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《中国地质大学》 2007年
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CSAMT二维正演研究

龚强  
【摘要】: 目前国内大多数CSAMT资料处理都用一维反演方法,即假定地球介质是水平层状地电结构,这对于横向变化较大的介质结构的反演则是不真实的。为了合理的模拟可控信号源的三维特征应该使用三维有限元方法。受计算机内存和计算速度的限制,三维方法的实用化受到限制。在许多情况下,地电结构沿走向变化很小,只沿倾向发生变化。这种地电结构是二维的,而人工源是三维的,因此CSAMT资料的观测可用2.5维有限元方法进行数值模拟。本文从麦克斯韦方程组出发,建立了2.5维有限元CSAMT数值模拟方法,其核心是把地电参数变化小的走向方向通过傅立叶变换转化成波数域,用一系列波数模拟二维波数域电磁场的特征。用横向均匀的三层地电结构模型展示了2.5维数值模拟的特征,并和一维模拟结果进行了比较,证实了有限元方法2.5维CSAMT数值模拟的可靠性。在此基础上对地电结构已知的实际模型进行了2.5维数值模拟,计算其电磁场值,视电阻率和视阻抗相位,从而判断此2.5维数值模拟的正确性。为2.5维反演打下基础。 本文首先调研了CSAMT国内外的研究现状,确定研究的突破点和创新点在于通过反傅立叶变换,求出侧面剖面十公里范围内电磁场的变化特征,并与一维模型的解析解进行对比,了解二维模拟的精度。在第二章中,研究一维地电模型条件水平电偶源的理论公式和解析解,利用快速汉克变换滤波系数法,做了一维正演计算,并与前人相同地电模型下的解析解进行对比,确定了一维正演程序的可靠性和正确性,进而为验证二维有限单元算法做基础。第三章,具体讨论了沿构造方向地电结构不变或变化较小的条件下,在该方向做傅立叶变换,变换到波数域,通过麦克斯韦方程组及电磁场边界条件,建立电偶源情况下电磁场满足的偏微分方程组,然后通过泛函建立与偏微分方程组等价的变分问题。第四章,详细介绍变分问题下有限单元数值计算方法,包括三角单元剖分,线性方程组的建立,下三角的存储和线性方程组的简化,电磁场其它分量的求取。由于在有限单元算法中采用了二次场算法,线性方程组的求解需要波数域一次场的电磁场值,所以第五章详细推导了波数域电磁场一次场的求解公式。求解到波数域电磁场场值后,需要做反傅立叶变换才能得到常用空间域的电磁场值,第六章则详细介绍了反傅立叶变换的理论和方法。为了检验有限单元算法的正确性,需要做一维地电条件下有限单元数值解和解析解的对比,在第七章,本文详细列出了H型、K型、KH型地电结构下有限单元数值解和解析解的对比图及误差图,对比的场值包括Ex、Hy和Hz,对比剖面包括1公里处、2公里处、4公里处、6公里处、8公里处、10公里处、12公里处;频率范围为10~(-2)~10~4Hz。为进一步验证有限单元二维正演的有效性,在第八章做了中间低阻体和中间高阻体两种二维模型的二维正演计算,绘出了这两种模型条件下的视电阻率图和视相位图。 由于可控音频大地电磁采用的是人工源,所以比起天然源有很高的信躁比,即使在有工业干扰的地区,也可以获得较好的信躁比。近年来,CSAMT方法在国内外打开了应用局面,并取得了显著的效果。该方法广泛应用在地下水资源勘察、地热勘察、工程物探、金属矿勘查、煤田地质灾害预测等领域。 本文利用有限单元算法,实现了电偶源二维正演程序。其创新点在于,在二维地电结构下,x方向布源,通过逆傅立叶变换算出侧面剖面12公里以内的电磁场特征值,并做了一维地电结构条件下有限单元算法结果和解析解的比较,从而验证该有限单元算法的准确性。另外,本文还做了两种异常体条件下的电磁场正演结果。 通过有限单元数值模拟的结果和解析解的对比,认为该正演结果在10公里以内可以达到较满意的精度。通过对异常体的正演模拟,得到了反映异常的效果,因此认为该正演程序有效,在低频情况下做适当改进方可用来做静校正,近场校正和二维反演。 不足之处在于,低频(频率小于10Hz)时,有限单元算法和解析解结果相差较大,需要做理论上及算法的探讨和研究。随着侧面剖面y值的增大,有限单元算法和解析解结果的误差随之增大,这是由于逆傅立叶变换波数选取的范围不够,以及在波数域中电磁场的变化曲线拟合程度不够。在靠近有限单元网格的边缘,数值模拟结果和解析解结果误差也较大,这就要求网格的剖分要合适,边界网格要够大。靠近源的测点电磁场值也算不准确,因为在有源的地方,电磁场趋近无穷大,电磁场边界条件不满足。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P631.3

【引证文献】
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2 吴艳辉;王璞珺;吴颜雄;丁日新;唐华风;;火山岩储层流动单元识别与刻画——以松辽盆地营城组为例[J];地球物理学进展;2011年06期
3 何梅兴;胡祥云;叶益信;罗文行;;2.5维可控源音频大地电磁法Occam反演理论及应用[J];地球物理学进展;2011年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 肖明顺;带地形的瞬变电磁2.5维有限元数值模拟研究[D];中国地质大学;2008年
2 何明峰;CSAMT法在深埋长大隧道勘察中的应用与研究[D];西南交通大学;2010年
3 王顺国;磁性源广域电磁法2.5维正演[D];中南大学;2012年
