基于時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)是以電磁感應原理為基礎(chǔ)的時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、適應性強等優(yōu)點,在金屬礦藏、石油、天然氣的探測以及自然災害的預防等諸多地球物理領(lǐng)域中應用越來越廣。在TEM中,通過對瞬變電磁響應信號的提取和處理,分析地下異常體的導電性、異常體大小和結(jié)構(gòu)形態(tài)等,從而達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際意義。
　　在實際工程中,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,利用時域有限差分算法實現(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行數(shù)值離散;詳細研究了地-空邊界條件,導出了瞬態(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、實現(xiàn)了地-空邊界條件創(chuàng)建。
　　(2)實現(xiàn)了基于頻域磁偶極子的瞬變激勵源計算方法,同時研究了時域瞬變激勵源。從時域源模型出發(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源的優(yōu)缺點;最后,用解析結(jié)果對地表源擴散方程數(shù)值算法可靠性進行了驗證。
　　(3)建立了多個地下異常體地電模型,包括高阻圍巖低阻異常體、分層電導率結(jié)構(gòu)體等,接著對它們的瞬變電磁響

4、應進行了正演計算,對比并分析了異常體的響應特性。最后還給出了電磁波在不同時刻的擴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”擴散效應,并對地電模型電磁特性及產(chǎn)生原因進行了分析,為三維TEM反演的實現(xiàn)提供重要的正演依據(jù)。
　　(4)實現(xiàn)了基于頻域磁偶極子移動源的瞬變電磁響應正演計算方法。為提高模擬勘測的靈活性,更好地適應實際勘測的需要,對移動發(fā)射源的瞬變電磁響應進行了正演計算,給出了地表電動勢響應曲線和地下場