拟复杂地形起伏和倾斜界面的非结构三角单元剖分网格,并利用对偶加权后验误差估计指导网格自动细化过程,实现了2.5维直流电阻率法自适应有限元数值模拟。在实例模型分析中,分别计算了层状模型和垂直岩脉模型的直流电阻率响应,并与其解析解进行了比较。对比结果表明,该算法所得数值解精度很高,解的相对误差小于0.5%。最后,计算了起伏地形2.5维地电模型视电阻率异常,并利用比较法进行了地形改正。地形改正结果与水平地形时的结果对比表明,比较法可以较好地消除地形影响,突出局部地质体异常。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(五)——地形对TEM资料的影响

通过观测点的地形对瞬变电磁法（TEM）相关资料的影响分析,结果表明其大小不但与地形的变化幅度有关,也与表层电阻率高低、观测延时有关。通过模拟计算与实际应用,验证了地形对TEM资料影响的规律。地形对TEM资料影响的实质是地形起伏促使涡流聚散,致使感应场升高或降低,导致TEM视电阻率变化与地形起伏反向。根据地形对TEM资料影响的规律,可采用适当方法进行地形影响校正。      

重力近区地形改正精度探讨

在大比例尺重力勘探工作中,近区、中区地形改正误差对重力总精度影响较大。在实际工作中,近区域地形改正一般采用实测或用地形图读图计算;中区地形改正一般采用地形图读图计算,《大比例尺重力勘查规范》只考虑地形图高程精度对重力总精度的影响,忽略了地形图平面坐标精度对重力总精度影响。这里从锥形、扇形基本地形改正公式推导出发,探讨不同比例尺,不同高程,平面精度对重力总精度的影响,并提出了不同地形改正精度对地形图比例尺及高程,平面精度要求建议。     

双频激电法在浙江省苦麻岭地区找矿勘查中的应用

浙江省常山县苦麻岭地区位于钱塘台褶皱带华埠-新登陷褶带上,具备了与成矿密切相关的条件,但地形起伏大、构造复杂、植被发育茂盛等因素严重制约着探矿效果。为此采用双频激电法,通过对称四极测深对该勘查区进行勘探。针对视电阻率测深曲线出现的跳跃、波动等异常形态,结合地层岩性、构造裂隙发育情况及视幅频率反映,对干扰因素进行排除,并依据视电阻率曲线拐点异常及增大趋势确定区内花岗岩岩体埋深及边界变化规律,指出该花岗岩顶部界面较平缓或下凹处,其围岩接触带为富集、成矿的有利部位。由视电阻率ρs和视幅频率Fs断面图推断,矿化异常等值线未封闭,异常中心位于测线以东,该结论对勘查区及类似地区扩大找矿规模具有一定指导意义。     

任意三维地电模型视电阻率异常的边界元法数值解

边界元法(BEM)是一种新的数值方法。由于该法可以降低所研究场问题的维数,因而边界元法较之域型法(FEM和FDM)具有应用简便、数据量少、计算快、精度高等优点。从而,用该法解决了域型法难以实现的三维地电模型视电阻率异常的计算问题。本文论述了用边界无法求解点源场地表水平和起伏下三维地电体位场问题的方法原理和数值处理技术,并给出了若干算例:导电球状矿体上视电阻率数值解与解析解结果;导电球状矿体上不同测线上视电阻率平剖曲线;三维山脊地形下导电椭球状矿体上视电阻率联剖曲线及其地形改正结果等。由本文内视电阻率的边界元法数值解与解析解结果对比的一致性和三维地形校正的显著效果,表明了边界元法是求解任意三维地电模型上位场问题的有效方法。由于用该法实现了对任意三线地质体上空间位场计算,必将推动三维电法勘探工作的开展与深入研究,无疑会对提高电法勘探的地质效果发挥重要作用。     

Effects of galvanic distortions on magnetotelluric data: Interpretation and its correction using deep electrical data

The non-inductive galvanic disturbances due to surficial bodies, lying smaller than high frequency skin depth, cause serious interpretational errors in magnetotelluric data. These frequency independent distortions result in a quasi-static shift between the apparent resistivity curves known as static shift. Two-dimensional modelling studies, for the effects of surficial bodies on magnetotelluric interpretation, show that the transverse electric (TE) mode apparent resistivity curves are hardly affected compared to the transverse magnetic (TM) mode curves, facilitating the correction by using a curve shifting method to match low frequency asymptotes. But in the case of field data the problem is rather complicated because of the random distribution of geometry and conductivity of near surface inhomogeneities. Here we present the use of deep resistivity sounding (DRS) data to constrain MT static shift. Direct current sensitivity studies show that the behaviour of MT static shift can be estimated using DC resistivity measurements close to the MT sounding station to appreciable depths. The distorted data set is corrected using the MT response for DRS model and further subject to joint inversion with DRS data. Joint inversion leads to better estimation of MT parameters compared to the separate inversion of data sets.     

高密度电阻率勘测方法分辨率研究与探讨

随着高密度电阻率法在工程中的应用日益广泛,对分辨率的影响因素分析研究也受到重视。论文以均匀半空间局部直立异常体为探测目标,建立多个基于温纳高密度电法装置的地电模型,采用有限元等方法进行正反演数值模拟分析,对高密度电阻率法探测分辨率的影响规律进行探讨。分析表明,地形起伏会引起异常体的位置与形态发生畸变和位移,分辨率降低; 电阻率差异增大,分辨率提高; 深径比增大,分辨率降低; 当异常体的水平范围一定时,探测分辨率随纵深的增大而提高。     

三维地质体对AMT二维反演的影响研究

为探究三维地质体对二维反演结果地影响以及二维反演中极化模式的选择问题,设计了一系列二维、三维地电模型进行正演计算,并对正演结果进行二维反演计算。研究结果表明:相位受到三维畸变的影响较小,视电阻率较大;当三维异常体模型走向延伸较小时,TE模式的反演结果误差较大,TM模式的反演结果相对较好,但是反演得到了虚假的下覆构造,TE+TM联合反演结合了TE和TM模式反演的优点,可以较好地反映异常体的赋存位置及电阻率值;当三维异常体模型走向延伸长度增大时,三维数据的二维反演结果是可靠的,用TM和TE+TM模式反演都比较合理。     

电磁法测量的地形影响及校正方法

针对地形对电磁测量结果的影响,设计了一组带地形模型,采用有限差分法对其进行了正演模拟计算。对模拟结果进行了分析,总结了地形对电磁测量视电阻率的影响规律,即TM模式比TE模式易受地形影响,山顶比山谷易受地形影响。在此基础上,分析了常用地形校正方法的优缺点;理论模型和实测资料反演结果表明带地形的二维联合反演可有效消除地形影响。