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。     

高密度电阻率法地形影响校正

采用有限元法实现高密度电阻率法二维模型的正演模拟,将一定地形条件下的二维地电模型的视电阻率响应,分解为畸变场和正常场二部分进行分析.采用比值法消除由地形引起的畸变场,从而获得水平地形条件下二维地电结构的视电阻率值.在实际资料的校正中,取得了较好的应用效果.     

时间域电法测量地形响应研究

这里以对称四极装置为例,采用有限元法实现各种地形地电条件的时间域二维电阻率正演数值模拟,运用比值法原理提取地形响应参数,通过对比分析不同电性条件和不同地形条件下的地形响应曲线,得到地形响应参数随地形与介质电阻率变化的一系列规律,并进一步完善了比值法地形校正方法。     

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。     

甚低频电磁法边界元数值模拟及地形影响与改正

本文提出了二维地电模型甚低频电磁法中磁场、电场、极化椭圆倾角、视电阻率异常的边界元数值模拟方法。并根据计算结果讨论了地形影响基本规律与改正方法。所编制的计算程序亦可适用于二维非水平层上满足远区场条件的各类频率电磁测深法。     

点源二维有限元法在三电位电极系正演模拟中的应用

利用点源二维有限元法,针对二维地电模型,进行了三电位电极系视电阻率参数及比值参数的计算,对几种二维地电断面三电位电极系的视电阻率及比值参数的异常规律进行了探讨。这些研究结果,为实际勘探中复杂地电断面的异常解释打下了一定的理论基础,在利用比值参数进一步分辨复杂断面的电性异常方面作了有益的尝试。     

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。     

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。     

基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟

在准静态近似条件下,采用矩形网格单元和双二次函数插值就频率域二维线源边值问题进行了有限元数值模拟。在二维地电条件下,给出了边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成,最后通过求解复系数方程组得到了地表视电阻率响应。引入伪delta函数模拟线源,消弱了源带来的奇异性。通过与均匀大地以及层状介质模型的解析解对比,平均相对误差分别为0.71%和1.12%。建立了两个异常体模型,数值模拟表明异常响应比较明显,为进一步实现三维可控源电磁法有限元数值模拟提供了基础。     

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。     

面向高空间分辨率遥感影像的山区地形校正方法

山区地形复杂,遥感影像地形效应明显,易造成"同物异谱"、"同谱异物"现象,增大了遥感地质填图的难度.但前人对适用于复杂地形条件下地质填图的地形校正模型讨论较少,特别是校正高空间分辨率遥感影像时多缺少对应高精度数字高程模型,校正结果易受地形异常影响.在Richter"山区"校正模型基础上引入地形抹平模型,提出"Smoothed山区"校正方法,并与另14种地形校正模型在GF-1、GF-2、SPOT6山区影像上进行对比实验.结果显示,"Smoothed山区"校正模型在山区高空间分辨率遥感影像的校正效果明显优于其他模型,校正结果地形效应减弱,影像信息丰富不失真,并且直接获取地表反射率数据,可为进一步的遥感蚀变提取等工作提供基础数据.该模型适用于复杂地形山区的遥感地质填图.      

基于无人机航摄的高陡/直立边坡快速地形测量及三维数值建模方法

对复杂地形的高陡/直立边坡的地形测量及三维数值模型的建立一直是地质工作者面临的难题。近年来,无人机由于其形体小巧、机动性强以及可以获取高分辨率影像的特性在地质调查中受到了广泛的应用。本文基于低空无人机倾斜摄影技术,借助Agisoft Photoscan三维实景建模软件和基于逆向工程的Geomagic Studio强大的点云数据处理功能,结合南方CASS的地形制图功能对复杂地形的高陡/直立边坡实现快速地形成图。并利用Geomagic Studio的CAD曲面建模功能,重构复杂地形的高陡/直立边坡闭合CAD曲面模型,再通过Hypermesh强大的几何处理及网格划分能力,对CAD曲面模型进行模型切割并网格化,实现复杂地形的高陡/直立边坡的精细三维数值模型的建立,最后转化为FLAC3D可识别的文件格式进行计算分析。本文选择了浙江省神仙居景区飞天瀑景点作为实例研究,结果表明,无人机的使用使复杂地形的高陡/直立边坡实现了快速高效且精确的地形成图和三维建模。该方法具有简单实用、快速便捷且实用性强的优点。     

