基于OCCAM反演的可控源音频大地电磁法二维约束反演研究及应用

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可控源音频大地电磁法因其信噪比高、穿透能力强、勘探深度大等优势而被广泛应用于金属矿产勘探、石油天然气勘探、岩土工程勘察等方面。传统的OCCAM反演方法在处理实测数据时,由于方程解存在多解性、实际地质情况复杂等原因会出现反演结果与实际情况偏差较大的现象。为了使反演结果更真实可靠,本文基于 OCCAM反演方法推导出可控源音频大地电磁法二维约束反演方法。该约束反演方法的主体思想是在原有的 OCCAM反演目标函数上建立约束项以约束整个反演过程,提高反演方法的分辨率和反演结果的准确性。  首先,从基本的电磁场公式出发,推导二维频率域可控源的边值问题以及变分问题满足的方程。采用矩形单元对所研究的区域进行剖分,在剖分的时候采用双线性插值方法求解出线性方程的数值解。对于系数矩阵的存储,本文采用了目前广泛使用的稀疏矩阵存储法(CSR),节省了内存空间。通过对二维局部低阻模型进行正演计算,验证了可控源音频大地电磁法二维有限元正演算法的正确性。  其次,基于 OCCAM反演目标函数推导出含约束项的约束反演目标函数。新增的约束项包括权重系数即用于控制约束项在目标函数中所起作用大小的项,约束矩阵以及先验地电模型与迭代产生的当前模型之差。约束项的作用是在反演迭代过程中通过先验信息(异常电阻率值、埋藏深度、位置等)对反演过程进行约束,使迭代过程中模型的电性分布向约束信息靠拢。  接着对5组模型(局部低阻模型、局部低阻组合模型、局部倾斜板状体模型、底部为凹陷的异常体模型、底部为凸起的低阻异常体模型)分别进行二维正演、二维OCCAM反演、二维约束反演计算。通过对比分析,无论是在异常体形态、异常值、异常横向位置和异常埋深方面,二维约束反演的结果都更接近甚至是逼近原始模型。与此同时,二维约束反演的电阻率、阻抗相位结果与正演结果拟合差更小即二维约束反演结果更接近原始模型。上述对比分析很好地验证了二维约束反演方法的可行性、准确性和优越性。在对比分析过程中还发现,异常体规模越大,OCCAM反演的分辨率就越高,异常结果越接近真实值,反演效果越好。  最后分别用二维 OCCAM反演方法和二维约束反演方法处理某矿区可控源野外实测数据。二者的反演结果表明约束反演结果与前期地质推断更吻合,后期的钻孔工作也验证了约束反演结果的正确性。
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