基于二次场耦合势三维起伏地形频率域航空电磁响应高效数值模拟算法

来源 :中国地球物理学会地球物理技术委员会第九届学术会议——全域地球物理探测与智能感知学术研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyin900101
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  航空电磁探测方法受地质环境的影响较小,因此,在过去的数十年中,航空电磁探测已经被广泛应用于油气、地下水以及金属矿藏的勘探,并取得了长足的发展。由于航空电磁响应受到地形影响较大,忽略地形影响会对航空电磁数据解释造成误差。因此,本文提出了一种基于结构化网格的耦合势有限体积法模拟带地形的频率域航空电磁响应。由于对Maxwell方程进行直接求解会出现解不稳定的问题,我们使用电场Helmholtz方程进行问题求解。一次/二次场分离算法与直接计算总场算法相比具有更高的计算精度和更好的稳定性,同时我们采用半空间模型作为背景场,对背景场采用传输线快速算法,与传统的以自由空间为背景场的正演算法相比,需要网格剖分的范围更小,提高了航空电磁响应的计算速度。本文从Maxwell方程出发,首先通过引入电场的矢势标势分解,将Maxwell方程转化为一个关于矢势和标势的混合亥姆霍兹方程定解问题;采用库伦规范,借助Yee氏交错网格进行离散,得到大型稀疏非对称系数矩阵的离散方程;同时由于航空电磁具有多源性,我们采用直接分解技术对矩阵方程进行求解。通过与有限元模拟结果进行对比,验证本文的算法精度。最后,我们分析了固定气压飞行模式和固定地面高度飞行模式下山峰和山谷地形对航空电磁响应的影响特征。研究结果对航空电磁地形效应的识别和校正具有指导意义。
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