复杂介质中可控源电磁法有限元正反演研究
发布时间：2023-01-28 20:13
可控源电磁法凭借其成本低,勘探深度大,野外抗干扰能力强等特点,已广泛应用于油气和矿产资源勘探、环境工程等领域。近年来,为适应实际勘探中电磁精细结构探测的需求,可控源电磁仪器研发及数据采集技术不断提高,工业界和学术界都积累了大量的电磁观测数据。然而,与丰富的数据资源相比,复杂介质条件下的可控源电磁数据处理和解释能力依然不足。目前的可控源电磁三维正演大多基于介质各向同性电导率单一电磁特性,通常忽视地下介质客观存在的电导率各向异性、频散以及磁导率异常;而且可控源电磁方法众多,有频率域电磁法和时间域电磁法,发射源的形式又包括电性源和磁性源,因此目前的可控源电磁三维正演一般只适用于特定的电磁系统,存在兼容性差,无法处理复杂介质模型等诸多问题。同时,国内外的三维反演技术尚未成熟,计算效率和稳定性均有待提高,而且忽视电导率各向异性、频散以及磁导率异常带来的影响,会导致难于预料的解释偏差。针对以上问题,本文实现了电导率各向异性、频散及磁导率异常等复杂介质情况下的可控源电磁三维数值模拟,并研究复杂介质因素对频域和时域可控源电磁响应的影响;同时,实现了频率域可控源电磁数据的2.5维和三维反演,并讨论电导率...
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 可控源电磁法
1.1.1 航空电磁法
1.1.2 可控源音频大地电磁法
1.1.3 瞬变电磁法
1.1.4 海洋可控源电磁法
1.2 可控源电磁法的机遇与挑战
1.2.1 正演模拟问题
1.2.2 反演成像问题
1.2.3 可控源电磁法在复杂介质中应用的挑战
1.3 论文主要内容和创新点
第二章 可控源电磁法基本理论
2.1 地球介质电磁学特性
2.1.1 电导率
2.1.2 磁导率
2.1.3 介电常数
2.2 地球电磁场的基本方程
2.2.1 麦克斯韦方程组
2.2.2 矢量霍姆赫兹方程
2.2.3 趋肤深度
2.3 频散电导率
2.3.1 激发极化效应
2.3.2 Cole-Cole电阻率模型
第三章 三维CSEM矢量有限元正演理论
3.1 二次场控制方程
3.2 一次场的求解
3.2.1 层状介质中的偶极子源的电磁场特性
3.2.2 层状模型算例
3.3 矢量有限元分析
3.3.1 伽辽金加权余量法
3.3.2 单元分析
3.3.3 整体刚度矩阵集成
3.3.4 边界条件
3.4 大型稀疏线性方程组的求解
3.4.1 迭代求解器
3.4.2 直接求解器
3.5 时-频域转换
3.6 正演并行化方案设计
3.7 算法验证
3.7.1 频率域可控源电磁算法验证
3.7.2 时间域可控源电磁算法验证
3.8 本章小结
第四章 介质磁化效应对CSEM响应的影响
4.1 磁化效应
4.2 磁化效应对时间域电磁数据影响研究
4.3 磁化效应对频率域电磁数据影响研究
4.4 本章小结
第五章 CSEM响应中的激发极化效应
5.1 电偶源频率测深中的IP效应
5.2 磁偶源频率测深中的IP效应
5.3 CSEM数据对IP信息识别
5.4 本章小结
第六章 电导率各向异性2.5维CSEM反演
6.1 电导率主轴各向异性2.5维正演理论
6.1.1 控制方程
6.1.2 波数域耦合偏微分方程
6.1.3 非结构化有限元分析
6.1.4 正演算法验证
6.2 反演理论
6.2.1 正则化反演算法
6.2.2 反演算法验证
6.3 合成数据反演
6.3.1 围岩为VTI介质模型
6.3.2 储层为VTI介质模型
6.3.3 围岩为HTI介质模型
6.3.4 储层为HTI介质模型
6.4 实测数据反演
6.5 本章小结
第七章 基于数据空间的CSEM三维反演
7.1 反演理论
7.1.1 反演基本原理
7.1.2 共轭梯度算法
7.2 合成数据三维反演
7.2.1 海底纯异常模型
7.2.2 含盐丘模型
7.2.3 带地形模型
7.2.4 电阻率各向异性对海洋CSEM数据反演的影响
7.3 实测数据三维反演
7.4 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 下一步的工作计划
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]CSAMT在地热资源勘查中的应用[J]. 栾城,姜大伟,王建伟,孙志强. 东北水利水电. 2018(07)
[2]基于谱元法的频率域三维海洋可控源电磁正演模拟[J]. 刘玲,殷长春,刘云鹤,邱长凯,黄鑫,张博. 地球物理学报. 2018 (02)
[3]时间域航空电磁系统回顾及其应用前景[J]. 赵越,许枫,李貅. 地球物理学进展. 2017(06)
