計(jì)及位移電流的瞬變電磁法一維正反演研究.pdf

1、工程與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)成為人們研究和關(guān)注的重點(diǎn)，這些地質(zhì)問(wèn)題大多涉及到淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的探測(cè)。由于瞬變電磁儀器具有關(guān)斷時(shí)間，使儀器記錄或處理的數(shù)據(jù)都丟失了早期淺層的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致地下20m左右的深度會(huì)有一個(gè)不能探測(cè)的“盲區(qū)”。隨著儀器和器件水平的發(fā)展，發(fā)射電流關(guān)斷時(shí)間已經(jīng)縮短到μs級(jí)，甚至ns級(jí)，可以為“盲區(qū)”探測(cè)提供條件，可是快速關(guān)斷電流所對(duì)應(yīng)的頻率已經(jīng)達(dá)到10MHz~100MHz級(jí)，此時(shí)位移電流的影響已經(jīng)無(wú)法忽略。由于儀器具有關(guān)斷時(shí)間，會(huì)對(duì)

2、早期的數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響，因此需要對(duì)關(guān)斷效應(yīng)進(jìn)行校正，而現(xiàn)有校正方法的理論基礎(chǔ)都沒(méi)有考慮位移電流。瞬變電磁一維反演中常用的手段有“煙圈”反演和最優(yōu)化反演?！盁熑Α狈囱菔墙频姆囱莘椒?，不需要初始模型，反演速度較快，但不能夠擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)。最優(yōu)化方法中最常用的是最小二乘法，最小二乘法反演能夠擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)，但在層數(shù)較多時(shí)，反演的精度較差、速度較慢。
　　對(duì)于以上提出的問(wèn)題，本文首先推導(dǎo)了計(jì)及位移電流下垂直磁偶極子和大回線源的頻域響應(yīng)，再

3、經(jīng)過(guò)時(shí)-頻變換方法求解時(shí)域響應(yīng)。在頻域響應(yīng)求解中會(huì)涉及漢克爾變換，本文提出了基于haar小波分解核函數(shù)的方法，該方法具有良好抗噪性能和顯著的計(jì)算穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了變換和去噪的結(jié)合。時(shí)-頻轉(zhuǎn)換方法中采用了Gaver-Stehfest逆拉式變換方法（簡(jiǎn)稱G-S變換），仿真結(jié)果表明16點(diǎn)濾波系數(shù)的G-S變換的精度較高，可以用于時(shí)域響應(yīng)的求解。
　　在理論推導(dǎo)與數(shù)值算法研究的基礎(chǔ)上，討論了在典型地層模型下的位移電流效應(yīng)以及瞬變響應(yīng)的影響特征。

4、在均勻半空間下，位移電流影響的時(shí)間在幾十和幾百納秒之間，垂直磁場(chǎng)及其時(shí)間導(dǎo)數(shù)會(huì)發(fā)生變號(hào)。電阻率和介電常數(shù)越小，位移電流的影響越明顯；發(fā)射線圈半徑的增大會(huì)相應(yīng)的延后位移電流影響的時(shí)間。在層狀模型下，當(dāng)頂層為高電阻層時(shí)，下層的電阻率和介電常數(shù)都會(huì)對(duì)位移電流效應(yīng)有影響；而對(duì)于頂層為低電阻層時(shí)，下層的電阻率和介電常數(shù)都不會(huì)影響位移電流效應(yīng)。在均勻半空間下，電阻率越大，垂直磁場(chǎng)下降的時(shí)刻越早，對(duì)于不同的電阻率，垂直磁場(chǎng)衰減的速度相同；在早期垂直磁

5、場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)峰值隨電阻率的增加而增大，在晚期下降的時(shí)刻隨之變?cè)?；發(fā)射線圈的半徑增大，垂直磁場(chǎng)及其時(shí)間導(dǎo)數(shù)的幅值變小，響應(yīng)衰減的速度變慢，下降的時(shí)刻也變?cè)纾唤殡姵?shù)對(duì)垂直磁場(chǎng)幾乎沒(méi)有影響，對(duì)垂直磁場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)影響也非常小。在層狀大地下，對(duì)于頂層為高阻層時(shí)，響應(yīng)曲線對(duì)下層電阻率的變化非常敏感；而對(duì)于頂層為低阻層時(shí)，響應(yīng)曲線對(duì)下層電阻率的變化不敏感，這對(duì)實(shí)際工作中尋找頂層為低阻層覆蓋的高阻目標(biāo)體帶來(lái)了很大的難度；介電常數(shù)對(duì)垂直磁場(chǎng)幾乎沒(méi)有影響

6、，只有頂層的介電常數(shù)會(huì)對(duì)垂直磁場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)有影響，這也為瞬變電磁反演工作帶來(lái)了難度。關(guān)斷時(shí)間越長(zhǎng)，垂直磁場(chǎng)下降的時(shí)刻越晚，曲線衰減的速度越快，垂直磁場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)曲線幅值會(huì)減小，開(kāi)始下降的時(shí)刻也會(huì)延后。
　　在瞬變電磁反演方面，本文采用了“煙圈”反演和粒子群優(yōu)化算法反演?！盁熑Α狈囱菽軌虼蟾诺姆从吵龅刭|(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)，而且還能有效的突出低阻異常體。通過(guò)與最小二乘法反演結(jié)果進(jìn)行比較，可以看出粒子群優(yōu)化算法反演的精度較高，而且所用的時(shí)間較少，