基于CDI和拟二维反演的时间域航空电磁数据级联解释方法

时间域航空电磁法(ATEM)是一种具有大面积探测,探测速度快、相对成本较低、受地形地貌影响较小等优点的地球物理方法。由于航空电磁数据量巨大,三维反演成本太大,目前主要使用一维反演或者拟二维反演方法来进行解释。对于航空电磁探测而言,大面积探测区域和复杂地形条件使得研究人员很难获取到勘探区域的地质信息,因此反演时选取初始模型变得很困难。而电导率-深度成像(CDI)无需建立初始模型,即可快速获得地下介质的大致电性分布情况。因此CDI结果可以用来作为反演的初始模型,应对缺少地质信息的区域。本次研究中,提出CDI与拟二维反演的级联解释方法。首先使用CDI方法来近似估计地下介质的电导率和深度;其次在此基础上建立反演的初始模型;最后采用横向约束反演(LCI)方法对ATEM数据进行反演。通过对理论数据和实测数据的实验得出,CDI与拟二维反演的级联解释方法能够在获得较好的反演结果的同时减少计算时间。     

基于磁导率的频率域航空电磁法双频反演方法

以往的频率域航空电磁法数据反演方法中,通常在模型中以真空磁导率代替介质磁导率,忽略了磁性层影响。但在高磁性区域,这样做将会导致计算电阻率值偏高。针对这一问题,首先根据层状介质模型研究了考虑磁导率和电阻率因素条件下的电磁场正演计算方法,并且分析了不同磁性介质对频率域电磁响应的影响规律。在此基础上,提出了磁导率和电阻率的双频反演方法,电阻率是通过2个频率的虚分量之比计算得到的,计算结果更加可靠,提高了磁性区域视电阻率填图的精度。通过对模型计算和实测数据进行反演计算,表明这种方法具有较高的反演精度,为强磁性区域航空电磁法视电阻率填图提了供一种行之有效的反演方法。     

时间域航空电磁法研究进展综述

本文介绍国内外时间域航空电磁法的发展历史和现状,包括仪器系统、数据处理、正反演算法和应用实例。认为我国的这项技术应朝以下几个目标发展：（1）完善的仪器系统,减小噪声干扰, 提取更多的有用信息。（2）高效的数据处理方法,有利于发现小规模的异常体。（3）适合航空电磁数据的正反演稳定算法。（4）精细的解释方法。结合多源信息综合解释, 加强与实际勘探相结合,参考其它已有的航空物探方法解释手段,提高解释精度。     

航空瞬变电磁全时域全空域快速成像

航空瞬变电磁法以其快速高效的优势已获得广泛应用,然而航空瞬变电磁采样密集,数据量巨大。为了实现航空瞬变电磁观测数据的快速解释,开展航空瞬变电磁快速成像算法研究。利用反函数定理建立成像迭代格式,并在成像过程中考虑发射源高度和观测时间的影响,进而实现航空瞬变电磁全时域全空域快速成像。这里首先给出了全时域全空域成像理论和实现方法,然后对航空瞬变电磁装置进行了介绍,最后建立了典型采空区模型,利用开发的航空瞬变电磁全时域全空域视电阻率成像方法进行数据成像,成像结果与真实模型基本一致,验证了方法的有效性。     

瞬变电磁的逆时偏移成像方法

本文研究了中心回线瞬变电磁测深的逆时偏移成像问题。针对电磁波在大地中的传播速度远小于真空中的光速这个特性,设计了一种适用于中心回线观测方式瞬变电磁测深的逆时偏移成像的算法,其核心思想是根据不同观测点在成像点相同时刻的波场值的叠加,进而获得成像点的总波场值。基于该算法,对一条实测的中心回线瞬变电磁测深资料进行了逆时偏移成像处理,结果表明,逆时偏移成像结果与实际情况比较吻合,得到了比较好的处理效果。因此,逆时偏移成像方法是瞬变电磁测深法的一种比较有效的资料处理方法。     

