起伏地表频域/时域航空电磁系统三维正演模拟研究

发布时间：2021-01-14 23:16

　　由于航空电磁系统具有工作频率低、时间延迟短等特点,地形对航空电磁响应有很大影响,忽略地形影响会给航空电磁数据解释造成很大误差.本文将基于非结构化网格的矢量有限元法应用于模拟起伏地表条件下频域/时域（FD/TD）三维航空电磁系统响应.该方法由于采用非结构网格,与传统的结构化网格电磁正演算法相比,能更好地拟合地形和地下不规则异常体,提高对不规则地形和地下介质航空电磁响应的计算精度.通过将计算结果与半空间模型的半解析解及已发表的结果进行对比,检验了本文算法的精度.通过对典型山峰和山谷地形航空电磁响应分析对比,总结了地形对航空电磁响应的影响特征.研究结果对航空电磁地形效应的识别和校正具有指导意义. 

【文章来源】：地球物理学报. 2016,59(04)北大核心

【文章页数】：15 页

【部分图文】：

图１矢量有限元四面体单元内电场分布Ｆｉｇ．１Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆｉｅｌｄｓｉｎａｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎｅｌｅｍｅｎｔ

ｚａｔｏ（２００３）计算的梯形山峰模型（简称模型一）及其网格划分情况如图２ａ所示．山峰高５０ｍ，顶部和底部分别宽２０ｍ和２２０ｍ；模型的电阻率为１００Ωｍ；收发装置采用水平共面装置，收发距１０ｍ，发射频率为１６ｋＨｚ，飞行高度固定为距离起伏地表３０ｍ．图２ｂ给出了本文模拟结果与Ｓａｓａｋｉ和Ｎａｋａｚａｔｏ（２００３）模拟结果之间的对比，图２ｃ给出两者之间的相对误差．从图中可以看出，两者吻合较好，最大相对误差不超过４％．图２本文模拟结果与Ｓａｓａｋｉ和Ｎａｋａｚａｔｏ（２００３）模拟结果对比（ａ）山峰模型；（ｂ）模拟结果对比；（ｃ）相对误差．Ｆｉｇ．２ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｔｈｔｈｏｓｅｆｒｏｍＳａｓａｋｉａｎｄＮａｋａｚａｔｏ（２００３）（ａ）Ａｔｒａｐｅｚｏｉｄｈｉｌｌｍｏｄｅｌ；（ｂ）ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅＦＥｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｔｈｔｈｏｓｅｆｒｏｍＳａｓａｋｉａｎｄＮａｋａｚａｔｏ（２００３）；（ｃ）Ｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓ．由于带地形模型时间域航空电磁响应发表的正演模拟结果较少，本文将计算结果与半空间模型的半解析解（殷长春等，２０１３）进行对比．收发装置参考ＦＵＧＲＯ系统，参数设置如下：发射高度３０ｍ，接收高度５０ｍ，发射、接收线圈的水平距离为１０ｍ，发射偶极矩为６１５０００Ａｍ２，发射波形为阶跃波（下文所有时间域系统参数均相同）．正演模拟结果对比如图３ａ和３ｃ所示，相对误差如

地球物理学报（ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．）５９卷图３本文模拟结果与半解析解对比（ａ）Ｂｚ模拟结果对比；（ｂ）Ｂｚ相对误差曲线；（ｃ）ｄＢｚ／ｄｔ模拟结果对比；（ｄ）ｄＢｚ／ｄｔ相对误差曲线．Ｆｉｇ．３ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＦＥｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｔｈｔｈｅｓｅｍｉ－ａｎａｌｙｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍＹｉｎｅｔａｌ．（２０１３）（ａ）Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎＢｚ；（ｂ）ＲｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓｆｏｒＢｚ；（ｃ）ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄＢｚ／ｄｔ；（ｄ）ＲｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓｆｏｒｄＢｚ／ｄｔ．模型的电阻率为１００Ωｍ．对于频率域航空系统，本文模拟了水平共面（ＨＣＰ）装置３８０Ｈｚ，１６００Ｈｚ，６３００Ｈｚ，２５ｋＨｚ，１２０ｋＨｚ五个频率的电磁响应，装置距离地表３０ｍ，收发距１０ｍ（下文所有频率域系统均与此相同）．对于时间域航空电磁响应，本文模拟了ＦＵＧＲＯ系统在１０－５～１０－２ｓ之间１２个时间道的航空电磁响应．由于在低频段和晚期，航空电磁正演响应受地形影响很小，本文的正演响应结果平面分布仅给出１２０ｋＨｚ（高频）和１６００Ｈｚ（中低频）以及１０－５ｓ（早期时间道）和３．２×１０－４ｓ（中晚期道）的结果，而对测线正演响应我们给出了全部１２个时间道以及５个频率的计算结果．图５ａ和５ｂ分别给出了模型二和模型三对应５个频率的电磁响应信号，测线位于模型中心


本文编号：2977738