基于時(shí)域有限差分的瞬變電磁法研究.pdf

1、瞬變電磁法(Transient electromagnetic methods,縮寫稱TEM)是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的時(shí)間域人工場源電磁勘探方法,具有探測深度大、分辨率高、信息豐富、施工效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在金屬礦藏、石油、天然氣的探測以及自然災(zāi)害的預(yù)防等諸多地球物理領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣。在TEM中,通過對瞬變電磁響應(yīng)信號(hào)的提取和處理,分析地下異常體的導(dǎo)電性、異常體大小和結(jié)構(gòu)形態(tài)等,從而達(dá)到找礦和解決各種地質(zhì)問題的目的。但是,目前還沒

2、有成熟可靠的TEM軟件,因此,開展 TEM方面的研究具有重要的實(shí)際意義。
　　在實(shí)際工程中,涉及的勘測問題一般是三維問題。因此,本文針對三維瞬變電磁法問題展開研究,利用時(shí)域有限差分算法實(shí)現(xiàn)了瞬變電磁法三維正演模擬。主要研究內(nèi)容有:
　　(1)引入Du Fort-Frankel方法建立地電電磁模型,并基于二階和四階差分對該模型進(jìn)行數(shù)值離散;詳細(xì)研究了地-空邊界條件,導(dǎo)出了瞬態(tài)場分量間的關(guān)系式,利用傅立葉變換和三次樣條差值等方法

3、實(shí)現(xiàn)了地-空邊界條件創(chuàng)建。
　　(2)實(shí)現(xiàn)了基于頻域磁偶極子的瞬變激勵(lì)源計(jì)算方法,同時(shí)研究了時(shí)域瞬變激勵(lì)源。從時(shí)域源模型出發(fā)建立了瞬變電磁法的初始條件;從頻率域源出發(fā),基于數(shù)值積分法和G-S數(shù)值計(jì)算法建立起通用的瞬變電磁初始條件;對比分析了這兩類激勵(lì)源的優(yōu)缺點(diǎn);最后,用解析結(jié)果對地表源擴(kuò)散方程數(shù)值算法可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)建立了多個(gè)地下異常體地電模型,包括高阻圍巖低阻異常體、分層電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)體等,接著對它們的瞬變電磁響

4、應(yīng)進(jìn)行了正演計(jì)算,對比并分析了異常體的響應(yīng)特性。最后還給出了電磁波在不同時(shí)刻的擴(kuò)散及與異常體相互作用的正演數(shù)值結(jié)果,清晰呈現(xiàn)了瞬變電磁法中的“煙圈”擴(kuò)散效應(yīng),并對地電模型電磁特性及產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析,為三維TEM反演的實(shí)現(xiàn)提供重要的正演依據(jù)。
　　(4)實(shí)現(xiàn)了基于頻域磁偶極子移動(dòng)源的瞬變電磁響應(yīng)正演計(jì)算方法。為提高模擬勘測的靈活性,更好地適應(yīng)實(shí)際勘測的需要,對移動(dòng)發(fā)射源的瞬變電磁響應(yīng)進(jìn)行了正演計(jì)算,給出了地表電動(dòng)勢響應(yīng)曲線和地下場