計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)問題已經(jīng)成為人們研究和關(guān)注的重點，這些地質(zhì)問題大多涉及到淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的探測。由于瞬變電磁儀器具有關(guān)斷時間，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左右的深度會有一個不能探測的“盲區(qū)”。隨著儀器和器件水平的發(fā)展，發(fā)射電流關(guān)斷時間已經(jīng)縮短到μs級，甚至ns級，可以為“盲區(qū)”探測提供條件，可是快速關(guān)斷電流所對應(yīng)的頻率已經(jīng)達(dá)到10MHz~100MHz級，此時位移電流的影響已經(jīng)無法忽略。由于儀器具有關(guān)斷時間，會對

2、早期的數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響，因此需要對關(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數(shù)據(jù)，但在層數(shù)較多時，反演的精度較差、速度較慢。
　　對于以上提出的問題，本文首先推導(dǎo)了計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)過時-頻變換方法求解時域響應(yīng)。在頻域響應(yīng)求解中會涉及漢克爾變換，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算穩(wěn)定性，實現(xiàn)了變換和去噪的結(jié)合。時-頻轉(zhuǎn)換方法中采用了Gaver-Stehfest逆拉式變換方法（簡稱G-S變換），仿真結(jié)果表明16點濾波系數(shù)的G-S變換的精度較高，可以用于時域響應(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，位移電流影響的時間在幾十和幾百納秒之間，垂直磁場及其時間導(dǎo)數(shù)會發(fā)生變號。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相應(yīng)的延后位移電流影響的時間。在層狀模型下，當(dāng)頂層為高電阻層時，下層的電阻率和介電常數(shù)都會對位移電流效應(yīng)有影響；而對于頂層為低電阻層時，下層的電阻率和介電常數(shù)都不會影響位移電流效應(yīng)。在均勻半空間下，電阻率越大，垂直磁場下降的時刻越早，對于不同的電阻率，垂直磁場衰減的速度相同；在早期垂直磁

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

6、，只有頂層的介電常數(shù)會對垂直磁場的時間導(dǎo)數(shù)有影響，這也為瞬變電磁反演工作帶來了難度。關(guān)斷時間越長，垂直磁場下降的時刻越晚，曲線衰減的速度越快，垂直磁場的時間導(dǎo)數(shù)曲線幅值會減小，開始下降的時刻也會延后。
　　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。“煙圈”反演能夠大概的反映出地質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)，而且還能有效的突出低阻異常體。通過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，而且所用的時間較少，