[發明專利]復雜地形下的時域地空瞬變電磁三維數值模擬方法

有效

• 申請號: 201711016135.7
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107798190B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 嵇艷鞠;孟祥東;吳燕琪;呼彥樸;關珊珊;黎東升
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00;G06F111/10
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

本發明涉及一種復雜地形下的時域地空瞬變電磁三維數值模擬方法。采用非均勻網格對計算模型中空氣層和起伏地形進行剖分，將一階高斯脈沖導數作為虛擬發射源引入到顯式有限差分迭代計算中去，避免了計算初始場繁瑣過程，并采用虛擬場軟源加載方式，電磁場具有更強的傳播和穿透能力，可以實現較長時窗電磁數值計算；最后通過在虛擬波動場中加載CFS?PML邊界條件，根據收發距對虛擬波場中電磁波反射系數及表面波吸收特性參數進行調整，有效解決了發射源位于區域邊界處計算誤差較大的問題，給出了最優化參數選取方案，實現了復雜地質條件下電性源單側全區域的時域地空三維電磁高精度模擬。解決了復雜地質條件下的時域地空瞬變電磁模擬計算問題。

技術領域

本發明涉及一種復雜地形下的時域地空瞬變電磁三維數值模擬方法，尤其是長導線源地空瞬變電磁三維數值模擬方法。

背景技術

瞬變電磁地空系統(Air-ground transient electromagnetic method system)又稱瞬變電磁半航空系統,即將電性發射源或磁性源放置在地表，利用直升機或者無人機在空中接收，實現地面發射、空中接收的一種電磁測量方法。與地面TEM和航空AEM相比，地空系統減輕了直升機的負載，實現了大發射磁矩、高海拔探測，并且提高了勘探深度。

瞬變電磁法是基于電磁感應渦流效應為主的地下近地表探測方法，當低頻時忽略位移電流和極化電荷產生的電磁場，僅利用地下介質的渦流效應來對二次瞬變場進行觀測，是利用一般為階躍波形的電磁脈沖由大回線源或線源向地下發射一次場，在關斷一次場后，探測由地下地質體產生的感應二次場隨時間的變化，從而來達到尋找地下地質目標體的一種地球物理電磁勘探方法

CA2109118A1公開了一種半航空電磁探測方法，地面鋪設一個大型環形天線進行發射，空中飛機或氣球、直升機搭載接收天線進行檢測電磁場，可以實現瞬變電磁方法(TEM)、磁電阻率(MMR)和磁激發極化(MIP)方法。

Allah(2013)等在日本東南部的淡路島做了半航空電磁GREATEM系統的三維研究，得出三維數據比一維數據是精確且可靠的。

CN105487129A公開了一種地面參考區磁場延拓的地空協同電磁數據校正方法，通過在地面參考區內的少數網格點進行高精度測量磁場，利用磁場延拓和SVD擬合方法對空中測量的磁場、低阻率-深度參數進行校正，可以克服異常環標定方法對一定面積平坦測試地區的苛刻要求、以及避免地面鋪設異常環施工復雜等不足。

CN102520450A公開了一種煤礦充水采空區檢測方法，在地面上對采空區進行瞬變電磁法數據采集，將衰減曲線由電壓形式轉換成磁場形式，瞬變電磁場同虛擬波動波動場之間的方程式，對方程式進行正則化計算求得虛擬波場，建立運動學剖面，根據這些剖面進行數據直接解釋。

以上所述方法公布了有限差分方法在電磁探測領域中的研究進展，然而傳統的磁場延拓無法對起伏地表進行數值計算。國內外專利還未涉及一種包含空氣層對復雜地質條件下地空瞬變電磁模擬計算方法。為此，本發明基于波場變換技術，采用非均勻網格技術對空氣及復雜地質模型進行剖分，最終實現了對復雜地質條件下地空瞬變電磁模擬計算。

發明內容

本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種有效解決了發射源位于區域邊界處計算誤差較大問題的復雜地形下的時域地空瞬變電磁三維數值模擬方法。

本發明的思想是：通過采用非均勻網格對計算模型中的空氣層和起伏地形進行剖分，將一階高斯脈沖導數作為虛擬發射源，避免了計算初始場的繁瑣過程，最后通過在虛擬波動場中加載CFS-PML邊界條件，根據收發距對虛擬波場中電磁波反射系數及表面波吸收特性參數進行調整。有效解決了發射源位于區域邊界處計算誤差較大的問題，最終實現了復雜地質條件下電性源單側全區域的時域地空三維電磁高精度模擬。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

復雜地形下的時域地空電磁三維數值模擬方法，包括如下步驟：