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可控源音频大地电磁法一维正反演研究

作　者: 张健
导　师: 胡平；王绪本
学　校: 成都理工大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 可控源大地电磁法快速汉克尔变换电偶源层状介质正反演
分类号: P631.325
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotellurics,简称CSAMT法)是一种频率域电磁测深方法。其原理是采用人工源激发交变电磁场,通过观测电磁响应来计算波阻抗及视电阻率响应。频率域可控源大地电磁法沿用了AMT的测量方式,人工源采用磁性源和电性源两种方式,由于电性源CSAMT法探测深度较大,多用于煤田探测、地热、油气和固体矿产深部找矿等,本文只研究电偶极源。本文在前人的基础之上推导了水平层状介质电偶源频率域电磁场各个分量公式,正演计算过程中引入前人的两种线性滤波系数对汉克尔积分进行了求解,自己编制了FORTRAN程序实现了正演计算。在反演方法的选择上吸收采纳了前人的建议并对其进行了适当的修改,通过对多种模型的数值模拟实现了可控源音频大地电磁法的一维全资料反演。正演计算:首先假设地层为水平层状,对于均匀各向异性介质中电偶源形成的电磁场而言,将麦克斯韦方程组变换成频率域的形式;在符合物理意义的情况下通过数学方法将其转换为直角坐标系下场分量,最终得到层状介质下的正演计算公式,其中最为关键的问题是解决汉克尔变换。对于汉克尔变换,本文作者采用两套线性数字滤波系数,对比分析均匀半空间下了两套线性数字滤波系数的计算精度和计算速度,得到了一些有价值的结论,其中第二套滤波方案是首次应用在CSAMT一维正演模拟中,经过正演模拟结果显示效果较好,也算是作者的一点点创新。在推导了正演公式后,作者编写了可控源音频大地电磁一维正演程序,并对大量模型进行了数值模拟,包括H、K、A、Q等典型地电模型,同时分析了正演响应曲线的形态,做了大量的对比试验,对于可控源电磁法的处理解释有指导意义。反演成像:可控源音频大地电磁法目前多用线性反演,本文利用博斯蒂克反演结果作为初始模型,最优化反演采用广义逆线性反演方法。最优化反演中初始模型选取的好坏直接影响了反演过程,博斯蒂克反演作为一种快速成像方法在大地电磁理论中具有广泛的应用,尽管结果不够精确,但是运算简便,能直观地给出地下电阻率随深度的变化形式,利用其结果作为初始模型后可以得到较合理的初始值。后期使用广义逆反演方法对几种典型地电模型进行反演后,得到较好的结果。经过对比分析,综合运用以上两种方法,以博斯蒂克快速反演做定性解释;再以博斯蒂克反演的结果作为广义逆反演的初始模型,做精细反演,试验证明两种方法相结合不仅可以提高反演的计算效率,计算结果也更接近真实模型。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-14
  1.1 研究目的与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本文研究的主要内容  12-14
    1.3.1 水平层状介质下电偶源电磁响应正演理论  12
    1.3.2 多种模型下可控源电磁响应曲线特征分析  12-13
    1.3.3 CSAMT 一维反演  13-14
第2章 CSAMT 一维正演理论  14-27
  2.1 电磁场的基本方程  14-15
  2.2 水平电偶源电磁场的正演理论  15-20
    2.2.1 层状介质情况下电偶极源的电磁场  15-20
  2.3 快速汉克尔变换的数值计算  20-27
    2.3.1 Guptasarma 和Singh 线性数值滤波  20-24
    2.3.2 两种滤波系数方案的比较  24-27
第3章可控源电磁响应的正演模拟  27-50
  3.1 两层地电模型下的电偶源响应特征分析  27-31
    3.1.1 G 型地电模型  27-30
    3.1.2 D 型地电模型  30-31
  3.2 三层地电模型下电偶源响应特征分析  31-41
    3.2.1 H 型地电模型  32-34
    3.2.2 A 型地电模型  34-36
    3.2.3 K 型地电模型  36-39
    3.2.4 Q 型地电模型  39-41
  3.3 多层地电模型下电偶源响应特征分析  41-46
    3.3.1 HK 型四层地电模型  41-43
    3.3.2 KH 型四层地电模型  43-44
    3.3.3 HKH 型五层地电模型  44-46
  3.4 CSAMT 与MT 一维正演模拟对比  46-48
    3.4.1 三层地电模型对比  46-47
    3.4.2 四层地电模型对比  47-48
    3.4.3 五层地电模型对比  48
  3.5 本章小结  48-50
第4章 CSAMT 一维反演  50-62
  4.1 博斯蒂克反演  50-53
    4.1.1 三层地电模型的博斯蒂克反演  51-53
    4.1.2 多层地电模型的博斯蒂克反演  53
  4.2 基于广义逆思想的奇异值分解法  53-57
    4.2.1 广义线性反演方法  53-56
    4.2.2 奇异值分解（SVD）  56-57
  4.3 算例  57-61
  4.4 本章小结  61-62
结论  62-64
  本文研究主要结论  62
  存在的问题和建议  62-64
致谢  64-66
参考文献  66-69
攻读学位期间取得学术成果  69

可控源音频大地电磁法一维正反演研究

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