4 李晋津;可控源音频大地电磁法二维Occam反演研究[D];中国地质大学(北京);2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 底青云,Martyn Unsworth,王妙月;有限元法2.5维CSAMT数值模拟[J];地球物理学进展;2004年02期
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10 王赟,杨德义,石昆法;CSAMT法基本理论及在工程中的应用[J];煤炭学报;2002年04期
【共引文献】
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4 尚通晓;李桐林;关艺晓;李建平;林品荣;;CSAMT一维全区反演[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年S1期
5 杨晓弘;何继善;;频率域激发极化法有限元数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2008年04期
6 孙章庆;孙建国;张东良;;二维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年03期
7 张继锋;汤井田;喻言;刘长生;;基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年05期
8 孙章庆;孙建国;张东良;;2.5维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年02期
9 林家勇;汤井田;丁茂斌;杨晓弘;杨树云;;复杂地形条件下激发极化有限单元法三维数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年05期
10 孙建国;;论直流电位场拟解析近似中的电位与电荷反射函数的物理意义[J];吉林大学学报(地球科学版);2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 E.A.Elzein Mohammed;;The Effect and Application of Single Components in CSAMT[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(下)[C];2012年
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3 岳安平;底青云;石昆法;;从CSAMT信号中提取IP信息探讨[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第七卷)[C];2008年
4 薛国强;李貅;底青云;;瞬变电磁法正反演问题研究进展[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
5 底青云;王妙月;王若;王光杰;;长偶极大功率可控源电磁波响应特征研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
6 李帝铨;王光杰;底青云;王妙月;王若;;基于遗传算法的CSAMT最小构造反演[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
7 李帝铨;底青云;王妙月;;电离层-空气层-地球介质耦合下大尺度大功率可控源电磁波响应特征研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(下)[C];2011年
8 付长民;底青云;王妙月;;计算层状介质中电磁场的层矩阵法[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(下)[C];2011年
9 王若;王妙月;底青云;王光杰;;源与勘探区间的异常体对勘探区的影响[A];工程地质力学创新与发展暨工程地质研究室成立50周年学术研讨会论文集[C];2008年
10 安志国;黄兆辉;底青云;王光杰;;静态校正在隧道勘查中的研究[A];工程地质力学创新与发展暨工程地质研究室成立50周年学术研讨会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘俊昌;大地电磁测深时间域拓扑处理去静态方法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
2 李小康;基于MPI的频率域航空电磁法有限元二维正演并行计算研究[D];中国地质大学(北京);2011年
3 张帆;基于MPI和GPU直流电法和大地电磁法三维正演的并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
4 邓居智;可控源音频大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2011年
5 朱超;大瑞铁路罗家村隧道地质环境与工程稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
6 徐汶东;CSAMT中的IP效应影响及应用研究[D];吉林大学;2011年
7 张东良;起伏地表条件下的直流电场有限差分数值模拟[D];吉林大学;2011年
8 王艳;深部矿产资源的时频联合电磁探测方法研究[D];吉林大学;2011年
9 刘云鹤;三维可控源电磁法非线性共轭梯度反演研究[D];吉林大学;2011年
