發(fā)布時間：2017-08-23 07:02

  本文關(guān)鍵詞：激發(fā)極化介質(zhì)三維瞬變電磁場數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 激發(fā)極化 極化率 瞬變電磁法 時域有限差分法 電性源

【摘要】：隨著地表礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)以及國家深部找礦戰(zhàn)略的實施,傳統(tǒng)的電磁勘探方法已不能滿足實際的需求,以大功率電性源為可控源的瞬變電磁法因其具有勘探深度大、分辨率高和抗干擾能力強(qiáng)等特點,越來越受到資源勘探界的重視,并其已廣泛的應(yīng)用在金屬礦產(chǎn)勘查、油氣藏動態(tài)監(jiān)測、地下水資源勘探、自然災(zāi)害的預(yù)報以及環(huán)境的監(jiān)測等方面。由于其資料處理解釋技術(shù)的落后,單一的電阻率參數(shù)反演解釋存在較大的非唯一性,準(zhǔn)確性難以提高,大大的限制了電性源瞬變電磁法的發(fā)展。實際的地球介質(zhì)在電磁場的作用下存在傳導(dǎo)與極化兩種電磁現(xiàn)象。為了弄清電性源瞬變電磁場在地球介質(zhì)中的傳播規(guī)律,提高其資料處理解釋水平、增加反演結(jié)果的可靠性,有必要考慮三維極化介質(zhì)條件下的瞬變電磁場的數(shù)學(xué)物理描述與計算問題。本論文采用交錯網(wǎng)格時域有限差分算法對復(fù)雜極化介質(zhì)模型的三維瞬變電磁場進(jìn)行數(shù)值模擬。從時間域麥克斯韋方程組出發(fā)推導(dǎo)出了電磁場計算的基本方程,采用D uFort-Frankel差分格式對其離散,從而實現(xiàn)了復(fù)雜介質(zhì)模型的三維瞬變電磁場正演模擬。在實現(xiàn)復(fù)雜介質(zhì)模型三維瞬變電磁場正演模擬的基礎(chǔ)上將表征激電效應(yīng)的時間域激電模型加入到正演模擬中,實現(xiàn)了激發(fā)極化介質(zhì)的三維瞬變電磁場正演模擬。論文在前人研究的基礎(chǔ)上,對激發(fā)極化介質(zhì)的三維瞬變電磁場正演模擬開展了系統(tǒng)的研究,主要的研究內(nèi)容及成果如下：1、基于D.Guptasarma算法推導(dǎo)出了階躍電流情況下的Cole-Cole模型、Dias模型以及GEMTIP模型的數(shù)值解,并在時間域研究了其相對應(yīng)的時譜特性。針對頻率相關(guān)系數(shù)c=0.5和c=1的情況下,基于逆拉普拉斯變換理論推導(dǎo)出了Cole-Cole模型和GEMTIP模型的時域解析解,并與數(shù)值解進(jìn)行對比驗證,驗證了時域解析解的正確性。這為在時間域直接引入極化信息提供了理論支持。2、推導(dǎo)了電偶極子源激發(fā)的電磁場的一維表達(dá)式。根據(jù)水平電偶極子激發(fā)的頻率域電磁場,利用貝塞爾函數(shù)與漢克爾變換之間的關(guān)系,求解出電偶極子激發(fā)的頻率域電磁場,再利用G-S變換將電偶極子產(chǎn)生的頻率域電磁場轉(zhuǎn)換成時間域的電磁場。電偶極子激發(fā)的時間域的電磁場主要用于驗證交錯網(wǎng)格時域有限差分法數(shù)值計算結(jié)果的正確性和作為三維正演模擬的初始場的計算。3、激發(fā)極化介質(zhì)瞬變電磁場一維正演模擬。將表征極化信息的時域激電模型從時間域引入,得到帶有極化信息的實電阻率,然后求解出其對應(yīng)的頻率域電磁場,再利用G-S變換得到帶有極化效應(yīng)的時間域電磁場,從而實現(xiàn)激發(fā)極化介質(zhì)瞬變電磁場的一維正演模擬。4、基于交錯網(wǎng)格時域有限差分法的激發(fā)極化介質(zhì)三維瞬變電磁場數(shù)值模擬。從時間域麥克斯韋方程組出發(fā)推導(dǎo)出電磁場計算的基本方程,采用DuFort-Frankel差分格式將其離散。在數(shù)值模擬時重點研究了數(shù)值穩(wěn)定性、邊界條件、時空剖分方法、初始計算時間、極化信息引入等關(guān)鍵技術(shù)。最后,對均勻半空間情況下的低阻極化體和高阻極化體等模型進(jìn)行了數(shù)值計算。本論文取得了以下創(chuàng)新性成果：1、在均勻半空間情況下,利用索墨菲爾德積分公式和�？朔e分公式,借助Mathematic推導(dǎo)出了當(dāng)電偶極子鋪設(shè)于地表時的電磁場的解析表達(dá)式,這使我們在初始場的計算時有效地避免了漢克爾變換,加快了初始場的計算速度,從而加快了三維正演模擬的速度。2、首次推導(dǎo)出了當(dāng)c=1和c=0.5情況下的階躍脈沖激發(fā)下的時間域激電模型的解析表達(dá)式,為激電信息在時間域的引入提供了可能,有利于研究激發(fā)極化介質(zhì)的時間域的電磁響應(yīng)。3、首次將Zhdanov基于廣義有效介質(zhì)理論提出的GEMTIP模型引入到電性源瞬變電磁場的正演計算中,實現(xiàn)了基于激發(fā)極化介質(zhì)的瞬變電磁場的正演模擬。本文已實現(xiàn)了激發(fā)極化介質(zhì)的電性源瞬變電磁場的三維正演模擬,但是在計算效率、FDTD算法穩(wěn)定性、邊界條件設(shè)置等方面還需要進(jìn)一步的研究,期望本文的研究成果對后續(xù)的研究提供幫助和借鑒。
