計及位移電流的瞬變電磁法一維正反演研究.pdf

1、工程與環(huán)境地質問題已經成為人們研究和關注的重點，這些地質問題大多涉及到淺層地質結構的探測。由于瞬變電磁儀器具有關斷時間，使儀器記錄或處理的數據都丟失了早期淺層的數據，導致地下20m左右的深度會有一個不能探測的“盲區(qū)”。隨著儀器和器件水平的發(fā)展，發(fā)射電流關斷時間已經縮短到μs級，甚至ns級，可以為“盲區(qū)”探測提供條件，可是快速關斷電流所對應的頻率已經達到10MHz~100MHz級，此時位移電流的影響已經無法忽略。由于儀器具有關斷時間，會對

2、早期的數據產生較大的影響，因此需要對關斷效應進行校正，而現有校正方法的理論基礎都沒有考慮位移電流。瞬變電磁一維反演中常用的手段有“煙圈”反演和最優(yōu)化反演?！盁熑Α狈囱菔墙频姆囱莘椒?，不需要初始模型，反演速度較快，但不能夠擬合觀測數據。最優(yōu)化方法中最常用的是最小二乘法，最小二乘法反演能夠擬合觀測數據，但在層數較多時，反演的精度較差、速度較慢。
　　對于以上提出的問題，本文首先推導了計及位移電流下垂直磁偶極子和大回線源的頻域響應，再

3、經過時-頻變換方法求解時域響應。在頻域響應求解中會涉及漢克爾變換，本文提出了基于haar小波分解核函數的方法，該方法具有良好抗噪性能和顯著的計算穩(wěn)定性，實現了變換和去噪的結合。時-頻轉換方法中采用了Gaver-Stehfest逆拉式變換方法（簡稱G-S變換），仿真結果表明16點濾波系數的G-S變換的精度較高，可以用于時域響應的求解。
　　在理論推導與數值算法研究的基礎上，討論了在典型地層模型下的位移電流效應以及瞬變響應的影響特征。

4、在均勻半空間下，位移電流影響的時間在幾十和幾百納秒之間，垂直磁場及其時間導數會發(fā)生變號。電阻率和介電常數越小，位移電流的影響越明顯；發(fā)射線圈半徑的增大會相應的延后位移電流影響的時間。在層狀模型下，當頂層為高電阻層時，下層的電阻率和介電常數都會對位移電流效應有影響；而對于頂層為低電阻層時，下層的電阻率和介電常數都不會影響位移電流效應。在均勻半空間下，電阻率越大，垂直磁場下降的時刻越早，對于不同的電阻率，垂直磁場衰減的速度相同；在早期垂直磁

5、場的時間導數峰值隨電阻率的增加而增大，在晚期下降的時刻隨之變早；發(fā)射線圈的半徑增大，垂直磁場及其時間導數的幅值變小，響應衰減的速度變慢，下降的時刻也變早；介電常數對垂直磁場幾乎沒有影響，對垂直磁場的時間導數影響也非常小。在層狀大地下，對于頂層為高阻層時，響應曲線對下層電阻率的變化非常敏感；而對于頂層為低阻層時，響應曲線對下層電阻率的變化不敏感，這對實際工作中尋找頂層為低阻層覆蓋的高阻目標體帶來了很大的難度；介電常數對垂直磁場幾乎沒有影響

6、，只有頂層的介電常數會對垂直磁場的時間導數有影響，這也為瞬變電磁反演工作帶來了難度。關斷時間越長，垂直磁場下降的時刻越晚，曲線衰減的速度越快，垂直磁場的時間導數曲線幅值會減小，開始下降的時刻也會延后。
　　在瞬變電磁反演方面，本文采用了“煙圈”反演和粒子群優(yōu)化算法反演?！盁熑Α狈囱菽軌虼蟾诺姆从吵龅刭|結構形態(tài)，而且還能有效的突出低阻異常體。通過與最小二乘法反演結果進行比較，可以看出粒子群優(yōu)化算法反演的精度較高，而且所用的時間較少，