開題選題報告

研究生學位論文選題報告研究課題 考慮激電效應的大地電磁正演研究研究生姓名 所在教研室名稱 勘查技術與工程教研室攻讀學位碩士導師姓名職稱 論文工作的起止時間 **********大學研究生部制一、選題依據（選題來源，研究意義，國內外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢）一、1.1選題來源本課題來源于**自然科學基金項目：基于時間域激電數(shù)據的頻譜參數(shù)快速反演成像研究（2011GXNSFB018005）1.2研究意義考慮激電效應時，正演計算的有極化大地電磁視電阻率曲線（圖1）和相位曲線（圖2），和無極化時比較存在較大的差異。同時，將不同頻譜參數(shù)的響應引入到大地電磁資料解釋當中，使得大地電磁資料解釋不再完全依靠視電阻率和相位頻譜而顯單薄，因而，計算含激電效應的大地電磁頻譜響應是很有價值的。Pelton等基于對巖、礦石標本和露頭的大量測量結果認為，對均勻巖、礦石，由激電效應引起的復電阻率隨頻率的變化（即復電阻率頻譜）可由下式表示：1-11-1+（，①C）c其中，P0,m,T,c分別為零頻電阻率、極化率、時間常數(shù)和頻率相關系數(shù)，并且模型中的四個參數(shù)（頻譜參數(shù)）均有明確的物理意義:p0為表征導電性強弱的參數(shù)；m為表征激電效應強度的參數(shù)；c為表征激電譜（頻譜或者時間譜）陡緩;t為表征表征激電效應頻率特性或充放電快慢的時間參數(shù)。大量的研究表明［1~3］，不同的巖、礦石其Cole-Cole模型頻譜參數(shù)值大小不同，利用這些參數(shù)異常可以區(qū)分引起激電異常的極化體和尋找深部礦（化）體。因此，國內外學者對頻譜參數(shù)值的確定做了大量的工作，并取得了很大的成果。映）03有扳化 q60-| ――學者對頻譜參數(shù)值的確定做了大量的工作，并取得了很大的成果。映）03有扳化 q60-| ――D型無松化 6C- -。一G型無彼化huh11^iiiii11|iiiiii11|iiiiii11limn11|11111111|EninI|[Hz 2c.1000001000010001001Q1 01 001T—D型有極化D型無極化▲G型有快化-0—G型無設化T1~I pill）III|IHIIIII|llllIlli||lllIllijllllIIII]IIIIIII100000100001000100 10 1 017oif/Hz圖2二層有無極化相位剖面圖圖圖2二層有無極化相位剖面圖模型參數(shù)：無極化時，C=0,m=0,T=0.有極化時：c=0.25,m.=0.25,t=1,c=0.5,m=0.5,t=10,h=100,p.=50,p=10,1001.3國內外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢大地電磁測深具有探測深度大、不受高阻層屏蔽的影響、對低阻層反應靈敏等吸引人的優(yōu)點4］，因而對該方法的研究始終為人們所關注.同時，前人經過大量的大地電磁正反演研究，尤其在應用有限單元法二維和三維正演方面，取得了豐碩的成果。1971年，J.H.Coggon［5］首先將有限單元法引入到電法勘探正演計算中來，對于點源二維地電斷面的情況，他導出了等價的變分方程，并實現(xiàn)了有限單元法計算.1975年,Hohmann［6］首先提出激發(fā)極化和電磁場三維數(shù)值模擬方法.1977年，L.R.Rijo［7］改進了點源二維有限單元法，引入了一個通用性網格,使計算速度和精度大為提高，使有限單元法解決電法正演問題達到實用的階段.1978年,Pridmore［8］在博士論文中第一次應用有限單元法計算了復雜三維地電斷面上的視電阻率.1979年,Dey和Morrision［9］在又采用有限差分方法實現(xiàn)了三維數(shù)值模擬.Poirmeur和VasseuH10］在1988年以及Lesur［11］在1999年用邊界單元法進行了三維電法數(shù)值模擬.1989年，陳樂壽［12］指出在大地電磁測深中，Bostick基于測深曲線低頻漸近線的性質提出了一種直接反演方法.1999年，阮百堯［13］教授導出了在大地電磁測深中與電阻率測深一維最優(yōu)反演相似的反演方法，通過自動迭代反演出地下模型參數(shù).而后趙長海通過計算驗證，這是一種快速和實用的自動反演方法。對大地電磁的激電效應研究，自20世紀70年代以來，國內外學者巳做過一些有意義的研究探索和實際觀測工作，但相對大地電磁測深和激法極化法而言，數(shù)目甚微.國外，1974年HunterWare［14］在他的博士論文中,首次對利用天然場源作激電法的可能性進行了理論探討;但據說“限于當時的觀測技術”他的理論預見未能在野外試驗中實現(xiàn).1982年，印度學者S.MaraliW］,認為有可能利用極低頻（ELF）天然電場作為頻率域激電研究的場源.90年代中期，美國加州大學（柏克利）ErikaGasperikova和H.FrankMorrison等［16］也進行了天然場源激電法的研究,得出了肯定的結論.