基于时域航空电磁法的三维异常体全波形识别方法研究

作     者：于明媚 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：嵇艳鞠

授予年度：2016年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：时域航空 三维异常体 全波形 分辨率 优化识别 

摘      要：矿产资源是国民经济建设的重要支柱,尤其在经济蓬勃发展的今天,资源已经不仅是必备的生产资料,更是各国竞争的有力筹码。我国矿产资源的占有量虽然很大,但是开发情况却不容乐观。随着金属矿资源供需矛盾日益突出,巨大的资源缺口成为长期制约我国经济社会发展的重要因素。在金属矿中,浅部容易发现和识别的矿产越来越少,老矿区周边的新矿、深部矿和隐伏矿成为找矿主体。金属矿勘查的难度急剧增大,传统的勘探技术已经不能满足探测需求,因此,迫切需要研究金属矿勘探的新技术、新方法。而时域航空电磁法作为矿产资源探测的有效方法,也需要进一步的研究和发展。时域航空电磁法的实际工作波形为梯形波,但以往研究的激励波形大多为阶跃波,针对梯形波激励下的全波形电磁响应的研究较少,且并未系统研究全波形响应在三维异常体参数识别方面的应用。本文针对时域航空电磁在全波形响应方面研究的不足,完成了以下工作:1、基于三维有限差分方法,采用不均匀大地网格剖分形式,计算了三维异常体的阶跃波感应电动势,针对高阻、高导模型建立了三维异常体样本库。2、研究了任意波形激励下的全波形卷积算法。本文通过幂指数拟合算法延长阶跃波感应电动势dB/dt,采用离散数值积分法计算阶跃波磁场响应,应用卷积方法算得任意激励波形下的全波形电磁响应。将逐渐改变关断时间的斜阶跃波感应电动势与阶跃波感应电动势进行对比,验证了全波形卷积算法的正确性。3、在计算了梯形波激励下的全波形电磁响应的基础上,分析了关断时间、异常体电导率及深度参数对有源段（即switch-off-time段）及无源段（即off-time段）异常体征分辨率的影响情况。研究发现,关断时间越小,有源段的分辨率较无源段的优势越大,当关断时间为0.05ms时,有源段分辨率较无源段高出245.1%;对高导和高阻模型,有源段的分辨率优于无源段,而且异常体电导率越大,有源段的分辨率优势越明显;对于浅层异常体模型,有源段分辨率优势明显,当深度增加时,有源段优势逐渐减弱,最终二者分辨率趋于一致。4、分别对有源段和无源段电磁响应进行属性提取,并采用逐步回归和主成分回归方法建立关于电导率和深度参数的全样本库回归方程;针对全回归方程精度较低的问题,对识别过程及回归方程进行精度优化;检验结果显示模型精度和校验精度在18%左右,理论检测证明全波形异常体参数识别方法的可行性。5、为检验全波形参数识别方法的实际应用效果,项目组采用时域航空电磁系统,分别在实验室和长春大鹅岛进行了异常环测试实验。室内实验的联合识别结果的相对误差低于20%,长春大鹅岛的室外实验相对误差低于25%。实际测试结果说明全波形异常体参数识别方法是有效的。本文对梯形波激励下的全波形电磁响应及其应用进行了系统研究,并通过实验验证了理论系统的正确性和可操作性,对时域航空电磁探测方法提供了更加完善的理论和方法指导。