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极低频(WEM)电磁法作为一种全新的地球物理勘探方法,在我国日益紧张的能源、资源环境中应运而生。极低频(WEM)电磁法由固定的大功率发射台站发射的极低频电磁波,基本能够覆盖全国陆地区域,并能够有效探测到地下10公里的深度。它具有大地电磁测深法(MT)和可控源大地电磁测深法(C SAMT)的优点,同时其具有信号强,施工效率高、勘探精度高、勘探深度大、抗干扰能力强、信号覆盖范围广等特点。这些特点使极低频电磁法具有大面积组网观测、成本低等优点,发展前景很好。极低频发射台站也已经建设完毕,在本文的写作过程中,正在紧张的进行野外测试。 在电磁场的三维正演数值模拟的各种方法中,积分方程法只需要对异常区域进行离散,计算效率高;并且积分方程法已经在可控源音频大地电磁测深法的数值模拟中有了较为成熟的应用,因此将其推广到基本原理相似的WEM电磁法的正演数值模拟中,有很大的优势。 在前人的工作中,已经建立起了WEM电磁法的理论基础——“地-电离层”模式下电磁波传播特征的基础理论,也在均匀地下介质的情况下,针对长偶极源、磁性源和“L”型源的场强分布分别进行了数值模拟。如果建立一个能够反应全国尺度范围内的地下电性结构模型,以此模型进行数值模拟,就能得到全国的场强分布,在极低频电磁法测试或施工前,就可大概了解试验区或测区可能的场值情况,指导野外试验和施工。 因此,本文对三维积分方程法正演程序进行了改进,使其适用于全国尺度范围的仿真模型的计算。 首先通过计算小尺度下的不同模型验证其正确性。通过计算小尺度模型在大收发距情况下的响应曲线,验证了其对“地-电离层”模式的响应是正确合理的;通过计算大尺度下不同模型和含地形的大尺度模型,并通过对结果的分析,验证了程序在大尺度下和含地形的条件下是适用的。 其次对刘光鼎先生提出的“三横、两竖、两个三角”理论和潘桂棠先生提出的中国大地构造单元划分结果,结合实际需求将全国陆地区域剖分成15个小构造单元,分别研究每个构造单元内的地质情况并结合该区域的地球物理资料,将每个构造单元简化成二维地电结构模型,最后将所有构造单元组合,形成复杂的全国陆地范围地电模型。 研究了SRTM免费公布的精度90米的全国数字高程模型(DEM),整理出了适用于本文所讨论的地电结构模型的高程模型。 最后,由三维积分方程程序,利用建立的全国陆地范围地电模型和整理出的高程模型,针对地下均匀介质、复杂仿真模型、带地形的地下均匀介质与带地形的复杂仿真模型这四种情况,模拟极低频电磁法东西向天线发射信号,分对场强分布情况进行计算,并讨论各种情况下的特征。这些结果可为WEM电磁法的野外试验和施工提供一定的指导。 在此基础上,还需要继续跟踪WEM电磁法野外试验的进程,分析野外试验结果并用其修正地电结构模型不合理的地方,同时尽可能搜集其它资料修正地电结构模型,使其具有更高的精度,使模型更加趋于合理。