國內，1978年我國物探工作者吳漢榮和王式銘［17］基于對我國華北地區(qū)天然電磁場強度和巖礦石產生激電效應條件的分析，討論了利用天然場源作激電測量的可能性，指出關鍵在于提取由天然場源所引起的激電效應的技術.1990年，陳久平等［18］利用積分方程法用于層狀介質中三維不均勻體的大地電磁模擬計算，在驗證了算法正確性的基礎上，進行了實際模型的數(shù)值模擬，初步討論了三維MT曲線的一些畸變特點.90年代中期,中國地質大學（北京）開展了“被動源激發(fā)極化法”研究.他們基于自己的理論和野外試驗結果，對利用天然場源作激電法的前景作了樂觀的估計；但也指出，在從野外實測資料中提取激電異常方面，尚待進一步研究.1998年,楊進等［19］，對被動源激發(fā)極化法場源的基本性質、激發(fā)極化效應的提取方法進行了討論，以野外試驗結果為例研究了礦體與異常的對應規(guī)律，對該方法的有效性和可行性進行了說明.2003年，羅延鐘等［20］研究了二維地電條件下天然場源激電法的可行性，指出天然場激電法的實際應用還有待探索.2003年，李金銘［21］等進行了極化水平層上天然場源激電測深的理論研究，提出了采用Dias模型表征介質的激電效應，重點討論了不同電阻率斷面類型對激電測深異常的影響.2004年，蔡軍濤等［22］在Cole-Cole模型假設的基礎上，用一種新的遞推反演算法對無電磁偶合影響時的水平層狀大地對稱四極裝置復電阻率測深曲線進行反演，得出了層狀大地上視電阻率、視時間常數(shù)、視頻率相關系數(shù)、視充電率的視真頻參數(shù)測深曲線2006年，曹中林等［23］引入Cole-Cole模型描述介質的頻譜激電特征，首先研究了不同激電參數(shù)時大地電磁法一維情形時理論響應特征；然后研究了三層模型時的廣義逆反演的效果，最后將反演應用于實際油田資料的解釋，并取得了較好的效果.2009年，徐凱軍等［24］利用積分方程法實現(xiàn)均勻半空間大地電磁激電效應的三維正演模擬,然后引入Cole-Cole模型計算均勻半空間中三維極化體的大地電磁激電效應的響應，分析并總結不同極化參數(shù)對三維大地電磁響應的影響規(guī)律。同時，國內外學者對頻譜參數(shù)值的確定做了大量的工作，并取得了很大的成果。如：張桂青等［25］提出由視復電阻率頻譜直接反演極化體真譜參數(shù)的思想，并建立了相應的反演算法和實用程序.羅延鐘等［26］和張桂青等［16］分別提出了兩種基于稀釋系數(shù)的頻譜參數(shù)的近視反演方法，為頻譜激電法資料的反演，計算極化體真參數(shù)提供了簡便而有效的方法.王自力等［27］提出了另一種頻譜參數(shù)的求解方法，這種方法將視譜直接以待求的真譜參數(shù)標出，省去了中間變量，提高了反演結果的精確度和穩(wěn)定性.吳孝國［28］從時間域激電數(shù)據中反演確定p0、m、c、T參數(shù)，，提出了由時間譜反演Cole-Cole模型的方法，并取得了很好的成果.J.Xiang等［29］提出了基于多重最小二乘估計的視復電阻率譜的直接反演方法，該方法無需中間變量的介入，也不用對參數(shù)的初始值進行估計，并且能同時確定四個參數(shù)和保證反演結果的唯一性.阮百堯等［30］從Cole-Cole模型出發(fā)，導出了一種新的復電阻率譜參數(shù)的遞推反演方法。該方法不需要給定參數(shù)初始值，反演過程中也無需任何中間量的介入，簡單方便.二、研究目標、內容及擬解決的關鍵技術問題（1） 研究目標編寫含激電效應的一維層狀和二維大地電磁的正演程序，分析不同地電模型和頻譜參數(shù)對大地電磁激電效應響應特征，并總結影響規(guī)律。（2） 研究內容引入Cole-Cole模型計算大地電磁（MT）激電效應的不同地電模型的頻譜響應，且對理論模型進行正演計算，主要做了一下幾方面的研究和工作：A、 分析含有激電效應的一維大地電磁正演計算理論，編寫一維層狀大地電磁激電效應正演計算程序，從二層和三層均勻半空間模型出發(fā)，總結出不同地電模型頻譜響應特征，分析不同模型和頻譜參數(shù)對一維大地電磁的激電效應和電磁感應響應的影響規(guī)律.B、 分析二維大地電磁激電效應的正演計算理論，編寫二維有限元大地電磁激電效應正演程序，利用變分原理導出與邊值問題相應的泛函.設計理論地電模型，對于二維異常體的激電效應和電磁感應并存響應進行正演計算，總結出不同地電模型頻譜響應特征，分析不同模型和頻譜參數(shù)對二維大地電磁的激電效應和電磁感應響（3） 技術方案（技術路線，技術措施）；一維層狀介質正演計算流程： 二維有限元正演計算流程：（4）存在的主要問題和擬解決的技術關鍵。要說明完成本論文存在的主要問題和擬解決的技術關鍵A、 討論頻譜曲線受影響的范圍有點“朦朧”，不能給定具體的某個過渡頻段范圍，只能給出大致的頻段范圍。B、 不同頻譜參數(shù)對激電效應的響應完全不同，只能單個參數(shù)響應分析，暫時不能完成頻譜參數(shù)綜合響應分析。三、可行性分析通過計算考慮激電效應和不考慮激電效應的大地電磁頻譜響應，發(fā)現(xiàn)二者間存在很明顯的差別，前人經過大量理論計算和研究證實，引入Cole-Cole模型計算大地電磁的激電效應是可行的。