可控源音频大地电磁三维正演理论与实践
  • 【摘要】

    可控源音频大地电磁(ControlledSourceAudio-frequencyMagnetotelluricsCSAMT)具有勘探深度大、分辨率高、高阻屏蔽作用小和观测效率高等优点,近年来在矿山、地热、水资源、油气等资源勘探中发挥了重要作用。但CSAMT数据处理的方法确一直比较滞后,迄今为止,大多数成熟的CSAMT数据处理的方法都处于二维阶段。这些二维的CSAMT正演算法,大部分都是在特定的简... 展开>>可控源音频大地电磁(ControlledSourceAudio-frequencyMagnetotelluricsCSAMT)具有勘探深度大、分辨率高、高阻屏蔽作用小和观测效率高等优点,近年来在矿山、地热、水资源、油气等资源勘探中发挥了重要作用。但CSAMT数据处理的方法确一直比较滞后,迄今为止,大多数成熟的CSAMT数据处理的方法都处于二维阶段。这些二维的CSAMT正演算法,大部分都是在特定的简化条件下完成的,对于复杂地质构造问题计算误差较大,满足不了反演的要求。使用三维反演方法是提高CSAMT资料解释效果的必由之路,而三维模型正演又是反演的基础,因此,改进与完善CSAMT法三维模型正演,对进一步提高CSAMT资料解释水平和方法的应用效果具有理论和现实意义。
       本文首先介绍了各向同性水平层状大地上电偶极子的电磁场及快速汉克变换算法,将该方法的计算结果与已发表文章中的模型进行了对比分析,视电阻率曲线图吻合情况较好,说明采用快速汉克尔变换算法进行一维正演研究是可行的。但对于较复杂地下构造,采用一维正演计算误差较大,满足不了反演的要求。
       其次在项目组的研究基础上,利用有限单元算法,将研究区域划分成帕斯卡三角单元,实现了CSAMT二维正演。计算了不同模型下的数值模拟结果,并与其对应的解析解进行对比分析,该数值模拟结果中在10000m以内可达到较为满意的精度。同时,对异常体进行了正演模拟,可以得到响应异常反映的效果。虽然在高频部分拟合效果很好,但是在低频部分误差较大,满足不了要求。
       再次对三维有限元数值模拟进行了研究,将研究区域划分为四面体来进行计算。本文的创新之处在于引入A-Φ方法,将所需要求解的磁场和电场表示成A(磁矢势)和Φ(电标势)的形式。采用不连续Galerkin有限元法求解电磁场的A和Φ,对所形成的一个不对称大型线性矩阵,再采用的QMR方法来进行求解。研究表明QMR方法对于一些特殊类型的线性方程组,通过选取特殊的子空间,使得每步迭代所得残量的第2范数在该子空间中能达到极小值,这样既可以减少计算量,同时又可以加快收敛速度。
       最后,给出了不同模型下的视电阻率等值线图,这些模型的结果表明:对低阻异常体的分辨能力要明显高于对高阻体的分辨能力;在主测线上异常体的显示效果较两旁测线上异常体的显示效果好;随着频率的降低,趋肤深度的增大,电磁波对地下异常体的分辨率降低。
       总之三维模型的有限元数值模拟获得了较为可靠的结果,这为三维CSAMT反演奠定了一定的基础,具有良好的实用前景。 收起<<

  • 【作者】

    吴桂桔 

  • 【学科专业】

    地球探测与信息技术

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    中国地质大学(武汉)

  • 【导师姓名】

    胡祥云

  • 【学位年度】

    2012

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    可控源音频大地电磁法  不连续Galerkin  三维数值模拟  有限元法