摘要：瞬变电磁反演存在高度的非线性特征,常用的最小二乘等线性反演方法往往对初始模型高度依赖,并且极易陷入局部最优解.本文基于观测数据与模拟数据的L1范数建立目标函数,采用模拟退火非线性全局最优化方法实现瞬变电磁一维反演.初始模型完全随机产生,通过指数函数退温机制模拟系统能量最小实现迭代,通过接收概率函数评价当前模型,实现局部最优解的跳出,最终实现全局最优化求解.通过数值算例发现,无论给定的反演层数等于还是大于设计模型,都可以获得较好的反演效果,因而可以在反演初始就设计较多的层数,实现反演模型的自动拟合;同时,利用含噪声数据反演进一步验证算法的稳定性.最后,对实测数据进行了反演测试,结果与钻孔编录基本一致,表明提出的基于L1范数的模拟退火反演可用于实测数据处理.

摘要：实际生产对瞬变电磁正演模型的复杂度提出更高要求.传统的时域有限差分算法(Finite-Different Time-Domain, FDTD)在建模方面采用模型文件的方式,仅可使用少量参数构建一些简单规则的模型,在构建复杂模型方面存在较大困难;同时由于缺少可视化模块,无法快速对计算结果进行可视化展示.针对上述问题,本文基于GID平台开发了适用于时域有限差分算法的问题类型,实现软件前处理过程以及模型信息的格式化输出,并编写FDTD算法与GID的接口,实现模型信息读取、单元编号转换、发射源识别,从而完成正演计算以及后处理文件生成,形成一个集前处理、正演计算与后处理于一体的瞬变电磁复杂模型三维正演软件.本文详细介绍了整套软件的研发设计、实现方式及模块主要功能,通过对层状和三维垂直接触带模型进行模拟验证了软件的计算精度,最后设计一个复杂地形包含复杂形状目标体的模型进行建模和分析,结果表明该软件计算精度高,集成度高,具有较好的实用性,可实现瞬变电磁复杂模型三维正演.

摘要：为保证瞬变电磁场晚期信号计算正确,在时域有限差分正演中通常采用低频近似,即将磁场散度方程显式的包含在电磁场迭代方程中,因而H_(z)的求解方式与H_(x)、H_(y)不同,导致常规CPML吸收边界无法施加.本文重新推导了CPML介质中的迭代方程,并将其与常规介质中的迭代方程在形式上进行了统一,提出了一种适用于瞬变电磁低频近似下三维FDTD的CPML边界条件及施加方法.首先采用均匀半空间模型来验证本方法的有效性,发现模拟结果与解析解吻合较好,且模拟用时为采用Dirichlet边界FDTD用时的一半;而且,反射误差实验验证了本文的CPML边界吸收效率较高.之后,模拟了典型的三层模型,发现本方法的模拟结果与线性数字滤波解吻合程度较好.最后采用本方法计算了航空瞬变电磁带地形的复杂模型,实验证明了本文提出的CPML具有广泛的适用性.

摘要：半航空瞬变电磁探测方法将长导线发射源布设于地面,发射阶跃脉冲电流激发瞬变电磁信号,使用无人机在空中吊载接收线圈来接收瞬变电磁二次场信号,最终实现探测.然而与传统地面瞬变电磁相比,半航空瞬变电磁的不同之处在于其正演计算时需考虑飞行高度、接收偏移距等因素.针对上述问题,开展半航空瞬变电磁数据的三维时域有限差分正演理论研究,推导了加入接地源电流项Js的Maxwell方程组时域有限差分格式,并进行三维正演模拟.首先,通过均匀半空间模型和多种层状模型,对比分析感应电动势衰减曲线形态特征以及不同电阻率参数和层厚参数对衰减曲线的影响;然后,建立包含高阻异常体、低阻异常体和高-低阻混合异常体的三维模型,对比分析接收高度、异常体电阻率、规模和偏移距对感应电动势衰减曲线的影响特征,研究三维地下目标对半航空瞬变电磁探测的影响因素和响应规律,并开展试验验证,为后续半航空瞬变电磁观测设计提供了参考.

