基于非结构网格有限元的频率域可控源电磁三维反演研究
发布时间：2021-08-10 18:48
可控源电磁法（Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM）是一种重要的地球物理勘探手段,在矿产和油气资源勘探,水文与环境调查、地质构造研究和灾害预测等方面得到了广泛的应用。目前,随着电磁探测环境的复杂化和探测深度的不断增加,对电磁勘探解释理论和技术提出了新的挑战。本研究拟研究基于非结构网格有限元法的可控源电磁三维正反演技术,提高起伏地表等复杂条件下可控源电磁探测的解释精度。通过引入非结构四面体网格进行地电模型剖分,实现了对起伏地表的精确拟合,减小了由于地形拟合误差引起的正演精度损失。正演计算采用矢量有限元方法（Edge-Based Finite Element Method,EB-FEM）,避免由于未施加散度条件引起的数值误差。最终的正演方程采用直接求解器MUMPS进行求解,一定程度上克服了非结构四面体网格带来的条件数较差的影响。考虑所有相关单元的影响,对于发射源的处理,本文采用分段积分的策略,实现任意姿态发射源的模拟。基于非结构网格的灵活性,本文合理地加密测点和发射源附近的网格,而稀疏化影响较小的网格,控制了正演网格的数量,进而保证了计...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MCSEM模型不同正演算法电场Ex分量结果对比
第2章频率域可控源电磁法三维正演方法162.2a和图2.2c结果表明两种方法所得正演视电阻率和相位结果具有较好的一致性，误差曲线显示视电阻率误差最大值低于3%，相位误差最大值低于0.5度，认为本文算法同样能够用于陆地CSEM数值模拟。图2.2CSAMT模型不同正演算法视电阻率和相位结果对比a)视电阻率对比;b)视电阻率相对误差;c)相位对比;b)相位误差本章小结本章详细推导了频率域可控源电磁法三维正演相关理论公式。从基本的麦克斯韦方程出发，推导了基于矢量有限元法计算的频率域可控源电磁法三维正演基本原理公式，然后在第三、四、五小节分别介绍了矢量基函数、单元矩阵和源项的相关处理方法。第六小节给出了最终的正演求解方程，第七小节则通过一维海洋电磁模型半解析解及本文采用正演算法的对比，验证了本文采用的正演算法精度能够满足实际工作需要。
第3章频率域可控源电磁法三维反演方法21与黄色四面体共顶点的绿色四面体的数目；Δrij表示非结构四面体单元之间质心的距离，即图中白色虚线长度。图3.1模型粗糙度算子相关计算参数(参考Key,2016)（蓝色圆点为四面体质心，白色虚线为质心之间的距离Δrij，黄色四面体为第i个四面体）3.4反演参数上下限约束为了减少虚假异常，提高反演结果的可靠性，本文对反演过程中电导率的上下限进行了约束，其基本思想是通过对数参数的转换函数连接真实模型与转换域模型，实质上是进行对数变换，变换后的模型参数称为转换域内模型参数，再通过转换域内设置上下限的方式进行约束。首先，模型参数到转换域内的变化可表示为)log()log(kkkkkmbamx，kkkbma，k1,2,,M（3.23）式中，mk和xk分别为第k个非结构四面体单元的真实模型参数和转换域模型参数，bk和ak分别表示模型参数的上下限。则关于xk的灵敏度矩阵可表示为kkkkkmxmxddJ（3.24）其中，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种探测深部金属矿床的新方法[J]. 刘文浩. 黄金科学技术. 2019(06)
[2]陆地可控源电磁法探测效果的频率响应[J]. 万伟,唐新功,黄清华. 地球物理学报. 2019(12)
[3]频率域海洋可控源电磁垂直各向异性三维反演[J]. 彭荣华,胡祥云,李建慧,刘亚军. 地球物理学报. 2019(06)
[4]基于可控源电磁法阻抗信息的有限内存拟牛顿法三维反演[J]. 杨悦,翁爱华,张艳辉,李世文,李建平,唐裕. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(02)
[5]基于有限元-积分方程的三维可控源电磁法混合正演模拟（英文）[J]. 周峰,汤井田,任政勇,张志勇,陈煌,皇祥宇,钟乙源. Applied Geophysics. 2018(Z1)
[6]复杂地下异常体的可控源电磁法积分方程正演[J]. 汤井田,周峰,任政勇,肖晓,邱乐稳,陈超健,陈煌. 地球物理学报. 2018(04)
