长导线源半航空瞬变电磁一维正反演研究及应用

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半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method)是近几年来发展势头较快的物探方法。以长导线源半航空瞬变电磁为例,其探测范围大,工作效率高,在地形复杂的区域有着传统物探方法无法比拟的优势,能够实现一次布线,大面积勘探的任务,然而大面积勘探往往伴随着海量的实测数据,这对处理方法和处理效率提出了新的要求。目前国内外学者在CDI成像、视电阻率和二、三维正反演研究等方面均取得了显著的进步,然而这些方法仅限于理论计算,应用于实测数据的处理中往往不能达到预期的效果,存在着精度较低、耗费时间过长的缺点,所以在实测数据的处理中,一维正反演还是占据了主要位置。本文针对半航空瞬变电磁的一维正反演问题进行了研究和讨论,具体内容如下:(1)以麦克斯韦方程组为基础,梳理了半航空瞬变电磁在频率域中各分量的表达式,接着通过频-时转换将频率域信号转换到时间域,在频-时转换过程中介绍了正余弦算法和G-S逆拉普拉斯算法(G-S算法)并验证了两种算法的准确性,在满足精度要求的同时选择了计算速度较快的G-S算法。(2)通过一维正演模拟了半航空瞬变电磁场不同分量在均匀半空间模型情况下不同时刻的平面分布情况,接着选择了分布简单、均匀的Vz分量针对围岩为高阻和低阻的情况进行了探测敏感区域的研究,然后讨论了地层参数变化对响应值的影响并分析了相对特定模型参数下异常曲线的变化情况,最后研究了装置参数变化对响应值的影响。(3)详细推导了基于L1范数的正则化反演算法公式,利用等值线平面图说明了L1范数与L2范数的区别,在反演方程中加入了奇异值分解方法去除小的奇异值增加了反演方程的稳定性,加入OMP并行程序提高了反演速度,使得反演方法能够在处理数据的过程中达到快速稳定的效果,最后利用多层地电模型验证了基于L1范数正则化反演方法的准确性。(4)将本文所介绍的半航空瞬变电磁一维正反演方法应用到某古河道的实际探测中,其结果表明半航空瞬变电磁法应用于古河道结构的探测是可行的,并且将半航空瞬变电磁法获得的物性参数与地质特征结合,可快速、准确获得古河道地层结构,对研究古河道沉积环境和演化具有重要的支撑作用。
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