面向目标自适应有限元法的带地形三维大地电磁各向异性正演模拟

传统三维大地电磁各向异性模拟均是基于规则六面体网格,计算精度有限且较难拟合复杂地质条件.本文采用面向目标自适应非结构矢量有限元法,对三维大地电磁各向异性介质进行模拟.首先从电场双旋度方程出发,利用伽辽金方法建立变分方程;然后利用电流密度连续性条件构建适合大地电磁各向异性问题的加权后验误差估计方法,实现面向目标的网格自适应正演;最后通过典型算例分析各向异性对网格自适应和大地电磁响应的影响特征以及各向异性的识别方法.本文算法能够高精度地拟合起伏地表和任意各向异性介质,适用于分析复杂地电条件大地电磁响应特征,为提高大地电磁资料解释水平提供了理论基础.     

基于匹配追踪和遗传算法的大地电磁噪声压制

针对匹配追踪计算量大、大地电磁数据处理效率低的问题,提出基于匹配追踪和遗传算法的大地电磁噪声压制方法.首先,利用Gabor原子构建过完备原子库,并对过完备原子库集合进行划分.然后,借助遗传算法的自适应性,快速搜寻最优匹配原子及所在位置.最后,运用最优匹配原子对待处理信号进行稀疏分解,重构有用信号.通过对计算机模拟的典型强干扰和矿集区实测大地电磁数据进行分析处理,实验结果表明,相对于匹配追踪和正交匹配追踪,文中所提方法能从过完备原子库中快速、自适应地选取最优匹配原子与不同噪声干扰类型高精度的匹配,极大地提升了计算效率;大地电磁时间域序列中的大尺度强干扰被有效剔除,视电阻率曲线更为光滑、连续,低频段的数据质量得到明显改善.     

滇西南地区南汀河断裂带三维深部电性结构及其孕震环境

南汀河断裂带为滇西南地区活动断裂体系中规模最大的一条北东向断裂,其构造活动及地震危险性一直备受关注.本文基于覆盖云南境内南汀河断裂带的大地电磁测深宽频带阵列数据,利用大地电磁三维反演解释技术,首次获得了南汀河断裂带的精细三维深部电性结构.在上地壳深度,南汀河断裂带西南段与中段的电性结构表现出沿构造走向的高导条带特征,北东段表现为高阻结构.该高阻结构可能为临沧—勐海花岗岩体的电性反映,指示南汀河断裂可能未切穿该花岗岩带.在中下地壳深度,南汀河断裂带西南段存在大范围高导层,北东段则表现为整体性的高阻地壳,因此南汀河断裂北东段可能具有发生强震的介质结构背景.南汀河断裂带西南段的耿马地震区深部呈现北东向与北北西向的"X"型高导构造样式,该高导结构以南存在一个显著高阻异常体,1988年耿马M_S7.2地震以及2015年沧源M_S5.5级地震均发生于该高阻体与"X"型高导条带的电性边界.青藏高原东南缘绕东构造结流入滇西地区的中下地壳流可能受到南汀河断裂北东段中下地壳高阻体的阻挡而呈分流式分布于保山地块以及澜沧江断裂以东.     

多通道瞬变电磁法频率域比值算法及视电阻率计算研究

视电阻率在电磁法勘探中起重要作用,可以作为初步解释结果,多通道瞬变电磁法通过大地脉冲响应的峰值时刻定义视电阻率.鉴于传统方法计算峰值时刻视电阻率需要恢复完整大地脉冲响应,本文通过研究大地脉冲响应及其频谱特征,提出一种新的频率域比值法.利用参考谱及其与一般谱的伸缩因子计算一般谱的峰值时刻,进而得到视电阻率.该方法只需大地脉冲响应单个频点幅度谱,从而不用估计整个大地脉冲响应.实际计算时,可以用大地脉冲响应多个频点幅度谱得到平均视电阻率.模拟数据与实测数据结果表明,在一维介质中,频率域比值法可以得到合理的视电阻率.     