10 陶青;基于SOI波导非线性效应的光脉冲开关设计及分析[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李成森;电阻率成像技术在煤矿防治水方面的应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 蔡明锋;矿井工作面突水力电耦合场数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
3 崔阳;复杂地质构造条件隧道施工设计方案与衬砌检测评价[D];长沙理工大学;2010年
4 赵会会;物探方法在云南公路深埋长隧道地质勘察中的应用研究[D];昆明理工大学;2009年
5 王进朝;云南绿春县大马尖山铜多金属矿区成矿预测研究[D];昆明理工大学;2009年
6 王金芳;电法在山西五台东腰庄金矿找矿中的应用研究[D];石家庄经济学院;2010年
7 许乐红;高密度电阻率法数据优选算法研究[D];中国地质大学(北京);2011年
8 刘俊华;数据空间电阻率二维反演研究[D];中国地质大学(北京);2011年
9 刘涵;直流电法二维电性锐变边界模型反演研究[D];中国地质大学(北京);2011年
10 牛志飞;电磁测深方法在铁道路基勘查中的应用研究[D];中国地质大学(北京);2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王璞珺,迟元林,刘万洙,程日辉,单玄龙,任延广;松辽盆地火山岩相:类型、特征和储层意义[J];吉林大学学报(地球科学版);2003年04期
2 熊彬;大回线瞬变电磁法全区视电阻率的逆样条插值计算[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年04期
3 王璞珺;吴河勇;庞颜明;门广田;任延广;刘万洙;边伟华;;松辽盆地火山岩相:相序、相模式与储层物性的定量关系[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年05期
4 唐海发;彭仕宓;赵彦超;;致密砂岩气藏储层流动单元划分方法及随机模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年03期
5 汤井田;周聪;张林成;;CSAMT电场y方向视电阻率的定义及研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2011年02期
6 胡清龙;王绪本;沙椿;高树全;闵刚;苏永军;;垂直磁偶极子2.5维正演模拟[J];成都理工大学学报(自然科学版);2010年03期
7 吴胜和,王仲林;陆相储层流动单元研究的新思路[J];沉积学报;1999年02期
8 孟永良,罗延钟,昌彦君;时间谱电阻率法的二维正演算法[J];地球科学;2000年06期
9 黄临平,戴世坤;复杂条件下3D电磁场有限元计算方法[J];地球科学;2002年06期
10 姚光庆,赵彦超,张森龙;新民油田低渗细粒储集砂岩岩石物理相研究[J];地球科学;1995年03期
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1 樊战军;卿敏;于爱军;李文良;徐德利;陈孝强;吕喜旺;;EH4电磁成像系统在金矿勘查中的应用[A];勘探地球物理2007年学术交流会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 邓居智;可控源音频大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2011年
2 孙鸿雁;可控源音频大地电磁法地形影响及校正方法的对比研究与应用[D];中国地质大学(北京);2005年
3 徐凯军;2.5维复电阻率电磁场正反演研究[D];吉林大学;2007年
4 赵广茂;带地形的复电阻率2.5维电磁场正反演研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖怀宇;带地形的瞬变电磁法三维数值模拟[D];中国地质大学(北京);2006年
2 司华陆;大地电磁三维正反演算法对比研究[D];中国地质大学(北京);2006年
3 黄兆辉;CSAMT方法中静态问题及其相关反演研究[D];中国地质大学(北京);2006年
4 胡善政;可控源音频大地电磁法三维数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2006年
5 周刚;人工源电磁法二维半问题等参有限元法数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2006年
6 王勇;基于遗传算法的CSAMT反演研究与应用[D];中国地质大学(北京);2006年
7 侯云廷;隧道地质调查中综合物探方法的应用研究[D];中国地质大学(北京);2006年
8 陈辉;可控源音频大地电磁法静态效应校正技术及其方法研究[D];中国地质大学(北京);2007年
9 张志厚;CSAMT数据处理反演解释系统的实现[D];吉林大学;2007年
10 尚通晓;双极源CSAMT一维全区反演[D];吉林大学;2008年
【二级引证文献】
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1 李建慧;朱自强;曾思红;刘树才;;瞬变电磁法正演计算进展[J];地球物理学进展;2012年04期
2 杨龙彬;张胜业;雷胜兰;张玲玲;鲁杏;程怀蒙;杜振华;刘文才;;西准噶尔包古图地区岩体三维电性及深部结构特征[J];地球科学(中国地质大学学报);2014年05期
