航空瞬变电磁法2.5维正演模拟研究

【类型】学位论文

【作者】周俊杰 

【关键词】 航空瞬变电磁法 2.5维正演模拟 有限单元法 GS变换 正弦变换 感应电动势 并行计算

【摘要】航空瞬变电磁法(Airborne Transient Electromagnetic,简称ATEM)是近年来发展起来的一种快速勘探方法,具有飞行高度更低,探测深度更大,适航范围更广等特点,广泛应用于森林、山地、戈壁、沼泽、湖区以及浅海等地区,是一种前景广阔的方法。目前,航空瞬变电磁法只能进行一维数据处理与解释,严重阻碍了该方法的发展。因此,在国家863项目“航空瞬变电磁法快速正反演专题”的资助下,本文开展了航空瞬变电磁2.5维有限单元法正演计算研究,为人们正确认识二、三维地质体的瞬变异常特征提供理论依据。首先,本文从时间域电磁场理论出发,构建空中发射线圈的拉氏傅氏域异常场变分问题,使用规则三角网格剖分完成有限单元法求解过程；采用GS变换与正弦变换数值滤波算法实现拉氏傅氏域到时间域的转换,并改进数值求导算法,得到了高精度的感应电动势；推导了拉氏傅氏域下空中发射线圈的背景电磁场解,并以此计算有限元法方程右端向量,从而体现了空中磁性源。在求解背景场和异常场的过程中,各数值算法层层嵌套,容易产生积累误差,因此对其进行了分析,结果表明,求解的相对误差满足精度要求。其次,对典型的一维、二维模型进行了数值模拟,并分析其响应特征。对块状低阻体、直立板状体等典型二维模型的模拟结果表明,整体异常特征与一维模拟响应特征一致,其早期幅值都随着线圈距离地面的高度增大而减小,衰减速率随之趋缓。局部异常体的规模、产状等均能在响应上反映出来,但规律较为复杂,有待更深入的分析研究。最后,对航空瞬变电磁2.5维有限元模拟的算法进行了优化改进,并在MPI+Fortran编程环境下设计了粗粒度的并行算法,初步解决了计算耗时过长的问题。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】中南大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】强建科

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