[4]基于已知信息约束的重磁三维反演在深部磁铁矿勘查中的应用——以安徽泥河铁矿为例[J]. 罗凡,严加永,付光明. 物探与化探. 2018(01)
[5]基于Coulomb规范势的电导率呈任意各向异性海洋可控源电磁三维非结构化有限元数值模拟[J]. 陈汉波,李桐林,熊彬,陈帅,刘永亮. 地球物理学报. 2017 (08)
[6]基于二次场方法的并行三维大地电磁正反演研究[J]. 秦策,王绪本,赵宁. 地球物理学报. 2017 (06)
[7]电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟[J]. 李勇,吴小平,林品荣,韩思旭,李荡,刘卫强. 地球物理学报. 2017 (05)
[8]电性源地-井瞬变电磁全域视电阻率定义[J]. 武军杰,李貅,智庆全,戚志鹏,郭建磊,邓晓红,张杰,王兴春,杨毅. 地球物理学报. 2017 (04)
[9]瞬变电磁法在煤炭领域的研究与应用新进展[J]. 薛国强,于景邨. 地球物理学进展. 2017(01)
[10]基于瞬时电流脉冲的三维时间域航空电磁全波形正演模拟[J]. 齐彦福,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2017 (01)
博士论文
[1]基于时频变换实现矩形大定源瞬变电磁数据三维频率域反演[D]. 李大俊.吉林大学 2017
[2]地面频率域电磁法三维有限体积正演与截断牛顿法反演[D]. 陈辉.吉林大学 2017
[3]大地电磁数据非线性反演方法研究[D]. 尹彬.中国地质大学 2017
[4]电导率各向异性频率域可控源电磁法有限元数值模拟[D]. 李勇.中国科学技术大学 2017
[5]地球电磁场的连续与间断有限元三维数值模拟[D]. 杨军.中国科学技术大学 2016
[6]基于非结构网格的电阻率三维正反演及其应用研究[D]. 刘洋.中国科学技术大学 2016
[7]海洋可控源电磁法二维有限元正演及反演[D]. 刘颖.中国海洋大学 2014
[8]含激电效应的CSAMT二维正演与联合反演应用研究[D]. 余传涛.太原理工大学 2012
[9]基于矢量有限单元法的大回线源瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 李建慧.中南大学 2011
硕士论文
[1]三维频率域可控源电磁法各向异性正反演研究[D]. 陈帅.吉林大学 2017
[2]含激电效应的可控源电磁法三维正演及响应研究[D]. 黄逸伟.东华理工大学 2017
[3]大地电磁二、三维非结构有限元数值模拟[D]. 李志旋.中国科学技术大学 2016
[4]直接时间域矢量有限元瞬变电磁三维正演模拟[D]. 李贺.长安大学 2016
[5]瞬变电磁三维建模及软件开发[D]. 曾友强.长安大学 2016
本文编号：3732641
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 可控源电磁法
1.1.1 航空电磁法
1.1.2 可控源音频大地电磁法
1.1.3 瞬变电磁法
1.1.4 海洋可控源电磁法
1.2 可控源电磁法的机遇与挑战
1.2.1 正演模拟问题
1.2.2 反演成像问题
1.2.3 可控源电磁法在复杂介质中应用的挑战
1.3 论文主要内容和创新点
第二章 可控源电磁法基本理论
2.1 地球介质电磁学特性
2.1.1 电导率
2.1.2 磁导率
2.1.3 介电常数
2.2 地球电磁场的基本方程
2.2.1 麦克斯韦方程组
2.2.2 矢量霍姆赫兹方程
2.2.3 趋肤深度
2.3 频散电导率
2.3.1 激发极化效应
2.3.2 Cole-Cole电阻率模型
第三章 三维CSEM矢量有限元正演理论
3.1 二次场控制方程
3.2 一次场的求解
3.2.1 层状介质中的偶极子源的电磁场特性
3.2.2 层状模型算例
3.3 矢量有限元分析
3.3.1 伽辽金加权余量法
3.3.2 单元分析
3.3.3 整体刚度矩阵集成
3.3.4 边界条件
3.4 大型稀疏线性方程组的求解
3.4.1 迭代求解器
3.4.2 直接求解器
3.5 时-频域转换
3.6 正演并行化方案设计
3.7 算法验证
3.7.1 频率域可控源电磁算法验证
3.7.2 时间域可控源电磁算法验证
3.8 本章小结
第四章 介质磁化效应对CSEM响应的影响
4.1 磁化效应
4.2 磁化效应对时间域电磁数据影响研究
4.3 磁化效应对频率域电磁数据影响研究
4.4 本章小结
第五章 CSEM响应中的激发极化效应
