瞬變電磁法基於有限差分的2.5維反演方法研究

《瞬變電磁法基於有限差分的2.5維反演方法研究》是依託北京大學，由李展輝擔任負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：瞬變電磁法基於有限差分的2.5維反演方法研究
• 項目負責人：李展輝
• 項目類別：青年科學基金項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

瞬變電磁法是一種國內外在資源、環境等領域具有廣泛套用的近地表電磁勘探方法。雖然已有數十年的發展歷史，但是主流的資料反演方法一直停留在一維階段。國外在三維反演上雖有一定研究，但是三維反演計算量依然過大，其在實際套用中受到很大限制。而2.5維反演的研究在國內外均比較少。但是瞬變電磁2.5維反演相對一維反演能明顯提高結果可靠性，而相對三維反演則能很大程度減小計算量，更有利於其在實際數據反演中的套用，對於瞬變電磁的進一步發展具有重要意義。本項目將從這一點出發，研究瞬變電磁法的2.5維反演方法。首先研究基於有限差分的2.5維正演方法，包括時間域與頻率域，比較分析時間域與頻率域方法各自的優劣。然後選取合適的模型約束矩陣與正則化因子，並利用SVD求解Occam反演疊代方程組。最後針對實際數據的具體情況，例如測線長度、地形等因素，對反演方法進行最佳化改進，完成反演算法從理論研究到實際套用的轉換。

結題摘要

當前瞬變電磁法（TEM）勘查套用主要採用一維反演方法開展數據的反演解釋。然而研究表明，對於一維近似不成立的二維、三維模型，一維反演可能出現比較嚴重的偏差，會誤導工作人員對解釋結果的判斷。隨著國家對深部資源勘查需求的增加，瞬變電磁法對反演解釋的要求也同步提高，一維反演已經難以滿足這一需求的增加，開發2.5維反演方法來提高反演精度已經比較迫切。本項目從這一需求出發，研究了瞬變電磁基於時域有限差分的全波形2.5維正演和反演方法，並進行了實測數據的試驗套用。正反演方法同時適應於地面和航空TEM探測。最終的2.5維正演方法在10μs時相對誤差不高於5%，在1ms後相對誤差低於1%。反演方法適應於中心回線、重疊回線、大定源回線等主流TEM測量裝置。其中，重疊回線裝置2.5維反演僅需一次正演便可求出正演數據和敏感度矩陣，相比使用中心回線裝置反演能夠提高62%的效率。部分中心回線裝置，尤其是航空TEM測量系統能夠近似為重疊回線裝置，在此基礎上進行2.5維反演能夠顯著提高反演效率。此外反演方法具有一定的地形適應能力，能將地形因素代入反演中提高反演精度。理論模型驗證表明，對於具有較好二維近似的高導模型，2.5維反演方法能較好的恢復異常體的範圍與電阻率值。與一維反演結果的對比亦表明2.5維反演方法能夠更為有效更準確地反演出地下電導率結構。目前反演方法已初步試驗套用於某測區部分數據的航空TEM測量中，獲得了較好的地下電阻率結構，在後續進一步改進之後將開展更多的實際套用。項目在執行過程中附帶開發了TEM全波形一維正反演方法與基於CUDA加速的三維正演方法，不僅為2.5維正反演方法提供了驗證和試驗數據，亦可直接服務於TEM方法的調查套用，為TEM反演的進一步發展增添了基石。