發(fā)布時(shí)間：2021-04-14 16:51

　　大地電磁測(cè)深（MT）發(fā)展至今已有70多年歷史,它是一種利用天然交變電磁場(chǎng)研究地球電性結(jié)構(gòu)的地球物理勘探方法。由于成本低、工作方便及對(duì)低阻層分辨率高等特點(diǎn),MT在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用,并建立了從數(shù)據(jù)采集到三維反演解釋的完整處理流程。大地電磁測(cè)深理論假設(shè)平面電磁波垂直入射地下水平空間,但隨著研究區(qū)域逐漸擴(kuò)大,導(dǎo)致地球弧度產(chǎn)生的幾何形變難以忽略,傳統(tǒng)笛卡爾坐標(biāo)體系及平面波場(chǎng)源不再適用于大尺度的大地電磁數(shù)據(jù)正反演解釋�；谏鲜鲅芯勘尘�,本論文提出了球坐標(biāo)大地電磁三維模擬算法,從麥克斯韋方程組積分形式出發(fā),利用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分方法,推導(dǎo)一次場(chǎng)求解的線性方程組;以模塊化軟件ModEM為框架,實(shí)現(xiàn)球坐標(biāo)三維模擬代碼,通過(guò)一維電導(dǎo)模型和三維電導(dǎo)模型分別測(cè)試該代碼的正確性和有效性;提出并詳細(xì)闡述球體電導(dǎo)率模型和笛卡爾電導(dǎo)率模型的相互轉(zhuǎn)換方法。為了驗(yàn)證球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的有效性,本論文以美國(guó)西部球體電導(dǎo)率模型為研究對(duì)象,利用不同地圖投影方法將其轉(zhuǎn)換為笛卡爾模型,分別計(jì)算球體模型和笛卡爾模型的地表響應(yīng)值,對(duì)同一周期的視電阻率進(jìn)行比較。對(duì)比結(jié)果顯示視電阻率差異的空間分布與投影方法相關(guān),同時(shí)也受電導(dǎo)率橫向分布影... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：116 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

大陸規(guī)模MT陣列調(diào)查項(xiàng)目的測(cè)點(diǎn)分布(a)USArray(引自

同理，可得另外兩個(gè)面元面積：(,,)= ()(+1)(+1)()(2.8)(,,)= ()(+1)()sin (()())(+1)()(2.9)圖2.1球坐標(biāo)系有限差分交錯(cuò)網(wǎng)格剖分示意圖，整個(gè)模型區(qū)域包括空氣層按照經(jīng)緯度深度離散為若干曲面單元體，電場(chǎng)定義于每個(gè)單元體邊緣中點(diǎn)，磁場(chǎng)定義在面元中心，每個(gè)單元體中心被賦予電導(dǎo)率σ將式(2.4)~(2.9)帶入麥克斯韋方程組，取順時(shí)針為正方向，則式(2.1)(2.2)數(shù)值離散形式為：(+,,)(+,,)+(+,+,)(+,+,)(+,,+)(+,,+)(+,,)(+,,)=_(,,)(+,,)(,,)(2.10)(,,)(,,)+(+1,,)(+1,,)(,,+1)(,,+1)(,,)(,,)=(,,)(+,,+)(2.11)式中指數(shù)i+表示i與i+1的中點(diǎn)，i-為i-1與i的中點(diǎn)，以此類推。_(,,)為體電導(dǎo)率在單元邊緣(,,)的加權(quán)值，加權(quán)因子為環(huán)繞該邊緣的四個(gè)單元體積，以圖2.1(b)所示單元為例，其體積計(jì)算公式為：V(,,)=sin()()(+1)(+1)()(+1)()/2(2.12)其中= (()+(+1))2, = ((+1)+())2，將式(2.11)帶入式(2.10)消去磁場(chǎng)(+,,+)。同理根據(jù)式(2.2)可得到(+,,)，(+,+,)，

對(duì)網(wǎng)格信息的調(diào)用。圖2.2ModEM模塊框架結(jié)構(gòu)示意圖(修改自Kelbert等[74])正演是反演算法的核心，原則上，可采用現(xiàn)有的正演算法，但是需要滿足ModEM框架的條件。首先，正演算子需要具有普適性，可以在任意源場(chǎng)和邊界條件下正確地求解，例如大地電磁的外加條件為邊界值，該正演算子需要允許更多樣的源場(chǎng)項(xiàng)用以計(jì)算靈敏度。其次，正演算子能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)置運(yùn)算，因?yàn)殡姶欧匠探M盡管會(huì)存在某些微小的問(wèn)題，但通常是非嚴(yán)格自軛的，所以正演算法要易于修改進(jìn)行伴隨運(yùn)算。最后，該正演解算器需要具備簡(jiǎn)潔的接口，可以和上層的運(yùn)算進(jìn)行交互。綜上考慮，正演算子至少包括初始化，系數(shù)矩陣更新（與模型參數(shù)、頻率相關(guān)）、正演和其伴隨問(wèn)題的求解等功能。電磁場(chǎng)插值模塊用以計(jì)算電場(chǎng)或者磁場(chǎng)在模型區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)的值，該模塊極大的方便了中間接口層中的數(shù)據(jù)函數(shù)的實(shí)施。該模塊的核心功能為計(jì)算一次場(chǎng)和二次場(chǎng)的插值系數(shù)，然后保存在與一次場(chǎng)相同的稀疏向量中。一次場(chǎng)的插值比較直觀，插值稀疏向量中的非零項(xiàng)即為局部權(quán)重。二次場(chǎng)的插值稀疏向量除了局部權(quán)重，還需要包含從一次場(chǎng)求解二次場(chǎng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。因此實(shí)際上，所有插值的操作對(duì)象都是一次常通過(guò)電磁場(chǎng)插值模塊返回的稀疏向量可直接應(yīng)用于接口層的數(shù)據(jù)函數(shù)模塊，作為構(gòu)建非線性數(shù)據(jù)函數(shù)的基本量。插值模塊的計(jì)算函數(shù)和數(shù)值網(wǎng)格緊密相關(guān)，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星(張衡一號(hào))數(shù)據(jù)處理方法和流程[J]. 王蘭煒,胡哲,申旭輝,張興國(guó),黃建平,張宇,楊艷艷.  遙感學(xué)報(bào). 2018(S1)
[5]華北大地電磁測(cè)深陣列觀測(cè)實(shí)驗(yàn)與巖石圈導(dǎo)電性快速成像模型[J]. OURO-DJOBO SEDIKOU B.,魏文博,葉高峰,金勝,景建恩,姬磊喆,董浩,張樂(lè)天,尹曜田,謝成良.  地球物理學(xué)報(bào). 2018(06)
[6]面向目標(biāo)自適應(yīng)有限元法的帶地形三維大地電磁各向異性正演模擬[J]. 曹曉月,殷長(zhǎng)春,張博,黃鑫,劉云鶴,蔡晶.  地球物理學(xué)報(bào). 2018(06)
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[9]大地電磁三維矢量有限元正演模擬[J]. 石明,馮德山,李開鵬,王珣.  湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(10)
[10]基于擬態(tài)有限體積法的頻率域可控源三維正演計(jì)算[J]. 彭榮華,胡祥云,韓波,蔡建超.  地球物理學(xué)報(bào). 2016(10)

博士論文
[1]基于自適應(yīng)矢量有限元法的三維大地電磁正反演研究[D]. 秦策.成都理工大學(xué) 2018

碩士論文
[1]考慮地球曲率的大地電磁正反演研究與應(yīng)用[D]. 鄧方進(jìn).成都理工大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3137671