多辐射场源地空瞬变电磁一维反演方法研究

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“十三五”以来,随着“一带一路”战略的规划与实施,我国矿产资源储备工作任务艰巨,矿产资源勘察工作向环境恶劣、地形崎岖的沙漠、山区、森林以及湖泊等地区转移。由于地表环境复杂、恶劣,在上述区域开展地面物探工作难度大、危险高;增加了矿产勘察的时间、人力以及物力成本。因此,目前亟需一种能够投入实际生产且高效、准确的物探方法。地空瞬变电磁法融合了地面与航空瞬变电磁的方法原理与观测模式,将发射源置于地表,并利用航空器(如:无人机、旋翼机或飞艇等)在空中接收响应信号。因此,地空瞬变电磁法同时具有地面装置的大测深、高信噪优势和航空装置的采集高效优势。这些优点也从侧面反映了该方法能够适应沙漠、湖泊、高海拔山区等勘探难度很大的地区。目前,地空瞬变电磁法已在火山结构调查、金属矿藏调查及水资源调查等方面取得了的应用。然而,现有方法基于地面大回线源与长导线源装置进行数据解释,地形起伏与飞行高度影响解释精度与准确性。此外,在激发方式上,先有研究偏重于单一辐射源,忽略了多辐射场源在勘探深度与信噪比上的优势。因此需要研究适用于多辐射场源地空装置的数据解释方法。地球物理的数据解释最终的研究方向就是进行反演计算,而一维反演是进行三维反演的基础,因此本文针对多辐射场源地空瞬变电磁法的一维反演问题展开相关讨论与研究的工作。第一,解决多辐射场源地空瞬变电磁正演问题。本文以电偶极子源为基础,采用剖分叠加求和的思想,分别建立均匀大地和层状大地情况下单辐射场源及多辐射场源在空中产生的频域响应表达式。通过正余弦变换实现时频转换,继而完成对地空瞬变电磁法瞬变响应的计算工作。第二,以Occam反演理论为基础,对多辐射场源地空瞬变电磁一维反演进行研究。首先要构建目标函数,本文通过引入拉格朗日乘子,将数据拟合差及模型粗糙度组合起来进而构建目标函数;其次解决灵敏度矩阵的构建问题,它的元素是由一阶偏导数构成的,因此在计算时将其微分形式用差分形式来代替。最后采用线性搜索方法搜索拉格朗日乘子,根据其原理可知不同的拉格朗日乘子所求得的模型参数及相应的拟合差与粗糙度都不相同,因此在计算过程中要对拉格朗日乘子进行扫描,并算出此时数据拟合差以及粗糙度。当拉格朗日乘子等于某个值时,该模型的数据拟合差达到计算精度且粗糙度达到最小,此时对应的拉格朗日乘子的取值就是我们需要的值。本文的研究工作主要围绕上面两部分展开,多辐射场源地空瞬变电磁一维反演的研究不仅丰富了地空瞬变电磁法的解释体系,还为最终实现三维反演提供了基础。
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