本文選題：頻率域航空電磁法 + 矢量有限元方法��； 參考：《吉林大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：頻率域航空電磁法(frequency-domain airborne electromagnetic method)廣泛運用于礦產(chǎn)勘查、地質(zhì)填圖、地下水勘查及環(huán)境檢測等領(lǐng)域,被證明是一種行之有效的地球物理勘探方法。目前該方法的數(shù)據(jù)處理解譯通常假設(shè)地下介質(zhì)的電阻率為各向同性并且忽略磁導(dǎo)率的影響,以一維反演方法為主。然而,真實的地下介質(zhì)通常是非常復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),并且有可能是各向異性介質(zhì)。研究表明,地下有些介質(zhì)的磁導(dǎo)率要大于真空中的磁導(dǎo)率,忽略磁導(dǎo)率的影響不僅會丟失潛在的有用信息,而且有可能得到錯誤的結(jié)果。再者,一維反演方法往往不能準(zhǔn)確的還原地下三維目標(biāo)體,快速、有效的高維正反演技術(shù)是迫切需要解決的問題。此外,該方法經(jīng)常在山區(qū)作業(yè),地形的影響也是一個不容忽視的影響因素。鑒于此,本文開展了起伏地表條件下的三維矢量有限元正演模擬、電導(dǎo)率任意各向異性三維正演模擬、考慮磁導(dǎo)率的三維正演模擬及起伏地表條件下的二維反演及水平地表條件下的三維反演研究。本文研究并實現(xiàn)了起伏地表條件下的頻率域航空電磁法三維矢量有限正演模擬。將總場分解為一次場(背景場)和二次場(散射場)來消除源的奇異性,背景場在空氣為背景介質(zhì)的均勻全空間中用解析式計算,二次場用矢量有限元方法進行求解。針對該方法的多源特性,引入大規(guī)模稀疏矩陣共享內(nèi)存并行直接求解器PARDISO實現(xiàn)線性方程組的快速求解,并將其與迭代算法的計算效率進行了對比研究。通過與一維解析解和三維有限差分結(jié)果對比,驗證了本文開發(fā)程序的正確性,且具有較高的計算精度。然后開展了典型地形的數(shù)值模擬研究,分析了地形對觀測結(jié)果的影響。借助歐拉旋轉(zhuǎn),研究并實現(xiàn)了電阻率任意各向異性三維正演模擬。通過與一維解析解對比,驗證了其正確性。然后,對三維地質(zhì)體的單軸各向異性及任意各向異性進行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究,探討了各向異性對電磁場分布規(guī)律的影響。研究并實現(xiàn)了帶磁導(dǎo)率的三維正演模擬,通過與一維解析解對比驗證了其計算精度。然后針對磁導(dǎo)率對不同裝置、不同頻率、不同飛行高度電磁場的影響進行了數(shù)值模擬研究。在總結(jié)分析磁導(dǎo)率對電磁場影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,對該方法的實際生產(chǎn)及資料處理給出了指導(dǎo)性建議。在正演的基礎(chǔ)上,利用高斯—牛頓法實現(xiàn)了起伏地表條件下的二維反演算法,采用伴隨方程來求解雅克比矩陣。然后對幾組理論模型進行了反演試算,研究結(jié)果表明,水平共面裝置橫向分辨率較好而垂直同軸裝置有較高的垂向分辨能力。此外,忽略地形反演會造成許多虛假異常,得到錯誤的結(jié)果。實現(xiàn)了基于非線性共軛梯度(NLCG)的三維反演。采用伴隨方程來計算目標(biāo)函數(shù)的梯度,并采用二次和三次插值回溯方案來計算迭代步長,以加速目標(biāo)函數(shù)的收斂速度。通過幾組理論算例驗證了本文算法的有效性,并對不同初始模型選擇對反演結(jié)果的影響進行了對比研究。本文的研究不僅對電磁波在復(fù)雜介質(zhì)中傳播的理解具有重要的理論價值和科學(xué)意義,而且對提高和完善頻率域航空電磁法數(shù)據(jù)處理解釋水平、指導(dǎo)實際生產(chǎn),具有重要的現(xiàn)實意義。
[Abstract]:In this paper , three - dimensional forward modeling of three - dimensional vector finite element ( FEM ) is carried out , and the influence of anisotropy on the distribution law of electromagnetic field is studied . The study not only has important theoretical value and scientific significance for the understanding of electromagnetic wave propagation in complex media , but also has important practical significance to improve and perfect the data processing and interpretation level of aeronautical electromagnetic method in frequency domain .
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P631.326

【參考文獻】

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本文編號：1982934