CSAMT中的IP效应影响及应用研究

论文摘要

在可控源音频大地电磁法（CSAMT）的正、反演计算中都把大地的电阻率看作一个与频率无关的实数,但由于IP效应的影响,大地电阻率实际上是一个随频率而变化的复数,在电磁场的响应中实际上包含了IP响应的成份。对基本Cole-Cole模型的频谱分析发现,复电阻率的实部一般远大于虚部,实部与幅值、虚部与相位变化规律一致；极化率和频率相关系数变化对模型电阻率幅值的影响要大于时间常数变化造成的影响,在提取IP参数时可以根据经验取为常数；复Cole-Cole模型的频谱变化规律与基本模型的规律基本一致,同类参数都发生变化对幅值的影响取决于总的变化量,而相位主要受参数小的基本模型的制约。IP效应对Ex、卡尼亚视电阻率的影响远大于对Hy的影响,这种影响主要发生在中低频段,在高频段IP效应基本消失,在分析IP效应和提取IP参数时要在中低频段进行,同时还要排除近场效应的影响；极化模型参数的变化对电磁场分量的影响规律与对自身频谱曲线的影响规律相似；IP效应对卡尼亚视电阻率幅值的影响大于对相位的影响,各参数的影响水平也不相同,极化率参数和频率相关系数的影响大,时间常数的影响小,在提取IP参数时,要优先考虑影响大的参数。建立了基于最小二乘方提取IP参数的目标函数,设计了算法程序,为加快函数的收敛速度,采用梯度法改变模型参数；利用给定的模型作为实测数据,对提取算法进行了测试。针对卡尼亚视电阻率中存在的IP效应的来源,提出了在CSAMT原始资料中去除IP效应的方法,它利用视电阻率替换的方法实现IP效应的去除；利用这种方法对在长白山地区寻找地热资源的资料进行了处理,反演结果能够合理地解释地热资源的形成原因。

论文目录

• 提要
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的依据及研究思路
• 1.2 本文研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 CSAMT中的IP效应研究
• 1.3.2 CSAMT中IP效应的应用研究
• 1.4 本文研究的主要内容和组织结构
• 第2章 CSAMT的正演理论及数值计算
• 2.1 引言
• 2.2 电磁场的基本方程
• 2.2.1 麦克斯韦方程组与基本电磁量
• 2.2.2 频率域电磁场的微分方程
• 2.3 均匀半空间介质表面水平电偶极子的电磁场
• 2.4 层状介质水平电偶极子的电磁场
• 2.5 CSAMT的电磁场数值计算方法
• 2.5.1 汉克尔积分的基本理论
• 2.5.2 电磁场的离散化计算
• 2.6 CSAMT在实际应用中的工作观测参数
• 2.6.1 均匀介质中频率测深法平面波的传播规律
• 2.6.2 CSAMT的观测参数
• 2.7 本章小结
• 第3章 频域极化效应理论模型及频谱分析
• 3.1 引言
• 3.2 常用复电阻率的等效模型
• 3.3 极化模型的频谱分析
• 3.3.1 基本Cole-Cole模型的频谱分析
• 3.3.2 复Cole-Cole模型参数影响的频谱分析
• 3.4 由复电阻率视谱反演模型参数的主要计算
• 3.4.1 反演参数的主要计算
• 3.4.2 复电阻率幅值与零频电阻率的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 CSAMT中的IP效应影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 均匀半空间中各分量的IP效应
• 4.2.1 Ex的IP响应
• 4.2.2 Hy的IP响应
• 4.2.3 卡尼亚视电阻率的IP响应
• 4.3 层状介质中视电阻率的IP效应
• 4.3.1 中间一层为极化层的IP效应
• 4.3.2 下面两层为极化层的IP效应
• 4.3.3 不同极化层数IP效应影响的比较
• 4.3.4 Cole-Cole模型各参数的IP效应影响
• 4.4 IP效应对CSAMT反演的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于最小二乘方的IP参数提取算法
• 5.1 引言
• 5.2 CSAMT中极化模型的确定
• 5.3 基于最小二乘方的IP参数提取算法设计
• 5.3.1 含IP效应的视电阻率曲线等效计算
• 5.3.2 目标函数的建立
• 5.3.3 基于梯度方向变化的模型参数
• 5.4 算法测试
• 5.5 本章小结
• 第6章 CSAMT中IP参数的应用
• 6.1 引言
• 6.2 CSAMT原始资料的处理过程
• 6.2.1 CSAMT原始资料中IP效应的去除方法
• 6.2.2 有关初始参数的确定方法
• 6.3 在长白山地热资源探测中的应用
• 6.4 本章小结
• 第7章 全文总结
• 7.1 主要研究成果和创新性工作
• 7.2 存在的问题及下一步工作
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果表
• 致谢