工程與環(huán)境地質(zhì)問題已經(jīng)成為人們研究和關(guān)注的重點,這些地質(zhì)問題大多涉及到淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的探測。由于瞬變電磁儀器具有關(guān)斷時間,使儀器記錄或處理的數(shù)據(jù)都丟失了早期淺層的數(shù)據(jù),導(dǎo)致地下20m左右的深度會有一個不能探測的“盲區(qū)”。隨著儀器和器件水平的發(fā)展,發(fā)射電流關(guān)斷時間已經(jīng)縮短到μs級,甚至ns級,可以為“盲區(qū)”探測提供條件,可是快速關(guān)斷電流所對應(yīng)的頻率已經(jīng)達(dá)到10MHz~100MHz級,此時位移電流的影響已經(jīng)無法忽略。由于儀器具有關(guān)斷時間,會對早期的數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響,因此需要對關(guān)斷效應(yīng)進(jìn)行校正,而現(xiàn)有校正方法的理論基礎(chǔ)都沒有考慮位移電流。瞬變電磁一維反演中常用的手段有“煙圈”反演和最優(yōu)化反演�！盁熑Α狈囱菔墙频姆囱莘椒�,不需要初始模型,反演速度較快,但不能夠擬合觀測數(shù)據(jù)。最優(yōu)化方法中最常用的是最小二乘法,最小二乘法反演能夠擬合觀測數(shù)據(jù),但在層數(shù)較多時,反演的精度較差、速度較慢。對于以上提出的問題,本文首先推導(dǎo)了計及位移電流下垂直磁偶極子和大回線源的頻域響應(yīng),再經(jīng)過時-頻變換方法求解時域響應(yīng)。在頻域響應(yīng)求解中會涉及漢克爾變換,本文提出了基于haar小波分解核函數(shù)的方法,該方法具有良好抗噪性能和顯著的計算穩(wěn)定性,實現(xiàn)了變換和去噪的結(jié)合。時-頻轉(zhuǎn)換方法中采用了Gaver-Stehfest逆拉式變換方法(簡稱G-S變換),仿真結(jié)果表明16點濾波系數(shù)的G-S變換的精度較高,可以用于時域響應(yīng)的求解。在理論推導(dǎo)與數(shù)值算法研究的基礎(chǔ)上,討論了在典型地層模型下的位移電流效應(yīng)以及瞬變響應(yīng)的影響特征。在均勻半空間下,位移電流影響的時間在幾十和幾百納秒之間,垂直磁場及其時間導(dǎo)數(shù)會發(fā)生變號。電阻率和介電常數(shù)越小,位移電流的影響越明顯;發(fā)射線圈半徑的增大會相應(yīng)的延后位移電流影響的時間。在層狀模型下,當(dāng)頂層為高電阻層時,下層的電阻率和介電常數(shù)都會對位移電流效應(yīng)有影響;而對于頂層為低電阻層時,下層的電阻率和介電常數(shù)都不會影響位移電流效應(yīng)。在均勻半空間下,電阻率越大,垂直磁場下降的時刻越早,對于不同的電阻率,垂直磁場衰減的速度相同;在早期垂直磁場的時間導(dǎo)數(shù)峰值隨電阻率的增加而增大,在晚期下降的時刻隨之變早;發(fā)射線圈的半徑增大,垂直磁場及其時間導(dǎo)數(shù)的幅值變小,響應(yīng)衰減的速度變慢,下降的時刻也變早;介電常數(shù)對垂直磁場幾乎沒有影響,對垂直磁場的時間導(dǎo)數(shù)影響也非常小。在層狀大地下,對于頂層為高阻層時,響應(yīng)曲線對下層電阻率的變化非常敏感;而對于頂層為低阻層時,響應(yīng)曲線對下層電阻率的變化不敏感,這對實際工作中尋找頂層為低阻層覆蓋的高阻目標(biāo)體帶來了很大的難度;介電常數(shù)對垂直磁場幾乎沒有影響,只有頂層的介電常數(shù)會對垂直磁場的時間導(dǎo)數(shù)有影響,這也為瞬變電磁反演工作帶來了難度。關(guān)斷時間越長,垂直磁場下降的時刻越晚,曲線衰減的速度越快,垂直磁場的時間導(dǎo)數(shù)曲線幅值會減小,開始下降的時刻也會延后。在瞬變電磁反演方面,本文采用了“煙圈”反演和粒子群優(yōu)化算法反演�！盁熑Α狈囱菽軌虼蟾诺姆从吵龅刭|(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài),而且還能有效的突出低阻異常體。通過與最小二乘法反演結(jié)果進(jìn)行比較,可以看出粒子群優(yōu)化算法反演的精度較高,而且所用的時間較少,說明該方法優(yōu)于最小二乘法反演。由于相對介電常數(shù)對響應(yīng)的影響較小,導(dǎo)致相對介電常數(shù)的反演精度普遍不高。雖然瞬變電磁法對高阻地層不敏感,但粒子群優(yōu)化算法反演仍然能夠得到符合理論模型的結(jié)果。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P631.325
【部分圖文】：

圖 3.1 算例 1 的數(shù)值計算結(jié)果對比(20dB)omparison of exact, Haar method and filter method in example 1 with 出含有 40dB 和 60dB 噪聲時，漢克爾變換后的理論解與情況，從圖中可看出：隨著信噪比的提高，噪聲的影響越也相應(yīng)提高；在濾波法中，核函數(shù)的隨機(jī)噪聲直接影響著分布也是隨機(jī)的；而小波法中，核函數(shù)逼近中對小波空間質(zhì)，故變換后的函數(shù)為光滑函數(shù)，其誤差曲線也相對規(guī)則

圖 3.1 算例 1 的數(shù)值計算結(jié)果對比(20dB)Fig.3.1 Comparison of exact, Haar method and filter method in example 1 with 20dB noise圖 3.2 給出含有 40dB 和 60dB 噪聲時，漢克爾變換后的理論解與數(shù)值解的絕對誤差分布情況，從圖中可看出：隨著信噪比的提高，噪聲的影響越來越小，數(shù)值解的精度也相應(yīng)提高；在濾波法中，核函數(shù)的隨機(jī)噪聲直接影響著變換后的函數(shù)，其誤差分布也是隨機(jī)的；而小波法中，核函數(shù)逼近中對小波空間的選取體現(xiàn)了濾波的實質(zhì)，故變換后的函數(shù)為光滑函數(shù)，其誤差曲線也相對規(guī)則。

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本文編號：2832732