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利用大地电磁数据同时反演电阻率与磁化率的算法研究

刘应冬  
【摘要】:大地电磁法(magnetotelluric,MT)是由原苏联学者吉洪诺夫和法国学者卡尼亚尔提出来的一种天然源电磁法。它具有不需要人工场源,施工简单,勘探深度大,不受高阻屏蔽的影响,对低阻层有较高的分辨能力等优点,经过六十余年的深入研究和发展,MT已成为电磁法勘探中最为重要和成熟的方法之一。 电阻率和磁化率都是大地电磁重要的参数,但常规的大地电磁数据处理方法一般假定地下介质是无磁性的,仅选取电阻率作为反演对象。通常这种假定是成立的,但在火成岩地区以及含有大量铁磁性矿物地区进行MT勘探工作,如果仍忽略磁化率的影响,将会引起电阻率反演的失真。本论文选取电阻率和磁化率两个参数作为反演研究对象,利用Occam二维反演方法实现大地电磁数据同时反演电阻率和磁化率参数。论文从以下三个方面完成研究工作。 首先,介绍了岩矿石的导电性和导磁性两个电磁学基本性质,给出了不同岩矿石的电阻率、磁化率数值范围,并简要介绍了基本电磁学理论及公式。 其次,正演方面,推导了电阻率和磁化率同为变量参数的大地电磁二维正演公式,然后利用有限单元法(Finit Element Method-FEM)进行二维正演模拟。通过计算表明,磁化率参数对大地电磁正演响应是有影响的,当k=0.01单位时,就能分辨出磁化率对正演响应的影响,随着磁化率的增大,对正演响应结果的影响越加明显。同时,对于相同地质模型,磁化率的变化对大地电磁TM模式的正演响应影响大于TE模式;对高阻异常体的影响大于低阻异常体。 反演研究中,推导出了TE、TM模式的观测数据对电阻率、磁化率模型参数的偏导数矩阵,分别建立电阻率、磁化率参数的Occam二维反演目标函数,通过加权得到同时反演电阻率和磁化率参数的目标函数。完善新反演方法的程序代码编写,建立不同理论地质模型,进行反演算法论证,结果表明,对于层状介质和单一低阻棱柱体,电阻率和磁化率反演结果都能很好的吻合理论模型,反演结果良好。对于组合棱柱体模型,磁化率反演结果有所失真。通过实测数据反演表明,反演获得磁化率分布,对解释地下断面具有极大的参考价值。以“电阻率为主,磁化率为辅”的解释思路,互相佐证,便能较好反映地质构造,较为准确的圈定和识别区域岩性特征。最后得出结论和建议。


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