地—井瞬变电磁时域有限差分三维数值模拟

发布时间：2017-09-03 21:15

  本文关键词：地—井瞬变电磁时域有限差分三维数值模拟

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【摘要】：地-井瞬变电磁法(Down-hole TEM)是地球物理勘探和地质找矿的重要方法之一。它是利用地表发射、井中接收瞬变场响应来实现查找深部矿产资源的一种方法。该方法受导电覆盖层和电磁干扰小,纵向分辨率高,在钻孔周围一定范围内具有较好的分辨率。因此,在地球深部结构调查和寻找隐伏矿体中具有广泛应用。但是地-井瞬变电磁法的正演理论研究发展较缓,使得地-井瞬变电磁法正演研究成为急需解决的问题。因此,本文通过数值模拟的方法对均匀半空间中低阻覆盖层影响和典型地质-地球物理模型的地-井瞬变电磁响应进行了探讨研究。本文从地-井瞬变电磁法所满足的基础理论Maxwell方程组出发,以时间域有限差分算法为基础,采用稳定收敛的Dufort-Frankel法对总场扩散方程和二次场扩散方程进行差分离散,在计算区域网格剖分上采用非均匀网格剖分技术。对边界条件进行分析研究。以完全匹配层吸收边界条件为基础,对复频率偏移完全匹配层吸收边界条件应用条件进行修改,以满足低频电磁场传播规律。对比第一类Dirichlet边界条件与修正后的复频率偏移完全匹配层吸收边界条件应用效果,得出了修正的复频率偏移完全匹配层吸收边界条件对低频电磁波具有更好的吸收效果。论文通过从地-井瞬变电磁总场和二次场两个方面出发,建立典型地质-地球物理模型,全面深入分析地-井瞬变电磁场异常响应特征,分析总结影响地-井瞬变电磁响应影响因素。结果表明:均匀半空间响应呈现先增大后逐渐减小趋势;倾斜板状体异常体响应与激发场源位置和观测时间有关;地-井瞬变电磁二次场能反映异常体空间几何位置,判断异常体与钻孔之间几何位置关系。在不同钻孔中接收的异常响应随观测时间延迟而减弱;在不同方位布置场源观测得到的异常响应差异明显。断层异常响应主要与场源和目标体耦合关系、目标体埋深深度和目标体电阻率差异有关。在断层断面处,地-井瞬变电磁响应最大。引入EA参数,分析低阻覆盖层对典型地质体地-井瞬变电磁响应影响。最后分析总结影响地-井瞬变电磁响应的影响因素,研究工作为定性分析地-井TEM响应特征和资料解释时提供参考。
【关键词】：地-井瞬变电磁法 时域有限差分法 三维数值模拟 特征分析 影响因素
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 地-井瞬变电磁法研究背景9-10
• 1.2 地-井瞬变电磁法研究现状综述10-12
• 1.3 论文研究内容及创新点12-15
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 主要创新点13-15
• 2 地-井瞬变电磁法理论基础15-31
• 2.1 回线源频率域响应17-21
• 2.1.1 回线源在地表形成的频率域电磁场17-19
• 2.1.2 回线源在地下形成的频率域电磁场19-21
• 2.2 回线源时间域响应21-30
• 2.2.1 回线源在地表形成的时间域电磁场21-22
• 2.2.2 回线源在地下形成的时间域电磁场22-30
• 2.3 本章小结30-31
• 3 地-井瞬变电磁场三维时域有限差分算法31-55
• 3.1 时间域扩散方程与差分方程31-39
• 3.1.1 时间域扩散方程31-34
• 3.1.2 时间域差分方程34-38
• 3.1.3 初始条件和网格剖分技术38-39
• 3.2 边界条件39-54
• 3.2.1 地表-空气边界条件39-40
• 3.2.2 时域有限差分方法中完全匹配层40-54
• 3.2.2.1 PML介质中的Maxwell方程组形式40-41
• 3.2.2.2 PML介质中电磁波传播特性41-44
• 3.2.2.3 PML介质分界面电磁波传播特性44-47
• 3.2.2.4 PML介质层参数设置47-48
• 3.2.2.5 修正的复频率偏移完全匹配层48-54
• 3.3 本章小结54-55
• 4 地-井瞬变电磁响应三维正演模拟研究55-79
• 4.1 算法验证55-56
• 4.2 地-井瞬变电磁总场响应特征研究56-60
• 4.2.1 均匀半空间响应特征56-57
• 4.2.2 倾斜板状体响应特征57-60
• 4.3 地-井瞬变电磁二次场响应特征研究60-66
• 4.3.1 单异常体二次场响应特征60-62
• 4.3.2 多异常体二次场响应特征62-63
• 4.3.3 定源异井观测方式下二次场响应特征63-64
• 4.3.4 动源定井观测方式下二次场响应特征64-66
• 4.4 断层影响下响应特征研究66-71
• 4.4.1 激发场源位置不同响应特征67-69
• 4.4.2 断层位置不同响应特征69
• 4.4.3 电阻率不同响应特征69-71
• 4.5 覆盖层影响下响应特征研究71-77
• 4.6 本章小结77-79
• 5 结论与建议79-81
• 5.1 主要研究成果79-80
• 5.2 建议80-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-86

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本文编号：787367