四、研究的創(chuàng)新點本課題的特色與創(chuàng)新之處如下：考慮不同地電模型和Cole-Cole模型參數(shù)（頻譜參數(shù)）的激電效應對大地電磁的頻譜頻譜響應，并分析和總結不同地電模型和單個頻譜參數(shù)的響應規(guī)律。五、主要參考文獻目錄PeltonWH,WardSH,HallofWH,etal.MineraldiscriminationandremovalofinductivecouplingwithmultifrequencyIP[J].Geophysics,1978,43(3):588-609羅延鐘，吳之訓.譜激電法中頻率相關系數(shù)的應用[J].地球物理學報,1992,35(4):490-500.LUOYan-zhong,WUZhi-xun.Theapplicationoffrequencydependentfactorinspectralinducedpolarizationmethod.ChineseJournalofGeophysics,1992,35(4):490-500.張賽珍，李英賢，張樹椿,張庚利，王式銘,鄭佩琴.我國幾個金屬礦區(qū)巖(礦)石的低頻電相位頻率特性及其影響因素[J].地球物理學報,1984,27(2):176-189.ZHANGSai-zhen,LIYing-xian,ZHANGShu-chun,ZHANGGeng-li,WANGShi-ming,ZHENGPei-qin.Thelowfrequencyelectricalphasespectraofmineralizedrocks(ores)andsomefactorswhichinfluencetheminsomesulfideoredepositsinChina.ChineseJournalofGeophysics,1984,27(2):176-189.魏文博.我國大地電磁測深新進展及瞻望.地球物理學進展,2002,17(2):245?254.WEIWen-bo.NewAdvanceandProspectofMagnetotelluricSounding(MT)inChina.ProgressinGeophysics,2002,17(2):245?254.CoggonJH.Electromagneticandelectricalmodelingbythefiniteelementmethod.Geophysics,1971,36,(2),132-155.GeraldW,Hohmann.Three-dimensionalinducedpolarizationandelectromagneticmodeling.Geophysics,1975,40,(2):309-324.RijoL.Modelingofelectricandelectromagneticdata[Ph.D.thesis].Univ.ofUtah.,1977.PridmoreDF.Three-dimensionalmodelingofelectricandelectromagneticdatausingtheFEM[Ph.D.thesis].Utah:Univ.ofUtah.,1978.DeyA,MorrisionHF.ResistivityModelingforArbitrarilyShaped3-DStructures.Geophysics,1979,44,(4):753-780.PoirmeurG,VasseurGThreeDimensionalModelingofaHoleHoleElectricalMethod:ApplicationtotheInterpretationofaFieldSurvey.Geophysics,1988,53,(3):402-414.LesurV,CuerMandStraub.A2-Dand3-DInterpretationofelectricaltomographymeasurements,Part1:TheForwardProblem.Geophysics,1999,64,(2):386-395.陳樂壽.大地電磁測深資料處理與解釋.北京:石油工業(yè)出版社,1989.阮百堯.電阻率/激發(fā)極化法測深數(shù)據的一維最優(yōu)化反演方法.桂林工學院學報,1999,19J4):321-325.RAOBai-yao.1-DoptimizationinversionmethodforresistivityandIPsoundingData.JournalofGuilininstituteofTechnology,1999,19,(4):321-325.WareGH.Theoreticalandfieldinvestigationsoftelluriccurrentsandinducedpolarization[Ph.D.Thesis].Berkeley:UniversityofCaliforniaatBerkeley,1974.MaraliS.ComparisonofanomalouseffectsdeterminedusingtelluricfieldsandtimedomainIPtechnique(testresults).Bult.Aust.Soc.Explor.Geophys,1982,2(1/2):44~45.GasperikovaE,MorrisonHF.MappingofInducedPolarizationUsingNaturalFields.Geophysics,2001,66:137-147.