目錄
前言
第1章 概論 1
1.1 多源、多分辨地空瞬變電磁法簡介 1
1.2 發(fā)射與接收裝置 2
1.2.1 磁性源發(fā)射與接收裝置 2
1.2.2 電性源發(fā)射與接收裝置 2
1.3 發(fā)射機(jī)與接收機(jī) 3
1.3.1 發(fā)射機(jī) 3
1.3.2 接收機(jī) 4
1.4 發(fā)射波形 5
1.4.1 常用的激發(fā)場波形 5
1.4.2 微分脈沖激發(fā)波形 5
1.5 數(shù)據(jù)處理與解釋 7
1.5.1 數(shù)據(jù)處理 7
1.5.2 全域視電阻率的計(jì)算 7
1.5.3 數(shù)據(jù)解釋 7
1.6 發(fā)展前景 9
第2章 巖、礦石的導(dǎo)電性 11
2.1 電磁參數(shù) 11
2.1.1 電導(dǎo)率 11
2.1.2 介電常數(shù) 11
2.1.3 磁導(dǎo)率 12
2.2 巖、礦石的電阻率 12
2.2.1 礦物的電阻率 12
2.2.2 巖石的電阻率 15
2.2.3 影響巖石電阻率的因素 16
第3章 多源電磁場理論 18
3.1 電磁場基本方程 18
3.2 物質(zhì)的電磁特性 19
3.2.1 各向同性介質(zhì) 19
3.2.2 各向異性介質(zhì) 21
3.3 勢函數(shù)及其方程 22
3.3.1 電性源和磁性源 22
3.3.2 電性源的電磁勢及其方程 23
3.3.3 磁性源的電磁勢及其方程 24
3.4 邊界條件和輻射條件 25
3.4.1 邊界條件 25
3.4.2 輻射條件 26
3.5 均勻全空間中的偶極子場 27
3.5.1 均勻全空間中偶極子場源的矢量位 27
3.5.2 均勻全空間中電偶極子場源的電磁場 29
3.5.3 均勻全空間中磁偶極子場源的電磁場 31
3.6 均勻半空間上方水平單個電偶極子的電磁場 31
3.6.1 矢量位表達(dá)式 31
3.6.2 地面電磁場表達(dá)式 34
3.7 水平層狀介質(zhì)上方多輻射源水平電偶極子的電磁場 36
3.7.1 單輻射源表達(dá)式 36
3.7.2 多輻射源表達(dá)式 39
3.7.3 頻率域響應(yīng)與時間域響應(yīng)的變換 40
3.8 瞬變電磁場的數(shù)值計(jì)算方法 42
3.8.1 漢克爾積分的計(jì)算 42
3.8.2 正弦、余弦積分的計(jì)算 44
第4章 多源地空全域視電阻率定義及快速解釋方法 45
4.1 多輻射場源地空瞬變電磁場隨電阻率的變化規(guī)律 45
4.2 多輻射場源地空全域視電阻率定義理論 50
4.2.1 全域視電阻率迭代式的建立 50
4.2.2 場域電阻率為雙值函數(shù)時的視電阻率的定義 52
4.2.3 水平層狀大地全域視電阻率定義實(shí)例分析 54
4.2.4 偏移距對多輻射場源全域視電阻率的影響 56
4.2.5 飛行高度對多輻射場源全域視電阻率的影響 57
4.3 多輻射場源地空瞬變電磁法快速解釋方法 58
4.3.1 多輻射場源等效導(dǎo)電平面法原理 59
4.3.2 微分電導(dǎo)成像法原理 65
4.3.3 相關(guān)疊加合成算法 66
4.3.4 三維模型計(jì)算 69
第5章 多源、多分辨輻射場 71
5.1 多輻射場源激發(fā)的地空瞬變電磁場 71
5.1.1 三維空間多輻射場源模擬理論 71
5.1.2 三維地質(zhì)模型多輻射場特征分析 73
5.2 基于微分脈沖激發(fā)的多分辨地空瞬變電磁場 80
5.2.1 微分脈沖輻射場多分辨特性分析 80
5.2.2 基于微分脈沖的水平層狀模型地空瞬變電磁表達(dá)式 82
5.2.3 基于微分脈沖激發(fā)的上下兩個低阻薄層響應(yīng)特征 83
5.2.4 基于微分脈沖激發(fā)的垂直分布的三個異常體響應(yīng)特征 85
第6章 瞬變電磁場的數(shù)值模擬方法 87
6.1 三維時域有限差分正演 87
6.1.1 控制方程與有限差分離散 87
6.1.2 激勵源的施加與邊界條件 97
6.1.3 穩(wěn)定性與數(shù)值色散 102
6.1.4 并行計(jì)算技術(shù) 104
6.1.5 模型計(jì)算 106
6.2 求解時域電磁場的矢量有限元法 121
6.2.1 矢量有限元變分方程 122
6.2.2 剖分插值與剛度矩陣 124
6.2.3 源的加載 132
6.2.4 穩(wěn)定性條件 136
6.2.5 計(jì)算實(shí)例 136
6.3 求解時域電磁場的矢量有限體積法 146
6.3.1 控制方程的弱解形式 146
6.3.2 微分算子的離散 147
6.3.3 初始場求解 151
6.3.4 時間域后推歐拉離散 153
6.3.5 基于Krylov子空間的瞬變電磁時間域求解方法 153
6.3.6 大型稀疏線性方程組直接求解 155
6.3.7 時間域迭代求解數(shù)值算例 155
6.3.8 基于Krylov子空間的瞬變電磁全波形正演方法 159
第7章 多分辨瞬變電磁波場變換方法 165
7.1 瞬變電磁波場變換基本原理 165
7.1.1 瞬變電磁場與虛擬波場關(guān)系式的建立 165
7.1.2 波場反變換式的不適定性 168
7.1.3 波場逆變換的共軛梯度正則化算法 171
7.2 基于電磁波場降速的多分辨波場變換方法理論 174