【關(guān)鍵詞】：激發(fā)極化 極化率 瞬變電磁法 時域有限差分法 電性源
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P631.325
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRAcT6-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 電性源瞬變電磁法正演模擬研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 激發(fā)極化介質(zhì)的電性源瞬變電磁法研究現(xiàn)狀16
• 1.2.3 激發(fā)極化介質(zhì)瞬變電磁正演模擬中存在的主要問題16-18
• 1.3 研究內(nèi)容18-19
• 1.4 主要研究成果與創(chuàng)新點19-21
• 1.4.1 主要研究成果19-20
• 1.4.2 主要創(chuàng)新點20-21
• 第2章 激發(fā)極化介質(zhì)理論21-41
• 2.1 巖、礦石的激發(fā)極化機(jī)理21-24
• 2.1.1 電子導(dǎo)體的激發(fā)極化機(jī)理21-22
• 2.1.2 離子導(dǎo)體激發(fā)極化機(jī)理22-24
• 2.2 巖礦石的時域與頻域激發(fā)極化特性24-39
• 2.3 本章小結(jié)39-41
• 第3章 基于極化介質(zhì)的瞬變電磁場正演模擬方法41-56
• 3.1 頻域法41-42
• 3.2 時域法42-44
• 3.3 頻域法與時域法對比44-46
• 3.4 不同激電參數(shù)影響規(guī)律46-54
• 3.4.1 Cole-Cole模型46-49
• 3.4.2 Dias模型49-51
• 3.4.3 GEMTIP模型51-54
• 3.5 本章小結(jié)54-56
• 第4章 層狀極化介質(zhì)電性源激發(fā)的瞬變電磁場56-82
• 4.1 麥克斯韋方程組及其基本解56-60
• 4.1.1 麥克斯韋方程組56-57
• 4.1.2 互補(bǔ)解57-59
• 4.1.3 通解59-60
• 4.2 層狀介質(zhì)情況下電性源產(chǎn)生的瞬變電磁場60-65
• 4.2.1 電偶極子產(chǎn)生的頻率域電磁場61-63
• 4.2.2 電偶極子產(chǎn)生的時間域電磁場63-65
• 4.3 電偶極子源在均勻半空間地中形成的瞬變電磁場65-71
• 4.4 激發(fā)極化介質(zhì)的電性源瞬變電磁法一維正演71-81
• 4.4.1 基于Cole-Cole模型的激發(fā)極化介質(zhì)正演模擬73-77
• 4.4.2 基于Dias模型的激發(fā)極化介質(zhì)正演模擬77-79
• 4.4.3 基于GEMTIP模型的激發(fā)極化介質(zhì)正演模擬79-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第5章 電性源瞬變電磁場三維FDTD算法理論82-94
• 5.1 YEE元胞及其基本控制方程82-85
• 5.2 麥克斯韋方程組的離散化85-90
• 5.3 邊界條件90-91
• 5.3.1 地空邊界條件90-91
• 5.3.2 底邊界和兩側(cè)邊界91
• 5.4 FDTD算法的數(shù)值穩(wěn)定性91-92
• 5.5 本章小結(jié)92-94
• 第6章 激發(fā)極化介質(zhì)三維正演模擬及算法驗證94-104
• 6.1 算法驗證94-97
• 6.1.1 均勻半空間響應(yīng)計算94-95
• 6.1.2 層狀極化介質(zhì)模型95-97
• 6.2 激發(fā)極化介質(zhì)的三維正演97-103
• 6.2.1 均勻半空間中的低阻極化體98-100
• 6.2.2 均勻半空間中的高阻極化體100-103
• 6.3 本章小結(jié)103-104
• 第7章 主要研究成果及展望104-108
• 7.1 主要研究成果104-105
• 7.2 進(jìn)一步研究計劃105
• 7.3 問題討論105-108
• 致謝108-109
• 參考文獻(xiàn)109-115
• 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文115-116
• 個人簡介116-117