摘要：我国海洋资源开发与空间利用的力度逐年增强,为了实现更加高效率、低成本、广覆盖的地球物理探测,基于移动平台的瞬变电磁软硬件技术发展迅速,为浅海拖曳式磁性源瞬变电磁探测技术发展提供了有利条件.本文以浅海拖曳式磁性源瞬变电磁探测系统为研究对象,通过三维正演模拟分析了浅海磁性源瞬变电磁传播规律及响应特征,在此基础上给出适用于任意发射波形条件下的全域视电阻率定义方法.接着,采用OCCAM方法对浅海瞬变电磁数据进行反演,并通过数值模拟考察了该方法的适用性与稳定性.最后,设计浅海拖曳式磁性源瞬变电磁探测系统并采用该系统开展浅海试验研究.理论数值分析和海上试验结果表明,拖曳式磁性源瞬变电磁系统能够快速、准确获得水下异常体的信息.未来将浅海拖曳式磁性源瞬变电磁系统应用于海底管道探测、水下残骸搜寻及资源勘探等领域将具有可观的应用前景.

摘要：接地源半航空瞬变电磁法一般采用单一线源激发,发射电流幅值很大程度受接地电阻影响,且复杂地形条件下大长度线源布设难度较大.采用多个场源代替单一线源是解决这一问题的途径.本文基于Crank-Nicolson-Cycle-Sweep-Uniform FDTD(CNCSUFDTD)隐式差分算法对不同发射源布置形式的多接地源半航空瞬变电磁模型进行三维正演模拟,并对比分析了不同模型的瞬变电磁响应特征,进而探讨采用多个场源代替单一线源的可行性.数值试验结果表明:相比仅采用单一线源激发,使用不同源间距的平行双辐射源可同时增加早期与晚期感应电动势衰减曲线幅值,且随着源间距的增加晚期幅值逐渐增大;平行发射源的数量与感应电动势衰减曲线幅值呈正相关关系,且多个小电流平行辐射源与单一大电流线源的勘探效果基本一致,采用此方式可在接地电阻较大时仍获得大发射电流,提高采集数据质量;单一长导线源与多个共线短源、多个平行短源衰减曲线早期存在轻微差异,而在晚期则基本重合,三者勘探效果基本一致;发射源处的山峰、山谷地形对全部计算时间范围内的衰减曲线均存在显著影响,山峰地形会显著降低晚期幅值,山谷地形则会显著降低早期幅值.本文的研究结果为采用多个场源代替单一线源提供理论基础,为降低复杂地形条件下半航空瞬变电磁发射源的野外布置工作难度提供参考.

摘要：为解决我国西南地区复杂地形条件下的隧道勘探难题,采用地面激发、空中接收的半航空瞬变电磁法开展试验研究,优化航线设计与数据采集流程、构建基于α-trimmed均值滤波器的天电噪声去除和基于多项式拟合方法的运动噪声去除方法、确定数据叠加方式与时窗积分参数、全域视电阻率计算与探测区域三维成像、隧道充填型岩溶发育区视电阻率特征分析与探测结果综合解释,并通过隧道实际开挖资料对探测结果进行验证。主要结论如下:1)半航空瞬变电磁法能够较准确地推断含水破碎带、岩溶发育区等不良地质结构的范围和深度,能够提前探明隧道地质风险区域并获得地下导电性分布特征,展示了该方法在复杂地形岩溶山区隧道勘察中相较于传统地面物探方法具有地形适应性强、探测效率高等特点;2)通过三维视电阻率成像和关键位置切片结果获得的地质异常区域推断与隧道开挖实际揭露异常吻合度较高,表明该方法可以为隧道岩溶处置预案设计和安全施工提供技术支撑,能够有效避免在隧道施工过程中因隐伏岩溶灾害导致的人员伤亡和财产损失。