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瞬变电磁大定源回线一维正演模拟研究

罗回国  
【摘要】:瞬变电磁法(Transient electromagnetic methods)是时间域电磁法之一(Time domain electromagnetic methods)简称TEM,属于地球物理电法勘探,是一种以电磁感应原理为基础的时间域人工场源的电磁勘探方法。利用线圈或接地电极观测二次场,通过对所观测的数据进行分析、提取和处理,从而到达解释地下矿体及相关物理参数的目的。大定源回线是瞬变电磁法的常用工作装置之一,其采用人工源方法,具有随机干扰小、发射磁矩大、分辨率高、勘探的深度大等优点。现在广泛应用于能源、矿产、水文、工程、环境等领域。 本文首先回顾了瞬变电磁法的发展历程,简要的介绍了瞬变电磁法的工作原理、特点、装置类型。从数据处理和解释方法、仪器等方面介绍了国内外发展现状及发展趋势。 其次在瞬变电磁法的基本理论知识基础上分别详细推导了在均匀半空间和各项同性水平层状介质的谐变电磁场、瞬变电磁场。通过汉克尔变换和Gaver‐Stehfest逆拉普拉斯变换将大定源回线频率域电磁场表达式转换成时间域电磁场表达式。最后根据瞬变电磁场求解出早期和晚期视电阻率解析表达式。因在实际工作中瞬变电磁法采集到的早期数据受关断效应的影响而表现出非常复杂的性质,用于解释会产生错误的结果,一般舍弃不用而都采用晚期视电阻率公式。故本文也采用晚期视电阻率方案。 再次利用大定源回线正演的数值算法,运用Matlab语言编写一维正演程序,实现正演模拟过程。分析了在二、三、四层地电模型下进行对比试验而得到的瞬变电磁响应和视电阻率的曲线特征,对瞬变电磁的资料处理解释具有指导意义。 最后在野外数据处理方面,针对大定源回线野外实际观测数据采用C++语言在Microsoft Visual2008平台上设计开发了一个数据资料处理软件,完成了实测数据的转换,实现单通道感应电动势、视电阻率衰减曲线图和多通道感应电动势、视电阻率剖图。这样有利于推断出地下地质体的感应电动势和视电阻率的衰减方向,反映出地质体的异常位置和形态,有利于推测其地质体的走向。对大定源回线资料定性解释有一定辅助作用。


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