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孟永良,羅延鐘,昌彥君;時間譜電阻率法的二維正演算法[J];地球科學(xué);2000年06期

2 羅延鐘,昌彥君;G-S變換的快速算法[J];地球物理學(xué)報;2000年05期

3 嚴(yán)良俊,胡文寶,陳清禮,胡家華;長偏移距瞬變電磁測深法在碳酸鹽巖覆蓋區(qū)落實局部構(gòu)造的應(yīng)用效果[J];地震地質(zhì);2001年02期

4 劉瑞德,梅巖輝,黃力軍;電性源瞬變電磁快速反演解釋方法[J];工程地球物理學(xué)報;2005年01期

5 周楠楠;薛國強(qiáng);王賀元;;點電荷微元與偶極子源的時域電磁場響應(yīng)對比(英文)[J];Applied Geophysics;2013年03期

6 嚴(yán)良俊，，胡文寶;瞬變電磁測深一維反演及結(jié)果分析[J];江漢石油學(xué)院學(xué)報;1994年S1期

7 陳明生,田小波;電偶源瞬變電磁測深研究(五)——實測感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換成垂直磁場[J];煤田地質(zhì)與勘探;1999年05期

8 閆述;傅俏;王剛;曾雪枝;;復(fù)雜3D瞬變電磁場FDTD模擬中需要解決的問題[J];煤田地質(zhì)與勘探;2007年02期

9 陳明生,解海軍;電偶源瞬變電磁測深研究(三)——大地表面瞬變電磁場[J];煤田地質(zhì)與勘探;1999年03期

10 嚴(yán)良俊,胡文寶,陳清禮,胡家華;長偏移距瞬變電磁測深的全區(qū)視電阻率求取及快速反演方法[J];石油地球物理勘探;1999年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 吳小平;TEM中寬頻激勵源及單脈沖測深方法研究[D];中南大學(xué);2010年

2 張雙獅;海洋可控源電磁法三維時域有限差分?jǐn)?shù)值模擬[D];成都理工大學(xué);2013年

3 孫懷鳳;隧道含水構(gòu)造三維瞬變電磁場響應(yīng)特征及突水災(zāi)害源預(yù)報研究[D];山東大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 鄧琰;電偶源瞬變電磁測深淺層探測問題的理論研究[D];西安科技大學(xué);2011年

2 張曉爽;時域電性源地空二維電磁響應(yīng)數(shù)值計算[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號：723615