航空瞬变电磁合成孔径成像方法研究

本项目在前期理论研究基础上，研究一种快速、稳定的从瞬变电磁场到虚拟波场的全域优化算法，将满足扩散方程的瞬变电磁场变换为有利于成像的波场；基于地震资料处理中的地层吸收能量补偿、互均衡处理及子波整形反褶积技术，实现瞬变电磁虚拟波场信息提取；借鉴合成孔径雷达的成像思想，采用最大相关函数加权叠加和脉冲压缩技术,实现航空瞬变电磁虚拟波场合成孔径计算；采用多分量特殊处理技术，实现多分量航空瞬变电磁虚拟波场矢量相关合成数据处理；将三维边界元技术和基于等效导电平面法的三维连续速度分析方法融入其中，实现航空瞬变电磁场的三维逆时偏移成像计算，建立航空瞬变电磁场偏移成像理论。在应用效果上，力求从实测资料中提取到常规瞬变电磁法提取不到的信息，以提高航空电磁法的解释水平,使其达到甚至超过地面勘探精度，从而代替传统的地面瞬变电磁法勘探，满足高原或海洋区域的精细探测要求，为丰富国家的矿产资源勘探和国防建设做出贡献。

本项目在前期理论研究基础上，完成了申请书中所列的研究内容，为使研究成果更完整，还补充了三维航空瞬变电磁时域有限差分正演方法和地形起伏响应特征研究。课题组经过4年的研究取得了如下7项重要成果：.1、从瞬变电磁扩散场到拟地震波场的全时域反变换算法研究。主要研究了由扩散方程到波动方程转换的数值计算方法。首先对波场表达式进行数值离散，分析了多种离散方式的优略，选用效果较好的等间距剖分进行离散。采用预条件正则化共轭梯度法，实现了全时域波场反变换。.2、瞬变电磁虚拟波场信息提取研究。首先讨论了虚拟波形展宽的原因，认为不是由于波在介质中传播时能量损耗所致，而是波场变换式中核函数随虚拟时间的增加分布范围增大的分布特点所决定的。然后提出利用反褶积技术，消除波场变换中的波形展宽效应。对已知模型的计算求解和处理，取得较好的效果。.3、航空瞬变电磁虚拟波场合成孔径算法与模型仿真研究。航空瞬变电磁合成孔径成像技术是借用合成孔径雷达成像的思路，利用机载真实孔径发射线圈与目标的相对运动，把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效孔径的发射线圈，使其分辨能力更高、穿透能力更强。.4、基于航空瞬变电磁虚拟波场的合成后Kirchhoff积分偏移方法研究。将波场分析的原理即波场从地面向地下反向外推进行偏移成像的方法用于对瞬变电磁场的解释，形成瞬变电磁偏移方法，也就是用Kirchhoff积分法进行电磁波场偏移成像处理，实现电磁波场的延拓计算。.5、三维航空瞬变电磁时域有限差分正演方法研究。在前人研究基础上，直接采用时域有限差分方程进行推导，并进行了两点改进：第一，通过将矩形回线源电流密度加入麦克斯韦方程组的安培环路定理方程，实现回线源瞬变电磁激发源加入；第二，在激发电流源的计算中考虑关断时间。.6、三维航空瞬变电磁地形起伏响应特征研究。用三维时域有限差分并行算法对陆地上的山谷地形、山脊地形、峰谷联合地形多异常体复杂模型下进行了三维数值模拟，通过改变异常体的电导率，研究了起伏地形上电磁场和视电阻率的分布特征，探讨了地形因素对于ATEM系统探测能力的影响。.7、航空瞬变电磁合成孔径成像关键技术研究。分别设计了不同类型的多个模型，通过与传统的视电阻率断面图和微分电导成像图进行对比分析，进一步验证ATEM合成孔径方法能够在横向、纵向上有效提高成像的目标分辨率，突出弱异常、提高信噪比。