7.2.1 瞬變電磁虛擬波場降速方程與波場變換關(guān)系 174
7.2.2 基于虛擬波場降速的瞬變電磁波場反變換方法 178
7.2.3 基于瞬變電磁虛擬波場降速提取的模型的試驗(yàn)驗(yàn)證 181
7.3 基于精細(xì)積分法的高精度波場變換方法 186
7.3.1 基本原理 186
7.3.2 精細(xì)積分法的虛擬波場算法驗(yàn)證 189
7.3.3 三維模型計(jì)算 198
7.4 多尺度、多分辨掃時波場變換 199
7.4.1 掃時波場變換 200
7.4.2 多窗口掃時波場變換的數(shù)值模擬 201
第8章 基于全波形反演的高分辨速度分析 209
8.1 波動方程正演模擬 209
8.2 正演參數(shù)選取 211
8.3 PML吸收邊界條件 212
8.4 全波形反演理論 213
8.4.1 目標(biāo)函數(shù)及混合共軛梯度法優(yōu)化 214
8.4.2 迭代步長計(jì)算與收斂條件 216
8.4.3 多尺度反演策略及流程 217
8.5 全波形反演試算 218
8.5.1 層狀模型試算 218
8.5.2 三維異常體模型試算 219
8.5.3 復(fù)雜Marmousi模型試算 220
第9章 多分辨瞬變電磁偏移成像方法 222
9.1 Kirchhoff積分偏移 222
9.1.1 Kirchhoff積分方程的建立 222
9.1.2 邊界元法求解偏移成像 223
9.1.3 偏移成像算例 228
9.1.4 實(shí)際模型算例 235
9.2 Born近似偏移成像算法 238
9.2.1 Born近似算法 239
9.2.2 算法驗(yàn)證 247
9.2.3 Born近似成像實(shí)際算例 259
9.3 三維有限差分偏移 266
9.3.1 基本原理 266
9.3.2 模型計(jì)算 268
9.3.3 有限差分偏移成像實(shí)例 274
9.4 基于微分脈沖的有限差分“疊前偏移成像” 278
9.4.1 層狀模型成像結(jié)果 278
9.4.2 起伏地層模型成像結(jié)果 282
9.4.3 推覆構(gòu)造地層模型成像結(jié)果 285
第10章 瞬變電磁場物理模擬技術(shù) 289
10.1 瞬變電磁場物理模擬理論 289
10.2 物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置 291
10.2.1 土槽的設(shè)計(jì) 291
10.2.2 土槽實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè) 292
10.3 三維復(fù)雜模型建模 293
10.3.1 基于GID的三維建模 293
10.3.2 基于GeoModeller的三維地質(zhì)建模 294
10.3.3 網(wǎng)格剖分 297
10.3.4 應(yīng)用實(shí)例 298
10.4 發(fā)射與接收裝置 304
10.4.1 發(fā)射場源 304
10.4.2 接收探頭 305
10.5 模型材料 306
10.6 測試與標(biāo)定 308
第11章 地質(zhì)靶體的瞬變電磁場特征 310
11.1 典型金屬礦床瞬變電磁場特征 310
11.1.1 典型金礦床 310
11.1.2 典型銅鎳礦床 313
11.2 城市地下復(fù)雜模型瞬變電磁場特征 317
11.2.1 城市地下空間的建模與輻射源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 317
11.2.2 高性能瞬變電磁喇叭源的設(shè)計(jì) 318
11.2.3 高性能瞬變電磁喇叭源的輻射特性分析 320
11.2.4 基于多脈沖掃描的城市地下空間多分辨分析 324
11.2.5 基于微分脈沖掃描的城市地下空間多分辨分析 326
11.2.6 城市地下空間的多尺度信息提取 329
11.2.7 基于虛擬波場的多次覆蓋對比 332
11.2.8 可變時窗的掃時波場成像 332
11.3 地下水力聯(lián)系模型瞬變電磁場特征 337
11.3.1 地下水力聯(lián)系通道三維地質(zhì)模型建模 338
11.3.2 趵突泉、黑虎泉地下水力聯(lián)系的地空瞬變電磁響應(yīng)特征分析 339
11.3.3 趵突泉、黑虎泉地下水力聯(lián)系的全域視電阻率特征 342
11.4 多層煤層充水采空區(qū)模型 343
11.4.1 多層煤層充水采空區(qū)模型設(shè)計(jì) 343
11.4.2 多層煤層充水采空區(qū)電磁響應(yīng)與視電阻率特征 344
11.4.3 多層煤層充水采空區(qū)偏移成像結(jié)果 346
第12章 地空瞬變電磁應(yīng)用 349
12.1 在金屬礦勘查中的應(yīng)用 349
12.2 在煤礦采空區(qū)探測中的應(yīng)用 362
12.2.1 甘肅魏家地煤礦采空區(qū)探測 362
12.2.2 山西煤炭采空區(qū)探測 368
12.2.3 陜西黃陵采空區(qū)探測 371
12.3 在高速公路探測中的應(yīng)用 375
12.3.1 廣西河池至百色高速公路隧道勘察 375
12.3.2 廣西巴馬—憑祥高速公路某隧道勘察 382
參考文獻(xiàn) 388