吳漢榮，王式銘.利用天然電磁場進行激發(fā)極化法測量的可能性.物探與化探,1978,(1):62?64.WUHanrong,WANGShiming.PossibilityofIPsurveyusingthenaturalelectromagneticfield.GeophysicalandGeochemicalExploration,1978,(1):62~64.陳久平，陳樂壽，王光鑼.層狀介質中三維大地電磁模擬.地球物理學報,1990,33(4):480?488.CHENJiu-ping,CHENLe-shou,WANGGuang-e.Magnetotelluricmodelingofthree-Dimensionalbodiesinlayeredearths.ChineseJournalofGeophysics,1990,33(4):480-488.楊進,譚捍東，傅良魁.被動源激發(fā)極化法的野外試驗結果.現(xiàn)代地質,1998,12(3):436?441.YANGJin,TANHandong,FULiangkui.ResultsoffieldtestfortheIPmethodusingthepassivesource.Geoscience,1998,12(3):436?441.羅延鐘，張勝業(yè)，熊彬.天然場源激電法的可行性.地球物理學報，2003,46(1),125?130.LUOYanzhong,ZHANGShengye,XIONGBin.Feasibilityofnaturalsourceinducedpolarization.ChineseJournalofGeophysics,2003,46(1),125?130.李金銘，陳清禮，楊冠鼎等.極化水平層上天然場源激電測深的理論研究[J].物探與化探,2003,27(4):280?283.LIJin-ming,CHENQing-li,YANGGuan-ding2,LUGui-fu.Atheoreticalstudyofinducedpolarizationsoundingundernaturalelectromagneticsourceoverthepolarizatalhorizontallayer.GeophysicalandGeochemicalExploration,2003,27(4):280?283.曹中林，何展翔,昌彥君.MT激電效應的模擬研究及在油氣檢測中的應用[J].地球物理學進展,2006,21(4):1252-1257.CAOZhong-lin,HEZhan-xiang,CHANGYan-jun,AsimulationstudyofInducedpolarizationeffectofmagnetotelluricanditsapplicationinoilandgasdetection.ProgressinGeophysi<2)06,21(4):1252-1257.蔡軍濤，阮百堯，羅潤林.層狀大地視真頻參數(shù)測深曲線的反演.中南大學學報,2004,35(4):662?666.CAIJun-tao,RUAN,Bai-yao,LUORun-lin.Inversecalculationonapparentintrinsicinducedpolarizationparametriccurvesovermulti-layeredearth.J.Cent.SouthUniv.(ScienceandTechnology),2004,35(4):662~666.徐凱軍，石雙虎，周家惠.三維大地電磁激電效應特征研究.西北地震學報,2009,31(1):31?35.XUKai-jun,SHIShuang-hu,ZHOUJia-hui.StudyonInducedPolarizationEffectofThreeDimensionalMagnetotelluric.NorthwesternSeismologicalJournal,2009,31(1):31~35.羅延鐘，方勝.視復電阻率頻譜的一種近視反演方法[J].地球科學,1986,23(1):93-102.LUOYan-zhong,FANGSheng.Anapproximateinversionoftheapparentcomplexresistivityspectrum.EarthScience,1986,23(1):93-102.張桂青，崔先文,羅延鐘.一種反演頻譜激電法視頻譜求取真參數(shù)的方法[J],地質與勘探,1987,23(4):48-54.ZHANGGui-qing,CUIXian-wen,LUOYan-zhong.ThedeterminationofintrinsicparametersbyinversingIPapparentspectrum.GeologyandProspecting,1987,23(4):48-54.王自力，張賽珍.一種真復電阻率頻譜參數(shù)的求解方法[J].地球物理學報,1989,33(6):712-721.W