时间域航空电磁数据的Tau域分析与研究

【类型】学位论文

【作者】王亚冉 

【关键词】 时间域航空电磁法 Tau域分解 解卷积 电导极限 电阻极限

【摘要】航空电磁法(Airborne Electromagnetic, AEM)是以电磁感应定律为基础，以飞机为运载工具的一种航空物探测量方法。它具有飞行速度快，覆盖面积大，效率高，成本低，通用性好等优势，尤其在地形比较复杂的山区、无人区等。但仍存在一些不足，比如由不同发射电流波形接收的电磁数据不具有同一的时间特性；使得后续的类查表法电导率深度成像不具有通用性；数据量大导致的处理解释速度缓慢等问题。本文以航空电磁法经典理论知识为基础，对时间域航空电磁数据在Tau域里进行了分解；并基于此分析，研究了多种大地模型电磁数据的电导极限与电阻极限，分析了其影响因素；研究了Tau域分析在航空电磁探测里的应用；设计并实现了Tau域分析电磁数据的软件平台，本文主要内容及结论如下：首先，由麦克斯韦方程组出发，给出了任意发射电流的一维正演计算；利用奇异值分解法分解了航空电磁数据，说明了Tau域分解参数A与的意义；描述了Tau域分解的特征向量，最后对多种大地模型的航空电磁数据在Tau域里进行了分析。模型的仿真研究表明，随着大地电导率的增大，电磁数据在Tau域里分解的系数A分布向Tau值较大的方向移动，并且幅值降低，能量分散。其次，基于Tau域分析，从频域和时域给出电导极限与电阻极限的概念，研究了多种大地模型电磁数据的电导极限和电阻极限，分析了电导极限和电阻极限的影响因素。通过薄板大地模型的电导极限与电阻极限研究，可以看到，电导极限只与目标体的几何形状有关，与目标体的电导率无关；电阻极限只与目标体的电导率有关，并且随其电导率的增大而增大，而与目标体的几何形状无关，这一规律为快速近似反演提供了理论依据。再次，研究了Tau域分析在电磁探测中的应用。利用Tau域分解进行解卷积计算，去除发射电流对电磁数据的影响。利用Tau域分解的特征向量来分析发射电流的脉宽、波形对系统探测能力的影响，对合理设计发射电流具有一定意义。分析了Tau域的特征向量与发射波形脉宽的关系，研究结果表明，当发射电流脉宽增大时，特征向量整体向Tau值较大的方向移动，说明发射电流脉宽增大可以增强对电导率大的异常体的分辨能力，因此在实际探测中，可根据目标体的电导率设计相应的发射电流脉宽，从而提高航空电磁探测的有效性。最后，设计并实现了电磁数据Tau域分析的软件平台。根据Matlab与C++的混合编程，并基于GUI的人机交互功能，将电磁数据Tau域分析的流程模块化，使其操作更加简便。通过该平台对实测数据进行Tau域分析，研究结果表明，分解系数A的成像与测线剖面结果一致，利用电导极限与电阻极限成像可以降低电力线的干扰，判断出异常体的准确位置。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】吉林大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】朱凯光

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