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。     

Assessment of different topographic corrections in AWiFS satellite imagery of Himalaya terrain

The influence of topographic effects in optical satellite imagery is not investigated very extensively in the Himalayan terrain. The topographic variability causes a problem of differential illumination due to steep and varying slopes in rugged Himalayan terrain. Therefore, topographic corrections are essential for qualitative and quantitative analysis of snow cover applications. The present paper discusses the implementation of different topographic correction models on AWiFS sensor onboard IRS P6 satellite images and the qualitative and quantitative comparative analysis in detail. Both the Lambertian and non-Lambertian assumptions have been considered in the present analysis with the aim to explore best suitable empirical model for rugged terrain. The main topographic methods implemented are:

频率域航空电磁法地形影响和校正方法

为了研究地形对频率域航空电磁法的影响程度,以及如何有效提取由于地形产生的航空电磁场,笔者利用频率域有限差分法开展了复杂地形条件下的频率域航空电磁响应计算和分析研究。计算结果表明,坡度较陡的地形对频率域航空电磁响应影响较大(尤其在沟谷位置地形影响最大),以至于增加了电磁异常的复杂程度,影响了电磁异常的解释结果。在综合研究的基础上,采用二维和三维的地形校正方法对典型地形地电模型进行校正,有效去除和压制了地形引起的电磁干扰异常,突出了异常体引起的电磁异常,提高了频率域航空电磁的解释效果。     

电阻率法地形改正的多项式快速计算方法

在金属矿电法勘探或工程、水文电法勘探中,复杂的地形往往使有用异常面目皆非。因而,在用电测资料进行地质解释时,克服地形影响一直是重要问题之一。理论研究和大量野外实践都已充分征明,用比较法进行地形改正可在很大程度上削弱地形干扰,突出有用异常,从而有效地提高了电法勘探的地质效果。     

地形对黄河流域太阳辐射影响的分析研究

起伏地形中太阳总辐射由直接辐射、散射辐射、周围地形反射辐射三部分组成,依据各部分太阳辐射产生机理的不同,分别设计模型以综合考虑天文因素、大气因素、宏观地理因素、局地地形因素（坡向、坡度、地形相互遮蔽）是必须的。基于数字高程模型（DEM）数据和遥感影像,在全面考虑各种因素的基础上,建立了依托常规气象站观测资料的起伏地形下太阳总辐射计算模型,完成了黄河流域1km×1km分辨率太阳总辐射分布式模拟。结果表明：受坡地自身遮蔽和周围山地相互遮蔽的影响,总体平均而言,山地接收的太阳总辐射较平地少;局地地形对太阳辐射的影响程度随季节而变,在太阳高度角较低的季节,局地地形的影响较为显著。     

Artificial Lineaments in Digital Terrain Modelling: Can Operators of Topographic Variables Cause Them?

Digital terrain modeling is widely used in geological studies. In some cases, orthogonal and diagonal linear patterns appear on maps of local topographic variables. These patterns may be both portrayals of geological structures and artefacts. Some researchers speculated that possible anisotropy of operators of local topographic variables might be a cause of these artefacts. Using a principle for testing derivative operators in image processing, we gave proof to isotropy (rotation invariability) of operators of a majority of local topographic attributes of the complete system of curvatures (i.e., slope gradient, horizontal curvature, vertical curvature, mean curvature, Gaussian curvature, accumulation curvature, ring curvature, unsphericity curvature, difference curvature, minimum curvature, maximum curvature, horizontal excess curvature, and vertical excess curvature). Rotating an elevation function about z-axis and then applying these operators cannot lead to variations in both values of the topographic variables and patterns in their maps, comparing with results of applying these operators to an unrotated elevation function. This demonstrates that linear artefacts with preferable directions in maps of the topographic attributes specified cannot be caused by intrinsic properties of their operators. Other possible sources for false linear patterns in maps of topographic variables are briefly discussed: (a) errors in the compilation of digital elevation models (DEMs), (b) grid geometry of digital terrain models (DTMs), (c) errors in DEM interpolation, (d) imperfection of algorithms for DTM derivation, and (e) aliasing errors.     

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。