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可控源音频大地电磁法(CSAMT)是目前电磁法勘探中使用较为频繁的一种方法,特别是在浅中层的电磁法勘探中。CSAMT是一种基于MT理论的方法,使用类似MT中TM模式的数据观测系统,通过采集两个正交的电场Ex和磁场Hy来计算卡尼亚视电阻率。由于MT方法使用的场源为天然场源,电磁波的信号强度低,而且极易受到人为等因素的干扰,一般情况下信噪比不够高,而CSAMT则很好的解决了MT存在的上述问题,主要原因是CSAMT使用人工场源来发射电磁波信号,在远区时,其电磁波信号能近似看做平面波,由于其信号强度大,信噪比高,能获得较高的数据质量。
但是,目前CSAMT的资料处理解释还存在很多不足,虽然三维资料处理解释方法出现已久,但是目前实际工作中基本都是使用MT的二维资料处理解释方法,但是由于CSAMT的人工源电磁场只有在真正的远区时才可以看成平面波,而在过渡区和近区的电磁场十分复杂,因此,单纯的使用MT的资料处理解释方法是不完善的,也是不准确的,难以满足全区解释的需要。基于上述原因,我们有必要发展CSAMT自己的资料处理解释方法。
在CSAMT的野外测线布置一般垂直地下异常体的走向,因此,我们可以把地下异常体的电阻率看做沿走向方向不变或者变化可以忽略,而只沿异常体的倾向发生电阻率的变化,因此,在这种情况下,我们就可以把地下的地电构造看成是一个二维问题,而人工场源的电磁波信号是三维的,这样,我们就不用研究三维的数值模拟方法,而只需要研究2.5维的问题。
到目前为止,已经有很过学者做过CSAMT2.5维的数值模拟工作。从前人所做的工作来看,在每个小单元内采用线性插值,计算的效率高,但是精度难以保证;采用总场算法或者一些函数来近似的取代人工场源,又不能很好的消除人工场源对各个电磁场分量的影响。而且从前人所做的工作来看,并没有真正解决人工场源的影响,若测线和电偶极源的方向为x方向,他们一般采用在x方向远离人工场源的地方布设测线,因此,这对实际的CSAMT野外采集的资料处理解释意义不大。而在本文中,将采用高阶有限元和二次场算法,加上一种新的其他分量的求解方法来进行CSAMT2.5维数值模拟,以提高其数值计算的精度。
本文共分五章总结硕士论文的研究工作。
第一章为绪论。论述了选题的背景和来源,介绍了CSAMT数值模拟的研究进展和存在的问题以及本文的研究目标和内容。
第二章推导并介绍了CSAMT的2.5维有限元求解过程。本文是将空间域通过沿地电构造走向方向进行傅立叶变换转换到波数域来进行有限元求解。首先推导了CSAMT2.5维有限元问题在波数域中的的变分问题;有限元单元分析及变分的求解;网格剖分方法及结点编号方法以及方程组的求解等。在这一章中主要是有限元的一些基本问题的阐述,一些公式的推导等。
第三章介绍了本文中用到的一些算法和技巧。在本文中,将采用二次场算法来消除场源的影响;还将介绍一种新的计算其他分量的插值方法;刚度系数矩阵的简化方法;傅立叶反变换的方法,视电阻率和阻抗相位的计算方法以及有限元程序输入的数据文件的格式。在本章的最后将附上程序的流程图。
第四章给出了一些理论模型的正演算例,包括H型模型,K型模型,局部低阻体,局部高阻体以及倾斜低阻体,并给出了通过正演模拟的视电阻率断面图。
第五章为结论与建议。主要总结了前面所做的工作,提出工作中存在的不足并找出可能的原因,提出改进的建议和思路,规划下一步的工作目标