任意各向异性介质三维有限元航空电磁响应模拟

在航空电磁探测方法应用中,地下探测环境复杂,地下介质物性参数存在各向异性特征。如果采用常规各向同性介质模型,在资料解释过程中会产生严重的偏差。本文基于矢量有限元法开展三维任意各向异性频率域航空电磁响应模拟计算研究。首先,将总场分解成一次场和二次场,对空气介质的均匀全空间进行一次场解析计算,同时利用矢量有限元法对二次电场的双旋度方程进行求解。为提高求解速度,采用共享内存直接求解器PARDISO对大规模稀疏矩阵并行计算,大大提高了三维模型的计算速度。之后开展了4种典型目标模型的三维各向异性介质模拟：围岩各向同性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向同性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕z轴旋转）模型;围岩各向异性-目标体各向异性（绕x轴旋转）模型。对比分析了不同模型在不同旋转角度情况下,磁场实虚分量的变化特征,进而总结了各向异性参数对航空电磁响应的影响规律和识别方法。     

钻孔瞬变电磁方法探测越界开采采空区的应用

煤矿井下越界开采扰乱煤炭资源开发秩序,同时存在巨大的安全隐患,准确探测越界开采采空区及其边界对安全采掘极为重要。常规的矿井瞬变电磁探测方法容易受到巷道中的金属和电磁信号干扰,探测精度有限,难以满足采空区边界精准解释的需求。为了解决这一问题,提出一种钻孔中收发信号的钻孔瞬变电磁方法和施工工艺,利用其远离巷道和靠近异常体的特点,提高异常信号在实测数据中的占比;并研究可行域约束的OCCAM反演算法,进一步减小体积效应影响,实现了对越界开采采空区的电阻率精细成像。结合山西某煤矿的工程实践,对该方法精准探测邻矿越界开采采空区规模、性质的实用性和有效性进行了检验。结果表明,钻孔瞬变电磁方法是矿井地球物理技术与钻探工艺技术的高效结合和有益补充,基于可行域约束的OCCAM反演算法能够有效应用于越界开采采空区的边界精确成像解释。      

Transformer网络在大地电磁反演成像中的应用

传统大地电磁反演通常是基于确定性梯度的迭代求解,不仅需要大量时间计算雅可比矩阵,还依赖于初始模型的输入和正则化因子等参数的设置。近年来学者们不断引入机器学习方法以试图改善大地电磁反演,该方法不需要计算雅可比矩阵,不用输入初始模型,训练好的网络仅需几毫秒就可实现反演成像。这里利用Google团队提出的Transformer神经网络经典框架搭建大地电磁数据和模型之间的映射网络,以9240组正演数据为样本,对Transformer网络参数进行训练。采用南非开源大地电磁数据,实现了由视电阻率图像到电阻率模型的反演成像。研究表明:①经训练后的Transformer网络可以较准确的反映出异常体位置和大小;②网络实现了简单的矩阵并行化运算,大幅度提高训练的效率,且成像效率高于传统的反演。     

航空瞬变电磁合成孔径成像算法关键技术研究

将等效导电平面快速算法与合成孔径相关叠加技术相结合,实现了航空瞬变电磁快速成像解释算法。为了进一步获得更好的成像效果与更优的分辨率,对合成孔径算法中的关键技术进行了研究。首先给出最佳孔径尺寸的求取方法,并通过多个模型进一步验证孔径尺寸对于成像效果的显著影响;接着利用大量数值模拟结果分析孔径大小与异常体埋深、围岩与异常体电阻率比值等因素之间的关系,总结规律利用数值拟合方法求取其函数表达式,并根据函数表达式直接确定最佳孔径尺寸的大小;最后,利用多个模型示例证实合成孔径成像方法能够有效圈定异常范围、提高横向与纵向的目标分辨率,并且该方法不受海量航空数据的影响,计算速度快、可用于实时成像。以上研究成果进一步提高了航空瞬变电磁法的解释精度,为丰富航空瞬变电磁解释方法、提高勘探效率提供了理论依据。     

频散介质中的瞬变电磁响应特征和反演特性分析

真实大地固有频散特性,较强的频散效应叠加到瞬变电磁响应之中,会给传统的数据处理手段带来困难.目前考虑频散效应的瞬变电磁数据多参数联合反演解释方法,具有显著的多解性和初始模型依赖.为分析这种现象产生的原因,并探究可能的解决途径,这里首先引入Cole-Cole模型,结合数字滤波方法实现了频散介质中瞬变电磁响应的正演,通过与...     