[7]积分方程法复杂介质可控源电磁勘探快速正反演研究现状及发展方向[J]. 李静和,骆东德,李广聪,李长伟,罗天涯. CT理论与应用研究. 2017(05)
[8]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)
[9]基于VTI各向异性介质的频率域海洋可控源电磁三维约束反演[J]. 赵宁,王绪本,秦策,余年,周军,徐玉聪. 地球物理学报. 2017 (05)
[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]基于有理Krylov和代数多重网格的三维主动源电磁法矢量有限元正演研究[D]. 邱长凯.吉林大学 2019
[2]复杂介质中可控源电磁法有限元正反演研究[D]. 岳明鑫.中国科学技术大学 2019
[3]频率域海洋可控源电磁数据三维非线性共轭梯度反演[D]. 罗勇.中国地质大学 2017
[4]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
[5]频率域可控源电磁法三维正反演研究[D]. 彭荣华.中国地质大学 2016
[6]各向异性地层中可控源电磁法一维全参数反演及三维有限体积正演算法研究[D]. 周建美.吉林大学 2014
[7]CSAMT三维交错采样有限差分数值模拟并行算法研究[D]. 陈锐.中国地质大学(北京) 2012
[8]可控源音频大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟研究[D]. 邓居智.中国地质大学（北京） 2011
[9]三维可控源电磁法非线性共轭梯度反演研究[D]. 刘云鹤.吉林大学 2011
[10]高阶矢量有限元方法在电磁领域中的研究及应用[D]. 尹文禄.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]可控源音频大地电磁法电阻率和磁导率双参数模型三维正反演研究[D]. 吴奎锋.中国地质大学(北京) 2019
[2]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
[3]各向异性介质中可控源音频大地电磁三维数值模拟[D]. 张衡.吉林大学 2017
[4]海洋可控源电磁三维反演方法研究[D]. 丛尧.中国石油大学(华东) 2017
[5]带地形频率域可控源电磁法三维正反演研究[D]. 朱成.吉林大学 2016
[6]可控源音频大地电磁法三维有限差分正演模拟及场源效应研究[D]. 秦策.成都理工大学 2015
[7]海洋可控源电磁法三维正演研究[D]. 王超.中国地质大学（北京） 2014
本文编号：3334591
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MCSEM模型不同正演算法电场Ex分量结果对比
第2章频率域可控源电磁法三维正演方法162.2a和图2.2c结果表明两种方法所得正演视电阻率和相位结果具有较好的一致性，误差曲线显示视电阻率误差最大值低于3%，相位误差最大值低于0.5度，认为本文算法同样能够用于陆地CSEM数值模拟。图2.2CSAMT模型不同正演算法视电阻率和相位结果对比a)视电阻率对比;b)视电阻率相对误差;c)相位对比;b)相位误差本章小结本章详细推导了频率域可控源电磁法三维正演相关理论公式。从基本的麦克斯韦方程出发，推导了基于矢量有限元法计算的频率域可控源电磁法三维正演基本原理公式，然后在第三、四、五小节分别介绍了矢量基函数、单元矩阵和源项的相关处理方法。第六小节给出了最终的正演求解方程，第七小节则通过一维海洋电磁模型半解析解及本文采用正演算法的对比，验证了本文采用的正演算法精度能够满足实际工作需要。
