基于非结构化网格的复杂形态回线源瞬变电磁法三维正反演研究

基本信息
批准号:41874083
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:李建慧
学科分类:
依托单位:中国地质大学(武汉)
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:彭荣华,曾思红,李睿恒,周文龙,谢敬涛,廖晨,图尔贡·塔依,罗泓清
关键词:
有限元电磁场电磁测深正反演非结构网格
结项摘要

Surface loop-source transient electromagnetic methods are widely applied to exploring for mineral deposits, hydrogeological investigation and other fields. However, a transmitting loop always presents a three-dimensional (3D) complex shape due to topography and other factors in these methods. How to make fine data-processing and interpretation is a difficulty that must be faced. This suggests a 3D inversion should be used to fully extract and make use of the geoelectric information carried by the electromagnetic field for a complex-shaped loop. 3D forward modeling is the most important method of studying transient electromagnetics excited by a complex-shaped loop, is also the foundation for 3D inversion. A complex-shaped transmitting loop is viewed as a combination of many electric dipoles, each of which may have its own direction. An unstructured tetrahedral mesh combined with a local refinement technique can be able to accurately delineate and impose these dipoles in a numerical method. A time-domain vector finite element method based on an unstructured tetrahedral mesh will be employed as the forward modeling solver to study the transient electromagnetics excited by a complex-shaped loop in this project. The effects of the realistic waveform for a transmitting current, induced polarization, and electric anisotropy will be incorporated in this forward modeling solver. Based on the above forward solver, Gauss-Newton method will be applied to 3D constrained inversion in this project. Within this inversion, Krylov subspace iterative solvers will be employed for solving the normal system of equations at each Gauss–Newton step, and the scheme of decoupling meshes used for forward modeling and inversion will also be used to improve the inversion efficiency. This study will accelerate 3D inversion applying to field cases.

地面回线源瞬变电磁法已广泛应用于资源勘探、水文地质调查等领域。然而,起伏地形等因素引起的发射回线形态畸变是地面回线源瞬变电磁法资料精细处理解释直面的难题。为了充分提取和利用复杂形态回线源激发电磁场携带的地电信息,建议采用三维反演开展资料处理解释。三维正演是研究复杂形态回线源激励瞬变电磁场与复杂地形和地质体耦合的最重要手段,也是三维反演的基础。复杂形态回线源可视为多个首尾相接、方向不尽相同的电偶源,采用非结构化四面体网格和局部加密技术能够精确描述和有效加载这些电偶源。本项目拟采用基于非结构化四面体网格的时域矢量有限单元法开展考虑发射电流实际波形、激发极化效应和电各向异性的复杂形态回线源瞬变电磁法三维正演;在此基础上,开展基于高斯牛顿法的三维约束反演研究,并通过采用Krylov子空间迭代法求解高斯牛顿法法方程、解耦正演和反演网格等措施提高计算效率,加速回线源瞬变电磁法三维反演的实用化。

项目摘要

地面回线源瞬变电磁法已广泛应用于资源勘探、水文地质调查等领域。然而,起伏地形等因素引起的发射回线形态畸变是地面回线源瞬变电磁法资料精细处理解释直面的难题。为了充分提取和利用复杂形态回线源激发电磁场携带的地电信息,建议采用三维反演开展资料处理解释。.本项目基于非结构化四面体网格的矢量有限单元法实现了铺设于起伏地表、复杂形态发射回线激发的瞬变电磁场三维正演。复杂形态回线源可视为多个首尾相接、方向不尽相同的电偶源,采用非结构化四面体网格和局部加密技术能够精确描述和有效加载这些电偶源。基于上述正演算法,系统分析了发射电流实际波形和电各向异性对瞬变电磁场的影响规律。均匀半空间模型和Albany石墨矿案例数值结果表明:关断时间对关断后瞬变电磁场的影响最为显著,稳定时间和波形重复对其影响次之,开启时间对其影响微弱。其中,关断时间的影响主要体现在早期,开启时间和稳定时间的影响体现在晚期,波形重复的影响贯穿观测时间始终。.本项目在上述三维正演的基础上,开展了基于高斯牛顿法的回线源瞬变电磁法三维约束反演研究。通过采用Krylov子空间迭代法(GMRES)求解高斯牛顿法法方程、解耦正演和反演网格等措施有效提高了计算效率,加速了回线源瞬变电磁法三维反演的实用化。采用两个低电阻率块状体模型验证了三维反演算法和程序的正确性,并将该三维反演程序应用于蒙古那仁宝力格煤田玄武岩体探测实例研究。反演获取的玄武岩体形态呈浅碟状,与一维反演结果类似,但有别于三维数值拟合结果,其获取的玄武岩体形态为倒锥形。.本项目系统开展了复杂形态回线源瞬变电磁法的三维正演和反演研究,为瞬变电磁法理论研究提供了基础软件,也为地下结构精细成像提供了利器,有力促进了瞬变电磁法方法技术革新和数据处理解释的发展。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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