多源多分辨地空瞬變電磁法

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《多源多分辨地空瞬變電磁法》，李貅 著，出版社： 科學出版社。

內容簡介

《多源、多分辨地空瞬變電磁法》是作者在近十年來地空瞬變電磁法理論研究與應用實踐的基礎上撰寫而成，系統介紹了多發射源、微分脈衝的多分辨理論，將瞬變電磁場轉換為高分辨虛擬波場的三維一體波場變換方法及多分辨的擬地震成像技術，並介紹了該理論及成像技術在金屬礦勘查、煤礦採空區探測、高速公路探測三個重要領域的應用。

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發射與接收裝置2

1.2.1磁性源發射與接收裝置2

1.2.2電性源發射與接收裝置2

1.3發射機與接收機3

1.3.1發射機3

1.3.2接收機4

1.4發射波形5

1.4.1常用的激發場波形5

1.4.2微分脈衝激發波形5

1.5數據處理與解釋7

1.5.1數據處理7

1.5.2全域視電阻率的計算7

1.5.3數據解釋7

1.6發展前景9

第2章岩、礦石的導電性11

2.1電磁參數11

2.1.1電導率11

2.1.2介電常數11

2.1.3磁導率12

2.2岩、礦石的電阻率12

2.2.1礦物的電阻率12

2.2.2岩石的電阻率15

2.2.3影響岩石電阻率的因素16

第3章多源電磁場理論18

3.1電磁場基本方程18

3.2物質的電磁特性19

3.2.1各向同性介質19

3.2.2各向異性介質21

3.3勢函數及其方程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矢量位表達式31

3.6.2地面電磁場表達式34

3.7水平層狀介質上方多輻射源水平電偶極子的電磁場36

3.7.1單輻射源表達式36

3.7.2多輻射源表達式39

3.7.3頻率域響應與時間域響應的變換40

3.8瞬變電磁場的數值計算方法42

3.8.1漢克爾積分的計算42

3.8.2正弦、餘弦積分的計算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多輻射場源等效導電平面法原理59

4.3.2微分電導成像法原理65

4.3.3相關疊加合成算法66

4.3.4三維模型計算69

第5章多源、多分辨輻射場71

5.1多輻射場源激發的地空瞬變電磁場71

5.1.1三維空間多輻射場源模擬理論71

5.1.2三維地質模型多輻射場特徵分析73

5.2基於微分脈衝激發的多分辨地空瞬變電磁場80

5.2.1微分脈衝輻射場多分辨特性分析80

5.2.2基於微分脈衝的水平層狀模型地空瞬變電磁表達式82

5.2.3基於微分脈衝激發的上下兩個低阻薄層響應特徵83

5.2.4基於微分脈衝激發的垂直分布的三個異常體響應特徵85

第6章瞬變電磁場的數值模擬方法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穩定性與數值色散102

6.1.4並行計算技術104

6.1.5模型計算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穩定性條件136

6.2.5計算實例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時間域後推歐拉離散153

6.3.5基於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時間域迭代求解數值算例155

6.3.8基於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係式的建立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基於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係174

7.2.2基於虛擬波場降速的瞬變電磁波場反變換方法178

7.2.3基於瞬變電磁虛擬波場降速提取的模型的試驗驗證181

7.3基於精細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精細積分法的虛擬波場算法驗證189

7.3.3三維模型計算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值模擬201

第8章基於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正演參數選取211

8.3PML吸收邊界條件212

8.4全波形反演理論213

8.4.1目標函數及混合共軛梯度法優化214

8.4.2迭代步長計算與收斂條件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複雜Marmousi模型試算220

第9章多分辨瞬變電磁偏移成像方法222

9.1Kirchhoff積分偏移222

9.1.1Kirchhoff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實際模型算例235

9.2Born近似偏移成像算法238

9.2.1Born近似算法239

9.2.2算法驗證247

9.2.3Born近似成像實際算例259

9.3三維有限差分偏移266

9.3.1基本原理266

9.3.2模型計算268

9.3.3有限差分偏移成像實例274

9.4基於微分脈衝的有限差分「疊前偏移成像」278

9.4.1層狀模型成像結果278

9.4.2起伏地層模型成像結果282

9.4.3推覆構造地層模型成像結果285

第10章瞬變電磁場物理模擬技術289

10.1瞬變電磁場物理模擬理論289

10.2物理模擬實驗裝置291

10.2.1土槽的設計291

10.2.2土槽實驗系統建設292

10.3三維複雜模型建模293

10.3.1基於GID的三維建模293

10.3.2基於GeoModeller的三維地質建模294

10.3.3網格剖分297

10.3.4應用實例298

10.4發射與接收裝置304

10.4.1發射場源304

10.4.2接收探頭305

10.5模型材料306

10.6測試與標定308

第11章地質靶體的瞬變電磁場特徵310

11.1典型金屬礦床瞬變電磁場特徵310

11.1.1典型金礦床310

11.1.2典型銅鎳礦床313

11.2城市地下複雜模型瞬變電磁場特徵317

11.2.1城市地下空間的建模與輻射源結構設計317

11.2.2高性能瞬變電磁喇叭源的設計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基於多脈衝掃描的城市地下空間多分辨分析324

11.2.5基於微分脈衝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基於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地下水力聯繫模型瞬變電磁場特徵337

11.3.1地下水力聯繫通道三維地質模型建模338

11.3.2趵突泉、黑虎泉地下水力聯繫的地空瞬變電磁響應特徵分析339

11.3.3趵突泉、黑虎泉地下水力聯繫的全域視電阻率特徵342

11.4多層煤層充水採空區模型343

11.4.1多層煤層充水採空區模型設計343

11.4.2多層煤層充水採空區電磁響應與視電阻率特徵344

11.4.3多層煤層充水採空區偏移成像結果346

第12章地空瞬變電磁應用349

12.1在金屬礦勘查中的應用349

12.2在煤礦採空區探測中的應用362

12.2.1甘肅魏家地煤礦採空區探測362

12.2.2山西煤炭採空區探測368

12.2.3陝西黃陵採空區探測371

12.3在高速公路探測中的應用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388