一种基于天基的瞬变电磁高分辨探测小尺度太空碎片的方法

目前,太空碎片的天基探测方法一般是激光雷达法.由于激光雷达的辐射频率一般为可见光或红外波段,在分辨厘米量级的太空碎片时具有一定的优势.但激光雷达在探测时也面临一些客观问题：即（1）难以捕捉快速移动的太空碎片;（2）对目标体穿透能力低;（3）外层空间的强干扰环境对激光雷达的不良影响等.这些问题在一定程度上限制了激光雷达在太空碎片探测方面的应用.本文针对太空碎片体积小、预警距离远和强干扰环境等特点,提出使用高性能瞬变电磁辐射源对远距离、小尺度的太空碎片进行探测.通过三维矢量有限元方法,分析了利用高性能瞬变电磁辐射源的优点,对比不同瞬变电磁辐射源的幅频特性,从发射机理上证明高性能瞬变电磁辐射源在辐射能力与频率带宽方面都优于传统瞬变电磁辐射源.并通过调整脉冲宽度,得到最适合探测本文太空碎片模型的辐射脉冲.最后通过电场分布图和多测道图对太空碎片的明显电场分异结果,证实了高性能瞬变电磁辐射源在探测远距离、小尺度太空碎片方面的有效性.     

松嫩地块东缘和佳木斯地块西缘电性结构

横过松嫩地块东缘和佳木斯地块西缘的大地电磁测深剖面揭示了两块体结合带附近的深部电性结构.本文对剖面测点做了标准化数据处理,并对二维偏离度、构造走向进行了计算和分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)二维反演方法对TM模式的数据进行了反演,获得了该剖面的地壳、上地幔电性结构模型,划分出三个典型构造单元:松嫩地块东缘、碰撞拼合带和佳木斯地块西缘.研究结果表明,研究区上地壳基本呈高阻特征,可能为岩浆岩,代表其经历了多期次岩浆作用,而松嫩地块东缘和佳木斯地块西缘的中下地壳的高导体可能与地幔物质的上涌有关;拼合带下方存在西倾的高导体和高阻体,可能是佳木斯地块向西俯冲到松嫩地块下方的构造遗迹;研究区可能发生了拆沉作用,与之伴随的地幔物质上涌可能是后期伸展作用的一个动力.     

滇西龙陵地区地壳电性结构及其对大瑞铁路地质选线影响研究

高黎贡山地处印度板块与欧亚板块碰撞缝合带附近的横断山脉南段,是大理一瑞丽铁路(大瑞线)的必经之地,地形起伏大、构造复杂、活动性强,高黎贡山隧道作为全线控制性工程之一,其地质选线的最大困难就是对隧道深部构造环境的了解,特别是缺少对与地热、地震等联系紧密的深部地质构造的认识.为此,本文以大地电磁方法为手段,以高黎贡山隧道为主要研究对象,通过对滇西龙陵地区高黎贡山隧道越岭段两条大地电磁剖面数据的处理解释对研究区的地壳电性结构特征进行了勘探研究.结合区域地质构造特征与主要工程地质问题之间关系的分析,根据隧道主要断层地质条件设计了三维垂直断层模型,利用三维有限元开展正演模拟研究发现,测点点距、位置与横向分辨率密切相关,点距越密,分辨率越高,测点位于断层在地表投影位置能有效提高分辨率.采用大地电磁阻抗张量分解技术对两条剖面上各测点的二维偏离度和电性走向进行了计算和分析,对剖面视电阻率和阻抗相位数据进行了二维NLCG联合反演研究,揭示了沿剖面的腾冲地块、龙陵一瑞丽断裂带及保山地块10 km深度的电性结构特征及相互关系.结果表明:剖面CD电性结构呈现区域构造的三分性,腾冲地块电性结构成层性较好,保山地块成层性较差,两者均以中高阻电性特征为主,中间夹龙陵一瑞丽断裂带,电性结构反映从3 km深度以下存在几乎近于直立延伸的低阻带,推测为班公湖一怒江缝合带滇西段丁青一怒江缝合带的反映;剖面AB共划分了6条与工程密切相关的深部隐伏断裂,结合地震地质、地表地质及龙陵地震深部背景研究,推测F7-3断裂为1975龙陵7.3级地震断裂;从地表黄草坝断裂开始向下延伸,有一条发育最大深度约为4 km的低阻通道,推测为地热断裂深循环通道,其与黄草坝断裂共同控制研究区地下热水的补给、径流和排泄条件,在高黎贡山隧道线位位置形成了一个相对低温通道,为隧道方案成立的关键工程地质条件.勘探结果表明:滇西龙陵地区地壳电性结构有效的反映了高黎贡山隧道深部隐伏断裂和地热断裂深循环通道等深部构造特征,为大瑞线隧道工程地质选线提供了深部地质背景依据.     

