论文部分内容阅读
时间域电磁法(Time-domain electromagnetic method,TDEM)又可称为瞬变电磁法(Transient electromagnetic method,TEM),是地球物理电磁法勘探的重要分支,一般采用不接地回线或接地导线向地下发射一次脉冲电磁场,并通过地下介质产生的纯二次场来推断介质电导率分布。时间域电磁法具有探测效率高、勘探成本低、分辨率高和装置灵活等优点,广泛应用于煤炭矿产资源勘探、地球深部构造研究、水文地质调查和环境工程勘察等领域。地下介质电各向异性现象的广泛存在性从上个世纪60年代以来逐渐得到证实,大量研究已表明电各向异性将对大地电磁法(MT)和频率域可控源电磁法(CSEM)等勘探方式产生较大影响。以分析电各向异性对时间域电磁法勘探的影响程度和模式为目的,本文采用时域有限体积法开发了一套时域电磁法三维模拟程序,该软件能对非均匀任意各向异性介质中的时域扩散场进行高效率和高精度模拟,且能适应不同的瞬变电磁勘探装置(回线源瞬变电磁、长偏移距瞬变电磁(Long-offset transient electromagnetic,LOTEM)等)。通过不同类型各向异性模型的数值实验,探讨了电各向异性对时间域电磁法响应的影响,并对长偏移距瞬变电磁勘探数据进行了各向异性解释。反演是时间域电磁数据处理与定量解释中极其重要的步骤,而正演计算是反演的核心,各向异性是介质电导率的重要参数之一,影响时域电磁扩散场的分布。本文通过求解全张量电导率时间域电场Helmholtz方程,实现了基于有限体积法的时间域电磁任意各向异性正演算法。该算法采用基于交错网格的拟态有限体积法(MFV)对时域Maxwell方程组进行空间域离散,并利用后退欧拉法(Backward Euler Method)进行时间域离散。将自适应时间步长加倍算法与直接方程求解法相结合提高模拟效率,并将初始场解析求解法和数值求解法同时引入时域电磁场三维模拟。为提高试错法对数据拟合的效率,将舒尔补分解法引入到时间域电磁法三维各向异性正演模拟中。回线源和接地源是时间域电磁勘探最常用的发射源形式,具有不同的初始场构成与求解方式,本文采用一维各向异性模型和三维各向同性模型对两种方式下时间域电磁三维模拟算法的精度和效率进行了验证。针对回线源瞬变电磁和长偏移距瞬变电磁两种勘探方式,通过多类典型三维各向异性模型数值实验对各向异性主轴电导率、各向异性倾角以及各向异性走向角的影响进行了详细探讨,并对分析结果进行了对比归纳总结,为不同各向异性地质条件下时间域电磁法勘探的方案设计与数据解释提供了重要参考。基于长偏移距瞬变电磁各向异性模拟分析过程与结果,本文对德国西部某各向异性地质区域的LOTEM勘探数据进行了各向异性解释与分析。该过程囊括了数据的一维和二维各向异性分析,最后构建了一个能有效拟合数据的各向异性模型,该模型与地质条件吻合良好。整体分析过程可作为瞬变电磁数据各向异性处理的一个参考范例,避免各向异性引起的错误地质解释。