大回线源瞬变电磁一维自适应反演方法及应用

提出了一种适用于大回线源瞬变电磁法框内任意测点垂直Z分量的一维反演方法。该算法采用CMD正则化因子优化方案、光滑度函数和自然边界条件对反演过程进行了约束,减小了初值的依赖度,保证了反演过程的自主性和反演结果的稳定性;在反演过程中,在保证模型残差沿梯度下降的同时,对模型修正量的最大值进行了限制,使反演模型不易陷入局部极小,保证了反演结果全局的收敛性;同时反演的灵敏度矩阵采用牛顿法进行更新,减少了整个反演计算的工作量。最后通过五层的双低阻层模型、双高阻层模型和实测资料证明了该算法可靠。     

可控源音频大地电磁圆滑反演方法及应用效果

针对可控源音频大地电磁一维反演需要给定初始参数,存在很大的人为性,解的不确定性,并难以确认解决复杂地质问题的可靠性等问题,人们一直在探讨减少反演解释中不确定因素的方法.文章介绍美国Zonge公司研制的可控源音频大地电磁圆滑反演方法用于解决上述问题的特点以及在中国实际应用的效果.     

音频大地电磁测深法在地热勘查中的应用研究

从介绍和分析研究区的地质特征出发,通过介绍音频大地电磁(AMT)法工作布置、资料采集和处理流程,说明了该方法在地热资源勘查中的应用效果,同时对自主开发的二维大地电磁处理与反演解释及成像软件系统(MTSoft2D2.0)的功能特点进行了介绍,并将系统中改进的二维非线性共轭梯度(NLCG)方法应用于资料反演解释,取得了较好的效果。研究成果确定了研究区的热储地层的深度与厚度,以及地质构造分布的基本情况。结果证明,音频大地电磁法在探测含水层及地热资源方面是有效的。     

基于姿态参数的海洋可控源电磁数据一维反演

基于姿态信息的海洋可控源数据一维反演采用Occam方法进行,反演数据为不同收发距离观测到的电场振幅(MVO)。接收器和发射器姿态参数同时引入到反演中,正演过程引入发射源姿态参数,借助矢量分解将任意姿态的发射源分解为3个正交坐标轴分量源,分别计算接收点处电场响应,叠加得到总电场响应;根据接收器姿态信息,将计算坐标系中的电场矢量进行欧拉旋转获取任意姿态时测量到的电场响应。理论模型与实际数据反演结果表明,基于姿态信息进行海洋可控源勘探数据反演是可行的。     

透射波成像最大熵方法研究

应用最大熵剑桥算法从透射波数据中挑选图像熵最在的模型作为反演结果,在算法中引进一种新的约束条件,解决了某些情况下无法数值求解的问题,通过数值模拟及对清江某地区资料的处理,证明算法收敛性强,有较好的抗噪性。     

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。     

瞬变电磁视时间常数tau成像分析与应用研究

基于瞬变电磁二次场的衰减理论,分析了地质异常体岩性参数与瞬变电磁响应规律,即电导率与时间常数tau成正比,导电性越良好的矿体,其时间常数越大,且二次场曲线衰减越慢。将瞬变电磁数据分解成多时窗的含有tau参数的自然指数衰减规律,得出了晚期道基于时窗提取的视时间常数tau成像方法。通过物理模拟试算和实测数据的验证,视时间常数tau成像能很好地反映晚期道地质异常体在水平面上的空间分布特征。该方法计算速度快,克服了反演速度慢的问题,也为地质异常体的定位提供了重要依据,并为其他成像和反演方法提供约束条件有重大的指导意义。     

中心回线瞬变电磁探测的一种快速解释方法

分析了中心回线装置激发的电磁场在晚期与平面电磁波的传播特征,通过时-频转换将TEM数据转换成平面波场数据,构建了关于反射函数的M×N阶欠定方程组.用线性规划法解出反射函数序列qm,大量模型的反演结果与理论值误差很小.以qm为参数绘制出电磁响应时间剖面图,从而实现了TEM快速成像解释.成像剖面清楚地反映了断面的地电特征.实测资料的处理结果说明了方法的实用性.     

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。     

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。