由于航空電磁系統(tǒng)具有工作頻率低、時間延遲短等特點,地形對航空電磁響應(yīng)有很大影響,忽略地形影響會給航空電磁數(shù)據(jù)解釋造成很大誤差.本文將基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的矢量有限元法應(yīng)用于模擬起伏地表條件下頻域/時域（FD/TD）三維航空電磁系統(tǒng)響應(yīng).該方法由于采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格電磁正演算法相比,能更好地擬合地形和地下不規(guī)則異常體,提高對不規(guī)則地形和地下介質(zhì)航空電磁響應(yīng)的計算精度.通過將計算結(jié)果與半空間模型的半解析解及已發(fā)表的結(jié)果進(jìn)行對比,檢驗了本文算法的精度.通過對典型山峰和山谷地形航空電磁響應(yīng)分析對比,總結(jié)了地形對航空電磁響應(yīng)的影響特征.研究結(jié)果對航空電磁地形效應(yīng)的識別和校正具有指導(dǎo)意義. 

【文章來源】：地球物理學(xué)報. 2016,59(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：15 頁

【部分圖文】：

圖１矢量有限元四面體單元內(nèi)電場分布Ｆｉｇ．１Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆｉｅｌｄｓｉｎａｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎｅｌｅｍｅｎｔ

ｚａｔｏ（２００３）計算的梯形山峰模型（簡稱模型一）及其網(wǎng)格劃分情況如圖２ａ所示．山峰高５０ｍ，頂部和底部分別寬２０ｍ和２２０ｍ；模型的電阻率為１００Ωｍ；收發(fā)裝置采用水平共面裝置，收發(fā)距１０ｍ，發(fā)射頻率為１６ｋＨｚ，飛行高度固定為距離起伏地表３０ｍ．圖２ｂ給出了本文模擬結(jié)果與Ｓａｓａｋｉ和Ｎａｋａｚａｔｏ（２００３）模擬結(jié)果之間的對比，圖２ｃ給出兩者之間的相對誤差．從圖中可以看出，兩者吻合較好，最大相對誤差不超過４％．圖２本文模擬結(jié)果與Ｓａｓａｋｉ和Ｎａｋａｚａｔｏ（２００３）模擬結(jié)果對比（ａ）山峰模型；（ｂ）模擬結(jié)果對比；（ｃ）相對誤差．Ｆｉｇ．２ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｔｈｔｈｏｓｅｆｒｏｍＳａｓａｋｉａｎｄＮａｋａｚａｔｏ（２００３）（ａ）Ａｔｒａｐｅｚｏｉｄｈｉｌｌｍｏｄｅｌ；（ｂ）ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅＦＥｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｔｈｔｈｏｓｅｆｒｏｍＳａｓａｋｉａｎｄＮａｋａｚａｔｏ（２００３）；（ｃ）Ｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓ．由于帶地形模型時間域航空電磁響應(yīng)發(fā)表的正演模擬結(jié)果較少，本文將計算結(jié)果與半空間模型的半解析解（殷長春等，２０１３）進(jìn)行對比．收發(fā)裝置參考ＦＵＧＲＯ系統(tǒng)，參數(shù)設(shè)置如下：發(fā)射高度３０ｍ，接收高度５０ｍ，發(fā)射、接收線圈的水平距離為１０ｍ，發(fā)射偶極矩為６１５０００Ａｍ２，發(fā)射波形為階躍波（下文所有時間域系統(tǒng)參數(shù)均相同）．正演模擬結(jié)果對比如圖３ａ和３ｃ所示，相對誤差如

地球物理學(xué)報（ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．）５９卷圖３本文模擬結(jié)果與半解析解對比（ａ）Ｂｚ模擬結(jié)果對比；（ｂ）Ｂｚ相對誤差曲線；（ｃ）ｄＢｚ／ｄｔ模擬結(jié)果對比；（ｄ）ｄＢｚ／ｄｔ相對誤差曲線．Ｆｉｇ．３ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＦＥｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｔｈｔｈｅｓｅｍｉ－ａｎａｌｙｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍＹｉｎｅｔａｌ．（２０１３）（ａ）Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎＢｚ；（ｂ）ＲｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓｆｏｒＢｚ；（ｃ）ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄＢｚ／ｄｔ；（ｄ）ＲｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓｆｏｒｄＢｚ／ｄｔ．模型的電阻率為１００Ωｍ．對于頻率域航空系統(tǒng)，本文模擬了水平共面（ＨＣＰ）裝置３８０Ｈｚ，１６００Ｈｚ，６３００Ｈｚ，２５ｋＨｚ，１２０ｋＨｚ五個頻率的電磁響應(yīng)，裝置距離地表３０ｍ，收發(fā)距１０ｍ（下文所有頻率域系統(tǒng)均與此相同）．對于時間域航空電磁響應(yīng)，本文模擬了ＦＵＧＲＯ系統(tǒng)在１０－５～１０－２ｓ之間１２個時間道的航空電磁響應(yīng)．由于在低頻段和晚期，航空電磁正演響應(yīng)受地形影響很小，本文的正演響應(yīng)結(jié)果平面分布僅給出１２０ｋＨｚ（高頻）和１６００Ｈｚ（中低頻）以及１０－５ｓ（早期時間道）和３．２×１０－４ｓ（中晚期道）的結(jié)果，而對測線正演響應(yīng)我們給出了全部１２個時間道以及５個頻率的計算結(jié)果．圖５ａ和５ｂ分別給出了模型二和模型三對應(yīng)５個頻率的電磁響應(yīng)信號，測線位于模型中心


本文編號：2977738