本文關(guān)鍵詞：帶地形頻率域可控源電磁法三維正反演研究

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【摘要】：頻率域可控源電磁法是一種將人工源發(fā)射的電磁波信號(hào)視作平面波,在遠(yuǎn)區(qū)接收電磁總場(chǎng),計(jì)算得到不同頻率對(duì)應(yīng)的視電阻率,進(jìn)而在觀測(cè)區(qū)域達(dá)到頻率測(cè)深效果的電磁勘探方法。該方法對(duì)地下淺層結(jié)構(gòu)的分辨率高,觀測(cè)時(shí)間短,信噪比大,因此在野外實(shí)際勘探生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是,由于實(shí)際觀測(cè)中所測(cè)量的電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)不僅包含著地下異常體的信息,還受到三維起伏地形的影響,所以帶地形可控源電磁正反演的研究具有重要意義。本文首先利用長(zhǎng)導(dǎo)線源在層狀介質(zhì)中的電場(chǎng)響應(yīng)程序計(jì)算得到異常體和地形處的一次電場(chǎng),帶入二次場(chǎng)雙旋度方程右端項(xiàng)的源項(xiàng),之后利用有限差分法和交錯(cuò)網(wǎng)格方法對(duì)雙旋度方程進(jìn)行離散,形成三維可控源電磁法的線性方程組,并加入狄利克雷邊界條件(邊界處的電磁場(chǎng)值默認(rèn)衰減為零),利用QMR(Quasi minimum residual)算法求解該方程組,得到全空間各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的二次電場(chǎng),各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的磁場(chǎng)可以利用周邊節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)值插值計(jì)算得到。通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)數(shù)值算例,驗(yàn)證了本文帶地形正演算法的精確性。同時(shí),本文還在正演迭代算法過(guò)程中引入了基于電流密度的散度校正技術(shù),數(shù)值算例證明其在正演計(jì)算中能夠有效地加快迭代算法的收斂速度。在反演方面,本文在三維帶地形可控源電磁法正演算法的基礎(chǔ)上,通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)今在三維電磁反演領(lǐng)域較為成熟的NLCG(非線性共軛梯度)算法,實(shí)現(xiàn)了理論數(shù)據(jù)的反演。為減小反演算法的多解性,本文應(yīng)用了一階模型光滑度約束和電阻率參數(shù)值上下限約束。此外,詳細(xì)推導(dǎo)了利用伴隨正演求取目標(biāo)函數(shù)梯度矩陣的方法,避免了求取雅克比矩陣耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)和內(nèi)存不夠等問(wèn)題。反演算例證明反演數(shù)據(jù)與觀測(cè)理論數(shù)據(jù)較好地?cái)M合,異常體的形態(tài)和電阻率值得到較好的恢復(fù)。針對(duì)于電磁三維反演迭代次數(shù)較多,計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn),本文在反演迭代中提出并應(yīng)用了初值優(yōu)化方法,通過(guò)分析目標(biāo)函數(shù)殘差RMS隨迭代步數(shù)下降的曲線,證明該方法能夠顯著地縮短反演的時(shí)間,為三維反演軟件的實(shí)用化和商用化提供了可能。
【關(guān)鍵詞】：可控源電磁法 有限差分法 起伏地形 三維正演 三維反演 初值優(yōu)化方法
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P631.325
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究目的與意義10-11
• 1.2 帶地形可控源電磁法正反演研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)13-15
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容13
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)13-15
• 第2章 帶地形三維可控源電磁法有限差分正演15-35
• 2.1 可控源電磁法的控制方程15-16
• 2.2 長(zhǎng)直導(dǎo)線源的加載16-18
• 2.3 邊界條件和網(wǎng)格剖分18-20
• 2.4 地形處理20
• 2.5 正演方程組的構(gòu)建20-23
• 2.6 正演方程組的求解23-24
• 2.7 散度校正的原理和引入24-28
• 2.8 正演和散度校正結(jié)果驗(yàn)證28-33
• 2.8.1 層狀模型正演響應(yīng)驗(yàn)證28-30
• 2.8.2 山峰模型正演響應(yīng)驗(yàn)證30-32
• 2.8.3 山谷模型正演曲線分析32-33
• 2.9 本章小結(jié)33-35
• 第3章 帶地形三維可控源電磁法反演研究35-47
• 3.1 反演目標(biāo)函數(shù)35-36
• 3.2 非線性共軛梯度法36-37
• 3.3 目標(biāo)函數(shù)的梯度計(jì)算37-39
• 3.4 反演步長(zhǎng)的線性搜索39-40
• 3.5 反演結(jié)果驗(yàn)證40-45
• 3.5.1 模型 142-43
• 3.5.2 模型 243-45
• 3.6 誤差分析45
• 3.7 本章小結(jié)45-47
• 第4章 初值優(yōu)化方法47-52
• 4.1 原理47-48
• 4.2 算法流程48-49
• 4.3 效果分析49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-52
• 第5章 結(jié)論與建議52-54
• 5.1 本文主要研究結(jié)論52-53
• 5.2 研究中存在的問(wèn)題和建議53-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間取得的主要科研成果59-60
• 致謝60

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本文編號(hào)：1004799