3 白国龙;金永明;;CSAMT法在深部找矿中的应用[J];科技传播;2011年18期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 余传涛;含激电效应的CSAMT二维正演与联合反演应用研究[D];太原理工大学;2012年
2 杜瑞庆;深部铁矿勘探的地球物理找矿模式研究[D];中国地质大学(北京);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 周俊杰;航空瞬变电磁法2.5维正演模拟研究[D];中南大学;2011年
2 许伟;CSAMT在深埋长隧道勘察中的研究与应用[D];西南交通大学;2011年
3 刘洋;高频大地电磁法在隧道勘察与探测中的应用研究[D];西南交通大学;2011年
4 张影;含山县陶厂硬石膏矿控水构造特征及水害防治研究[D];安徽理工大学;2012年
5 张斌;可控源音频大地电磁二维正反演研究[D];中国地质大学(北京);2012年
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7 袁博;广域电磁法E-E_r数值模拟[D];中南大学;2013年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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4 底青云,王妙月,石昆法,张庚利,李英贤,王若,胡祥云;V6多功能系统及其在CSAMT勘查应用中的效果[J];地球物理学进展;2002年04期
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7 胡建德;电法勘探中的数学模型[J];数学的实践与认识;2004年02期
8 王赟,杨德义,石昆法;CSAMT法基本理论及在工程中的应用[J];煤炭学报;2002年04期
9 赵晓鸣;张恩力;米晓利;何兰芳;余才盛;;CSAMT资料处理中的静校正问题[J];工程地球物理学报;2008年03期
10 王光杰;王勇;李帝铨;付长民;张贵宾;;基于遗传算法CSAMT反演计算研究[J];地球物理学进展;2006年04期
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3 冒我冬;吴海涛;朱金华;;CSAMT法在煤矿防治水方面的应用[A];山东地球物理六十年[C];2009年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王锦榕 陈文林;福建四个省资项目找煤三千多万吨[N];中国矿业报;2009年
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3 记者 王锦榕;福建尤溪县首次发现千万吨级煤矿区[N];中煤地质报;2010年
4 高广超;综合物探效果独特[N];中国矿业报;2003年
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8 张蕊;河南地矿局物勘队添利器[N];地质勘查导报;2009年
9 ;世界著名矿床百例(下)[N];中国矿业报;2010年
10 记者 王锦榕 通讯员 于丽梅 王金和;福建清流首次发现千万吨级煤矿[N];中煤地质报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈锐;CSAMT三维交错采样有限差分数值模拟并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2012年
2 余传涛;含激电效应的CSAMT二维正演与联合反演应用研究[D];太原理工大学;2012年
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5 王艳;深部矿产资源的时频联合电磁探测方法研究[D];吉林大学;2011年
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7 杜瑞庆;深部铁矿勘探的地球物理找矿模式研究[D];中国地质大学(北京);2013年
8 余友;电磁测深中极值的研究及其应用[D];中南大学;2012年
9 佟铁钢;E-Hz广域电磁方法研究[D];中南大学;2010年
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1 何明峰;CSAMT法在深埋长大隧道勘察中的应用与研究[D];西南交通大学;2010年
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3 许伟;CSAMT在深埋长隧道勘察中的研究与应用[D];西南交通大学;2011年
4 时彬;CSAMT在深部矿产勘查中的研究与应用[D];吉林大学;2012年
5 白国龙;CSAMT法在青海省木里地区煤田勘查中的应用分析研究[D];中国地质大学(北京);2013年
6 马跃;CSAMT法在高速公路隧道勘察中的应用与研究[D];成都理工大学;2013年
7 葛伟男;2.5-D CSAMT有限元正演模拟[D];中南大学;2012年
8 谭章坤;CSAMT在深部勘探中的效果研究[D];成都理工大学;2013年
9 孟庆奎;张量CSAMT数据采集与处理技术初步研究[D];中国地质科学院;2013年
10 袁伟;CSAMT一维正反演与场源效应研究[D];成都理工大学;2013年
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