磁化率对大地电磁二维正演响应的影响研究

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大地电磁测深法(Magnetotelluric sounding,MT)是一种以天然交变电磁场为场源,研究地下介质电性结构特征的地球物理勘探方法。大地电磁正反演问题的研究是资料处理解释的重要基础与技术手段。由于传统有限元法本身的劣势,近年来,随着计算速度的快速提升,不规则网格的大地电磁自适应有限单元法在地球物理正反演中得到了良好的发展和应用。电阻率和磁导率作为岩、矿石的两个重要物性参数,但在常规的大地电磁数据处理通常假定地下介质无磁性,仅对地下介质的电阻率参数进行研究。然而,在具有高磁性的火成岩地区以及含有大量铁磁性矿物地区开展MT勘测工作时,如若继续忽略地下介质磁化率的影响,将会对采集的数据产生影响,使反演结果产生误差。为研究磁导率对大地电磁正演响应的影响规律,本文采用自适应非结构化网格剖分技术,实现了二维大地电磁测深的正演模拟,通过构建不同的地电模型,分析总结了磁化率对不同地电模型大地电磁响应特征的影响。论文从以下三个方面完成研究工作。首先,介绍了岩、矿石导电性与导磁性的电磁学基本性质,推导了电导率与磁导率的相关公式,给出了部分常见岩、矿石的电阻率值与磁化率值及其分布范围。其次,以大地电磁场的基本理论为基础,推导了电阻率和磁化率同为变量参数的大地电磁二维正演公式,然后利用有限元法进行二维正演模拟。方程求解中,将Gmsh划分的粗网格作为初始网格,利用网格单元的后验误差估计值指导网格的自适应加密,最大程度优化网格的质量和数量。在有效提高计算速度的同时,又防止了网格加密带来计算量的加大,且可获取满足计算精度正演响应。通过一维层状地电模型、COMMEMI-2D1模型以及起伏地电模型(山脊)验证了算法的正确性与可靠性。最后,通过对磁导率不均匀地电模型的模拟,对不同磁化率的正演影响曲线进行分析,详细阐述了不同极化模式下,电阻率和磁化率对大地电磁响应的影响。研究表明,随着磁化率的变大,正演响应受其影响明显增大,且对视电阻率幅值的影响大于对相位幅值的影响;低阻异常体受磁化率变化的影响小于高阻异常体;对于同一种地电模型,磁化率的变化对TE极化模式的正演响应影响大于TM极化模式;低频段受磁化率变化的影响大于高频段,因此,在高磁性地区进行长周期大地电磁勘探时,尤其要重视磁化率变化对实测数据的影响。
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