起伏地形条件下含IP效应的三维张量CSAMT正演研究

Scalar CSAMT is only suitable for measurements in one and two dimensions perpendicular to geological structures. For complex 3D geoelectric structure, tensor CSAMT is more suitable. In this project, The electric field in the three-dimensional tensor CSAMT forward will be decomposed into the background field and the scattered fieldrespectively. The background field is solved by analytic method and the scattered field is solved by vector finite element method. The electric field in 3D tensor CSAMT forward modeling using vector finite element method is high precision and can avoid the continuity of the normal component of the electric field at the boundary using the node finite element method. So, it does not need to do divergence correction. Considering the effect of the rugged topography and the IP effect on the forward modeling of the three-dimensional tensor CSAMT, the influence rule and mechanism of these two effects on the three-dimensional tensor CSAMT forward modeling will be studied and summarized, which can provide some guidance for the inversion and extraction of the IP effect of electromagnetic method in frequency domain and the processing and interpretation of the actual data.

标量CSAMT只适合一维及构造走向与测线垂直的二维情况，而对于三维复杂的地电结构，应采用张量观测。本课题拟将三维张量CSAMT正演中的电场总场分成背景场和二次场（散射场）分别计算，背景场采用解析解求解，而二次场（散射场）采用矢量有限元法求解。采用矢量有限元法来模拟二次场（散射场）不仅计算精度高而且可以有效避免节点有限元法在边界处电场法向分量的连续性，无需做散度校正。同时还综合考虑了地形效应和IP效应对三维张量CSAMT的正演响应的影响，研究两种效应在远区、近区和过渡区对三维张量CSAMT正演响应的影响规律及机理，可为频率域电磁法IP效应的反演与提取以及对实际数据的处理与解释提供一定的指导。

在多数三维数值模拟及实际应用中常常采用标量观测，存在诸多缺点。标量CSAMT只适用于一维和构造走向和测线方向严格垂直的二维情况，而对于复杂的三维地电结构，应采用三维张量观测。本课题基于背景场和二次场（散射场）分离实现了起伏地形条件下的三维张量CSAMT正演，其中背景场采用解析解求解，而二次场采用矢量有限元法进行求解。通过与一维张量CSAMT进行了对比验证，表明了三维张量CSAMT正演计算正确，精度较高。选取了三维单一典型高阻和低阻异常体模型进行了试算，分析了张量CSAMT正演响应阻抗张量、视电阻率和阻抗相位的异常响应特征及规律。在此基础上加入Cole-Cole模型实现了带激电效应的一维和三维张量CSAMT正演。选取单一高阻或低阻模型，模拟了不同激电参数对一维及三维张量CSAMT正演响应的影响。从模拟结果可以看出，在远区和过渡区，对三维张量CSAMT影响的四个激电参数中，零频电阻率影响最大，极化率次之，时间常数和频率相关系数影响较小。极化率、时间常数和频率相关系数对张量CSAMT的影响主要是随着他们的增加降低视电阻率异常和增大阻抗相位异常。时间常数和频率相关系数对三维正演响应的影响主要依赖极化率的大小，当极化率较小时，极化率、时间常数和频率相关系数对张量CSAMT影响很小，可以不用考虑激电效应，但当极化率较大时，激电效应的所有参数都应该加以考虑，任何一个激电参数对张量CSAMT正演响应都比较大，尤其是在高阻高极化中。在近区中，由于视电阻率响应等较大，激电效应的影响已无法识别出。