本文選題：矩形大回線源　切入點：瞬變電磁　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：矩形大定源是瞬變電磁法中應(yīng)用最廣泛的裝置之一,其三維正演和反演研究一直是國內(nèi)外的熱點問題。本論文的研究目的是為了以正則化反演技術(shù)的時頻轉(zhuǎn)換方法為基礎(chǔ),完成時間域信號到頻率域響應(yīng)轉(zhuǎn)換。利用成熟的頻率域數(shù)據(jù)處理技術(shù),實現(xiàn)矩形大定源瞬變電磁數(shù)據(jù)的三維頻率域非線性共軛梯度反演。為實現(xiàn)時間域到頻率域變換,假設(shè)下階躍電流波形,從而時間-頻率響應(yīng)的傅里葉變換關(guān)系,可以表示為以頻率域電磁場響應(yīng)為未知變量,時間域響應(yīng)為右手項的線性方程組。由于該矩陣方程的系數(shù)矩陣的奇異性,采用正則化反演技術(shù)進行求解,其中最優(yōu)正則化因子采用L-曲線法選取。基于正則化反演技術(shù)的時間域到頻率域變換的實現(xiàn)為時間域數(shù)據(jù)的頻率域解釋奠定基礎(chǔ)。在矩形大定源數(shù)據(jù)頻率三維反演過程中的三維正演模擬計算采用交錯網(wǎng)格有限差分法。正演模擬以二次場滿足的Helmholtz方程為基礎(chǔ)。為了計算矩形大定源在背景介質(zhì)中的格林函數(shù),將矩形發(fā)射回線剖分成等面積的虛擬小方回線,任意一點的電磁場響應(yīng)等于每個虛擬方形回線在該測點處產(chǎn)生的電磁響應(yīng)的疊加。采用虛界面法時發(fā)射源可位于任意層位,計算點可擴展到發(fā)射回線邊界外的三維空間任意位置。Hankel積分采用直接數(shù)值積分技術(shù)計算�；诙螆鰸M足的Helmholtz方程,克服了數(shù)值模擬過程中源描述的困難以及源奇異性。三維線性方程組利用MUMPS因式分解軟件包進行求解,然后利用插值技術(shù)獲得全空間任意一點的矩形大定源頻率域電磁響應(yīng)。如果結(jié)合余弦變換,可實現(xiàn)矩形大定源瞬變電磁全空間三維正演模擬。通過與解析解和前人的研究成果進行對比,驗證了本論文提出的結(jié)合頻率域三維正演和余弦變換技術(shù)計算水平地形條件下三維瞬變電磁響應(yīng)的模擬方案是可行的。設(shè)計均勻半空間嵌入低阻異常體模型,模擬地面、地井和地空全空間矩形大定源觀測系統(tǒng)。通過估算早期時間道地下感應(yīng)渦流場的擴散范圍,設(shè)計矩形大回線外的觀測范圍。試算結(jié)果表明:(1)地面矩形回線源在地下激發(fā)的渦流場以“煙圈”的形式不斷向下擴散,隨著時間衰減,“煙圈”范圍擴大,強度減弱;低阻異常體對電磁場有“吸附”性質(zhì),低阻體產(chǎn)生的電磁場隨著時間延遲衰減較慢;(2)井中瞬變響應(yīng)受觀測位置影響較大,特別是異常體邊緣和異常體內(nèi)部,電壓剖面曲線在異常體位置附近變化較大,且中期時間道響應(yīng)可能會出現(xiàn)變號現(xiàn)象;(3)對于淺部工程地球物理勘查,在瞬變電磁的數(shù)據(jù)解釋和處理過程中,要充分考慮發(fā)射源幾何形狀的影響。頻率域三維反演借助非線性共軛梯度反演方法(NLCG)完成。非線性反演過程中不需要顯式地計算并且存儲靈敏度矩陣,只需計算靈敏度矩陣與向量的乘積,只需要一次正演和一次伴隨正演。分別設(shè)計簡單和復(fù)雜模型進行反演試算。對合成數(shù)據(jù)的反演結(jié)果表明:(1)非線性共軛梯度法具有全局收斂性質(zhì),可以較準確的反演出地下電性異常體的位置、大小和電阻率等地球物理信息;(2)在矩形大定源多源觀測系統(tǒng)中,不同位置的發(fā)射源對異常體具有不同的電磁耦合強度,所觀測到的數(shù)據(jù)具有更豐富的地下異常體信息,三維反演效果明顯;(3)對比三維反演結(jié)果和理論模型,充分證明了矩形大定源非線性共軛梯度三維頻率域反演的穩(wěn)定性。為了將上述的頻率域三維反演技術(shù)應(yīng)用于野外實測的矩形大定源瞬變電磁數(shù)據(jù)的解釋,需要開展如下的預(yù)處理工作。(1)對數(shù)據(jù)進行濾波和關(guān)斷時間矯正,得到理想階躍發(fā)射波形條件下的感應(yīng)電動勢數(shù)據(jù);(2)利用感應(yīng)電動勢和時間域磁場的積分關(guān)系,將感應(yīng)電動勢數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為時頻轉(zhuǎn)換所需的時間域磁場;(3)利用正則化反演技術(shù)完成時頻變換,獲得三維反演所需的頻率域電磁響應(yīng)的實部和虛部數(shù)據(jù);(4)采用NLCG對復(fù)磁場數(shù)據(jù)進行三維反演。將上述技術(shù)應(yīng)用到中國山西省沁水盆地東部邊緣的泊里井田工區(qū)采集的矩形大定源瞬變電磁數(shù)據(jù)的三維反演中,反演獲得的電阻率空間分布與測區(qū)實際的地質(zhì)模型基本一致,證明了本論文采用非線性共軛梯度反演技術(shù)對矩形大回線源瞬變電磁數(shù)據(jù)進行三維頻率域解釋是可靠的�；谡齽t化反演技術(shù)實現(xiàn)了瞬變電磁數(shù)據(jù)到頻率域響應(yīng)轉(zhuǎn)換和頻率域非線性共軛梯度法的融合,為瞬變電磁三維反演提供新的思路,為野外瞬變電磁數(shù)據(jù)的三維解釋開辟了新的途徑。
[Abstract]:......
【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】：2017
【分類號】：P631.325

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本文編號：1683195