任意各向异性三维激发极化非结构有限元数值模拟及其影响研究

Induced polarization (IP) method is one of the most widely used techniques in mineral exploration, hydrogeology and environmental monitoring, becoming indispensable for metallic ores exploration especially. As topography is inevitable in actual application, IP method shows the most significant advantage over the other electromagnetic prospecting methods, which is well known for its less topographic effect. However, the conclusion is true only under the conditions of isotropic conductivity and chargeability. Available works show the electromagnetic field in anisotropic conductivity medium differs greatly from the field in the isotropic medium, resulting in very large deviation or serious mistake in data interpretation for D.C. resistivity and CSEM methods while the present isotropic medium theory is employed. The 3D IP forward modeling for anisotropic conductivity and chargeability medium is not well solved internationally so far and, there is no report on how the anisotropy changes 3D IP inversion results. Furthermore, there is no answer to the fundamental question whether the IP responses in anisotropic medium are less dependent on topography. In this study, we use unstructured finite element method, which is easy to handle complex topography, to implement 3D IP forward modeling for arbitrary anisotropic medium under the condition of uneven terrain and investigate the effect of anisotropy on IP data interpretation from 3D forward and inversion results. Our study is a new development of anisotropy in the research area of IP method. It has significant theoretical and practical meanings，and hope to obtain some new fruits.

激发极化(IP)是金属矿等资源勘探不可或缺的方法，在水文地质、环境监测应用中也获得广泛、有效的应用。由于实际勘探中起伏地形难于避免，与其它电磁勘探方法相比，IP方法受地形影响小是众所周知的一大优势，但只是在介质各向同性情况下导出的结论。已有结果表明，电阻率各向异性对直流电阻率、可控源电磁等方法影响严重，甚至导致错误解释。而介质各向异性（包括电阻率、极化率各向异性）的IP三维正演目前国际上尚少见，各向异性对IP三维反演解释有何影响则未见报道，尤其起伏地形下各向异性介质的IP响应是否仍然基本不受地形影响？这是激发极化方法一个比较基本的问题，迄今还未有回答。本课题采用适应复杂地形模拟的非结构有限元方法，研究起伏地形条件下任意各向异性三维激发极化响应及从三维正、反演两个方面揭示各向异性对IP数据解释的影响，是激发极化法在各向异性领域新的拓展，有重要理论意义和应用价值，并有望取得一些新的成果。

激发极化(IP)是金属矿等资源勘探不可或缺的方法，在水文地质、环境监测应用中也获得广泛、有效的应用。实际勘探中起伏地形难于避免，但基于IP方法受地形影响小的一般认识，通常数据解释中忽略地形影响；同时，地下介质各向异性也客观存在，目前激发极化数据解释基于各向同性介质理论，有可能导致很大偏差，甚至是错误解释。各向异性介质IP三维正、反演研究国内外均处于起步阶段，尤其起伏地形和介质各向异性对IP响应的影响耦合在一起有何特征尚不清楚。本项目采用适应复杂地形模拟的非结构有限元方法，在国际上第一次实现了起伏地形条件下任意各向异性激发极化三维非结构有限元数值模拟，并从三维正、反演两个方面揭示地形和各向异性对IP数据解释的影响。.从正演角度表现为：对于纯地形影响，越对称的异常体其激电响应偏离越小，而水平方向不对称的倾斜板体，其激电异常偏离严重，尤其当板体倾斜方向与地形倾斜方向一致时，偏离最大。对于纯各向异性影响，VTI异常体能够较准确定位，仅在垂向上有一些偏差，且各向异性越强，观测到的异常越大；TTI异常体IP响应很弱，在平坦地形下也很难观测到；随着欧拉角变化的倾斜各向异性影响很大，无法准确探测，特别在90°时基本没有异常。在地形和各向异性的综合影响下，IP响应更为复杂，VTI异常体定位也不够准确，随欧拉角变化的倾斜各向异性影响使得IP响应更难于解释。.从反演角度，地形影响IP异常强度，山峰地形会减弱IP异常强度。而各向异性造成的偏差表现为：VTI异常体的反演在水平方向上比较准确，在垂直方向上有一定偏差；TTI异常体反演获得的极化率几乎等于背景极化率值，使其难于被地面观测系统探测到，与正演模拟结果一致。.总体而言，在异常体对称时，地形对激发极化影响不明显，而对于不对称异常体探测，地形对激发极化有较大影响，在叠加各向异性影响时（如VTI）这个结论也成立；TTI各向异性对激发极化反演解释有很大影响。这些新的认识对矿产勘探中IP数据解释有重要实际应用价值。