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电性源半航空瞬变电磁快速成像研究及其应用

电性源半航空瞬变电磁快速成像研究及其应用

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作者：王仕兴成都理工大学

学位级别：硕士

电性源半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method,satem)是一种结合了地面瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,TEM)和航空瞬变电磁法(Airborne Transient Electromagnetic Method,ATEM)优势的新型地球物理勘探方法。由于satem的工作方式是地面发射,空中全时域进行信号接收,故其数据量大且处理步骤较繁琐,同时多测点反演计算耗时较长;尽管一维反演计算相对二、三维反演计算速度快很多,仍需在每次反演迭代时计算雅克比矩阵,计算雅可比矩阵则需要多次调用正演,加之反演计算需调整最优初始模型。所以在进行一些应急调查时,若要实时得到大致探测结果仅通过反演计算的话效率较低,无法满足应急调查的快速性,需采取一些快速成像方法来解决此类问题。由于ATEM其发射源与接收线圈相对位置不变,故在进行电导率深度成像(Conductivity Depth Imaging,CDI)时无需考虑相对位置变化所带来的影响。但satem要考虑其发射与接收的相对位置的变化,无法同ATEM一样进行CDI快速成像。因此我们提出建“库”的思想,考虑影响电磁响应的装置参数,建立对应测点位置的电导率-电磁响应数据库,通过分段二分搜索算法来消除“二值性”的问题,使得半航空瞬变电磁电导率深度成像(satem-CDI)方法得以实现。同时satem信号属于时间域序列信号,其二次场信号呈指数衰减,衰减趋势含有重要的地质特征信息。引入神经网络模型概念,gru(Gate Recurrent Unit)神经网络属于循环神经网络,具有较强的记忆性,针对satem信号时序特点,通过gru神经网络模型来提取satem信号中的特征信息。利用satem系统中的多参数建立训练数据集,进行satem-gru网络模型的构建。通过训练好的模型进行成像模拟分析,证明satem-gru快速成像方法可靠,计算速度快,稳定性强,反映电性特征分布较准确。通过电性源半航空瞬变电磁法在滑坡应急调查中应用,经satem快速成像方法及时完成应急调查任务,验证了其用于滑坡应急调查的可行性。同时电性源半航空电磁法为滑坡地质灾害应急调查提供新的调查思路,可及时完成应急调查任务,满足应急调查的实时性、高效性,为滑坡形成机制分析提供有益参考,具有推广实验意义。

关键词：电性源半航空瞬变电磁法 satem-CDI快速成像 satem-gru快速成像滑坡应急调查

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