CSAMT法三维分辨能力及其物理机制

随着CSAMT法探测应用需求的日益增多,其分辨能力及其物理机制的研究成为人们不得不面对的问题.在CSAMT勘探中,几何效应、电流效应和感应效应是引起电磁场变化的三种物理机制,本文详细介绍了与地下电性结构密切相关的电流效应和感应效应.首先,利用CSAMT法对100 m×100 m×100 m的异常体进行了探测,研究表明存在两个畸变区域.利用电流效应对存在的两个畸变区域进行了解释,进一步研究表明当收发距为10 km时电流效应占据主要地位,感应效应位居次要地位,当收发距增大时电流效应比重下降,感应效应比重增大.选取坐标原点位于电偶极子中心,x方向为电偶极矩方向,z轴垂直向下,随后,研究了CSAMT法对异常体沿x、y及z方向长度变化时的探测灵敏度,研究表明CSAMT法对异常体沿x方向的变化最为灵敏、y方向变化次之、z方向最为迟钝,最后对以上现象给出了解析.     

无网格局部Petrov-Galerkin法大地电磁场二维正演模拟

有限差分法和有限单元法在大地电磁场数值模拟中已经得到了广泛的应用,但其数值结果的精度在很大程度上依赖于网格的离散程度.当模拟起伏地形、弯曲界面等复杂地电模型大地电磁场响应时,常常需要花费大量的时间以便得到较合理的离散网格.无网格局部Petrov-Galerkin法(MLPG)不同于有限差分法和有限元法,其形函数和权函数脱离了网格的束缚.本文详细推导了二维大地电磁场边值问题的弱式形式,并将其离散为局部积分域内的表达形式.通过模拟二维海洋地电模型大地电磁场响应,并与结构网格有限元结果进行对比,验证了本文算法和程序的正确性及精度.设计了一个含有弯曲界面的二维地电模型,讨论了不同离散网格对MLPG无网格法模拟结果的影响,并与结构有限元法结果进行了比较,结果表明MLPG无网格法模拟结果受离散网格影响较小.最后利用MLPG无网格法计算了两个海洋起伏地形模型的大地电磁响应,讨论了海底起伏地形对大地电磁响应的影响.     

面向目标自适应三维大地电磁正演模拟

本文将面向目标的自适应算法应用于三维大地电磁数值模拟.使用基于非结构网格的矢量有限单元法对起伏地表大地电磁正演模拟问题进行求解.使用利用垂向电流密度在物性界面上的连续性对后验误差进行估算的算法指导网格优化.由于全局自适应算法针对观测点优化网格的能力较差,本文通过求解正演问题的对偶问题计算后验误差的加权系数,并对相关加权系数进行改进,从而实现了面向目标的自适应算法.与传统基于结构化网格的电磁正演算法相比,采用非结构网格能够更好地拟合起伏地表和地下不规则异常体.由于使用了面向目标的自适应算法,本文能够使用更少的网格达到较高的计算精度.通过对比本文模拟结果与半空间响应和全局自适应算法计算结果,并通过对比使用改进前和改进后加权系数得到的网格剖分结果验证了本文算法的有效性.