5.1 电偶源频率测深中的IP效应
5.2 磁偶源频率测深中的IP效应
5.3 CSEM数据对IP信息识别
5.4 本章小结
第六章 电导率各向异性2.5维CSEM反演
6.1 电导率主轴各向异性2.5维正演理论
6.1.1 控制方程
6.1.2 波数域耦合偏微分方程
6.1.3 非结构化有限元分析
6.1.4 正演算法验证
6.2 反演理论
6.2.1 正则化反演算法
6.2.2 反演算法验证
6.3 合成数据反演
6.3.1 围岩为VTI介质模型
6.3.2 储层为VTI介质模型
6.3.3 围岩为HTI介质模型
6.3.4 储层为HTI介质模型
6.4 实测数据反演
6.5 本章小结
第七章 基于数据空间的CSEM三维反演
7.1 反演理论
7.1.1 反演基本原理
7.1.2 共轭梯度算法
7.2 合成数据三维反演
7.2.1 海底纯异常模型
7.2.2 含盐丘模型
7.2.3 带地形模型
7.2.4 电阻率各向异性对海洋CSEM数据反演的影响
7.3 实测数据三维反演
7.4 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 下一步的工作计划
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]CSAMT在地热资源勘查中的应用[J]. 栾城,姜大伟,王建伟,孙志强. 东北水利水电. 2018(07)
[2]基于谱元法的频率域三维海洋可控源电磁正演模拟[J]. 刘玲,殷长春,刘云鹤,邱长凯,黄鑫,张博. 地球物理学报. 2018 (02)
[3]时间域航空电磁系统回顾及其应用前景[J]. 赵越,许枫,李貅. 地球物理学进展. 2017(06)
[4]基于已知信息约束的重磁三维反演在深部磁铁矿勘查中的应用——以安徽泥河铁矿为例[J]. 罗凡,严加永,付光明. 物探与化探. 2018(01)
[5]基于Coulomb规范势的电导率呈任意各向异性海洋可控源电磁三维非结构化有限元数值模拟[J]. 陈汉波,李桐林,熊彬,陈帅,刘永亮. 地球物理学报. 2017 (08)
[6]基于二次场方法的并行三维大地电磁正反演研究[J]. 秦策,王绪本,赵宁. 地球物理学报. 2017 (06)
[7]电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟[J]. 李勇,吴小平,林品荣,韩思旭,李荡,刘卫强. 地球物理学报. 2017 (05)
[8]电性源地-井瞬变电磁全域视电阻率定义[J]. 武军杰,李貅,智庆全,戚志鹏,郭建磊,邓晓红,张杰,王兴春,杨毅. 地球物理学报. 2017 (04)
[9]瞬变电磁法在煤炭领域的研究与应用新进展[J]. 薛国强,于景邨. 地球物理学进展. 2017(01)
[10]基于瞬时电流脉冲的三维时间域航空电磁全波形正演模拟[J]. 齐彦福,殷长春,刘云鹤,蔡晶. 地球物理学报. 2017 (01)
博士论文
[1]基于时频变换实现矩形大定源瞬变电磁数据三维频率域反演[D]. 李大俊.吉林大学 2017
[2]地面频率域电磁法三维有限体积正演与截断牛顿法反演[D]. 陈辉.吉林大学 2017
[3]大地电磁数据非线性反演方法研究[D]. 尹彬.中国地质大学 2017
[4]电导率各向异性频率域可控源电磁法有限元数值模拟[D]. 李勇.中国科学技术大学 2017
[5]地球电磁场的连续与间断有限元三维数值模拟[D]. 杨军.中国科学技术大学 2016
[6]基于非结构网格的电阻率三维正反演及其应用研究[D]. 刘洋.中国科学技术大学 2016
[7]海洋可控源电磁法二维有限元正演及反演[D]. 刘颖.中国海洋大学 2014
[8]含激电效应的CSAMT二维正演与联合反演应用研究[D]. 余传涛.太原理工大学 2012
[9]基于矢量有限单元法的大回线源瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 李建慧.中南大学 2011
硕士论文
[1]三维频率域可控源电磁法各向异性正反演研究[D]. 陈帅.吉林大学 2017
[2]含激电效应的可控源电磁法三维正演及响应研究[D]. 黄逸伟.东华理工大学 2017
[3]大地电磁二、三维非结构有限元数值模拟[D]. 李志旋.中国科学技术大学 2016
[4]直接时间域矢量有限元瞬变电磁三维正演模拟[D]. 李贺.长安大学 2016
[5]瞬变电磁三维建模及软件开发[D]. 曾友强.长安大学 2016
本文编号：3732641
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