第3章频率域可控源电磁法三维反演方法21与黄色四面体共顶点的绿色四面体的数目；Δrij表示非结构四面体单元之间质心的距离，即图中白色虚线长度。图3.1模型粗糙度算子相关计算参数(参考Key,2016)（蓝色圆点为四面体质心，白色虚线为质心之间的距离Δrij，黄色四面体为第i个四面体）3.4反演参数上下限约束为了减少虚假异常，提高反演结果的可靠性，本文对反演过程中电导率的上下限进行了约束，其基本思想是通过对数参数的转换函数连接真实模型与转换域模型，实质上是进行对数变换，变换后的模型参数称为转换域内模型参数，再通过转换域内设置上下限的方式进行约束。首先，模型参数到转换域内的变化可表示为)log()log(kkkkkmbamx，kkkbma，k1,2,,M（3.23）式中，mk和xk分别为第k个非结构四面体单元的真实模型参数和转换域模型参数，bk和ak分别表示模型参数的上下限。则关于xk的灵敏度矩阵可表示为kkkkkmxmxddJ（3.24）其中，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种探测深部金属矿床的新方法[J]. 刘文浩. 黄金科学技术. 2019(06)
[2]陆地可控源电磁法探测效果的频率响应[J]. 万伟,唐新功,黄清华. 地球物理学报. 2019(12)
[3]频率域海洋可控源电磁垂直各向异性三维反演[J]. 彭荣华,胡祥云,李建慧,刘亚军. 地球物理学报. 2019(06)
[4]基于可控源电磁法阻抗信息的有限内存拟牛顿法三维反演[J]. 杨悦,翁爱华,张艳辉,李世文,李建平,唐裕. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(02)
[5]基于有限元-积分方程的三维可控源电磁法混合正演模拟（英文）[J]. 周峰,汤井田,任政勇,张志勇,陈煌,皇祥宇,钟乙源. Applied Geophysics. 2018(Z1)
[6]复杂地下异常体的可控源电磁法积分方程正演[J]. 汤井田,周峰,任政勇,肖晓,邱乐稳,陈超健,陈煌. 地球物理学报. 2018(04)
[7]积分方程法复杂介质可控源电磁勘探快速正反演研究现状及发展方向[J]. 李静和,骆东德,李广聪,李长伟,罗天涯. CT理论与应用研究. 2017(05)
[8]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)
[9]基于VTI各向异性介质的频率域海洋可控源电磁三维约束反演[J]. 赵宁,王绪本,秦策,余年,周军,徐玉聪. 地球物理学报. 2017 (05)
[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]基于有理Krylov和代数多重网格的三维主动源电磁法矢量有限元正演研究[D]. 邱长凯.吉林大学 2019
[2]复杂介质中可控源电磁法有限元正反演研究[D]. 岳明鑫.中国科学技术大学 2019
[3]频率域海洋可控源电磁数据三维非线性共轭梯度反演[D]. 罗勇.中国地质大学 2017
[4]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
[5]频率域可控源电磁法三维正反演研究[D]. 彭荣华.中国地质大学 2016
[6]各向异性地层中可控源电磁法一维全参数反演及三维有限体积正演算法研究[D]. 周建美.吉林大学 2014
[7]CSAMT三维交错采样有限差分数值模拟并行算法研究[D]. 陈锐.中国地质大学(北京) 2012
[8]可控源音频大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟研究[D]. 邓居智.中国地质大学（北京） 2011
[9]三维可控源电磁法非线性共轭梯度反演研究[D]. 刘云鹤.吉林大学 2011
[10]高阶矢量有限元方法在电磁领域中的研究及应用[D]. 尹文禄.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]可控源音频大地电磁法电阻率和磁导率双参数模型三维正反演研究[D]. 吴奎锋.中国地质大学(北京) 2019
[2]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
[3]各向异性介质中可控源音频大地电磁三维数值模拟[D]. 张衡.吉林大学 2017
[4]海洋可控源电磁三维反演方法研究[D]. 丛尧.中国石油大学(华东) 2017
[5]带地形频率域可控源电磁法三维正反演研究[D]. 朱成.吉林大学 2016
[6]可控源音频大地电磁法三维有限差分正演模拟及场源效应研究[D]. 秦策.成都理工大学 2015
[7]海洋可控源电磁法三维正演研究[D]. 王超.中国地质大学（北京） 2014
本文编号：3334591
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