開題選題報(bào)告

研究生學(xué)位論文選題報(bào)告研究課題 考慮激電效應(yīng)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(shù)與工程教研室攻讀學(xué)位碩士導(dǎo)師姓名職稱 論文工作的起止時(shí)間 **********大學(xué)研究生部制一、選題依據(jù)（選題來(lái)源，研究意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)）一、1.1選題來(lái)源本課題來(lái)源于**自然科學(xué)基金項(xiàng)目：基于時(shí)間域激電數(shù)據(jù)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(yīng)時(shí)，正演計(jì)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(wú)極化時(shí)比較存在較大的差異。同時(shí)，將不同頻譜參數(shù)的響應(yīng)引入到大地電磁資料解釋當(dāng)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(jì)算含激電效應(yīng)的大地電磁頻譜響應(yīng)是很有價(jià)值的。Pelton等基于對(duì)巖、礦石標(biāo)本和露頭的大量測(cè)量結(jié)果認(rèn)為，對(duì)均勻巖、礦石，由激電效應(yīng)引起的復(fù)電阻率隨頻率的變化（即復(fù)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(shí)間常數(shù)和頻率相關(guān)系數(shù)，并且模型中的四個(gè)參數(shù)（頻譜參數(shù)）均有明確的物理意義:p0為表征導(dǎo)電性強(qiáng)弱的參數(shù)；m為表征激電效應(yīng)強(qiáng)度的參數(shù)；c為表征激電譜（頻譜或者時(shí)間譜）陡緩;t為表征表征激電效應(yīng)頻率特性或充放電快慢的時(shí)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?？梢詤^(qū)分引起激電異常的極化體和尋找深部礦（化）體。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(xué)者對(duì)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(wú)松化 6C- -。一G型無(wú)彼化huh11^iiiii11|iiiiii11|iiiiii11limn11|11111111|EninI|[Hz 2c.1000001000010001001Q1 01 001T—D型有極化D型無(wú)極化▲G型有快化-0—G型無(wú)設(shè)化T1~I pill）III|IHIIIII|llllIlli||lllIllijllllIIII]IIIIIII100000100001000100 10 1 017oif/Hz圖2二層有無(wú)極化相位剖面圖圖圖2二層有無(wú)極化相位剖面圖模型參數(shù)：無(wú)極化時(shí)，C=0,m=0,T=0.有極化時(shí)：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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)大地電磁測(cè)深具有探測(cè)深度大、不受高阻層屏蔽的影響、對(duì)低阻層反應(yīng)靈敏等吸引人的優(yōu)點(diǎn)4］，因而對(duì)該方法的研究始終為人們所關(guān)注.同時(shí)，前人經(jīng)過(guò)大量的大地電磁正反演研究，尤其在應(yīng)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(jì)算中來(lái)，對(duì)于點(diǎn)源二維地電斷面的情況，他導(dǎo)出了等價(jià)的變分方程，并實(shí)現(xiàn)了有限單元法計(jì)算.1975年,Hohmann［6］首先提出激發(fā)極化和電磁場(chǎng)三維數(shù)值模擬方法.1977年，L.R.Rijo［7］改進(jìn)了點(diǎn)源二維有限單元法，引入了一個(gè)通用性網(wǎng)格,使計(jì)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(dá)到實(shí)用的階段.1978年,Pridmore［8］在博士論文中第一次應(yīng)用有限單元法計(jì)算了復(fù)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(shí)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(jìn)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(cè)深中，Bostick基于測(cè)深曲線低頻漸近線的性質(zhì)提出了一種直接反演方法.1999年，阮百堯［13］教授導(dǎo)出了在大地電磁測(cè)深中與電阻率測(cè)深一維最優(yōu)反演相似的反演方法，通過(guò)自動(dòng)迭代反演出地下模型參數(shù).而后趙長(zhǎng)海通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證，這是一種快速和實(shí)用的自動(dòng)反演方法。對(duì)大地電磁的激電效應(yīng)研究，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者巳做過(guò)一些有意義的研究探索和實(shí)際觀測(cè)工作，但相對(duì)大地電磁測(cè)深和激法極化法而言，數(shù)目甚微.國(guó)外，1974年HunterWare［14］在他的博士論文中,首次對(duì)利用天然場(chǎng)源作激電法的可能性進(jìn)行了理論探討;但據(jù)說(shuō)“限于當(dāng)時(shí)的觀測(cè)技術(shù)”他的理論預(yù)見未能在野外試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn).1982年，印度學(xué)者S.MaraliW］,認(rèn)為有可能利用極低頻（ELF）天然電場(chǎng)作為頻率域激電研究的場(chǎng)源.90年代中期，美國(guó)加州大學(xué)（柏克利）ErikaGasperikova和H.FrankMorrison等［16］也進(jìn)行了天然場(chǎng)源激電法的研究,得出了肯定的結(jié)論.國(guó)內(nèi)，1978年我國(guó)物探工作者吳漢榮和王式銘［17］基于對(duì)我國(guó)華北地區(qū)天然電磁場(chǎng)強(qiáng)度和巖礦石產(chǎn)生激電效應(yīng)條件的分析，討論了利用天然場(chǎng)源作激電測(cè)量的可能性，指出關(guān)鍵在于提取由天然場(chǎng)源所引起的激電效應(yīng)的技術(shù).1990年，陳久平等［18］利用積分方程法用于層狀介質(zhì)中三維不均勻體的大地電磁模擬計(jì)算，在驗(yàn)證了算法正確性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)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(diǎn).90年代中期,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）開展了“被動(dòng)源激發(fā)極化法”研究.他們基于自己的理論和野外試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)利用天然場(chǎng)源作激電法的前景作了樂觀的估計(jì)；但也指出，在從野外實(shí)測(cè)資料中提取激電異常方面，尚待進(jìn)一步研究.1998年,楊進(jìn)等［19］，對(duì)被動(dòng)源激發(fā)極化法場(chǎng)源的基本性質(zhì)、激發(fā)極化效應(yīng)的提取方法進(jìn)行了討論，以野外試驗(yàn)結(jié)果為例研究了礦體與異常的對(duì)應(yīng)規(guī)律，對(duì)該方法的有效性和可行性進(jìn)行了說(shuō)明.2003年，羅延鐘等［20］研究了二維地電條件下天然場(chǎng)源激電法的可行性，指出天然場(chǎng)激電法的實(shí)際應(yīng)用還有待探索.2003年，李金銘［21］等進(jìn)行了極化水平層上天然場(chǎng)源激電測(cè)深的理論研究，提出了采用Dias模型表征介質(zhì)的激電效應(yīng)，重點(diǎn)討論了不同電阻率斷面類型對(duì)激電測(cè)深異常的影響.2004年，蔡軍濤等［22］在Cole-Cole模型假設(shè)的基礎(chǔ)上，用一種新的遞推反演算法對(duì)無(wú)電磁偶合影響時(shí)的水平層狀大地對(duì)稱四極裝置復(fù)電阻率測(cè)深曲線進(jìn)行反演，得出了層狀大地上視電阻率、視時(shí)間常數(shù)、視頻率相關(guān)系數(shù)、視充電率的視真頻參數(shù)測(cè)深曲線2006年，曹中林等［23］引入Cole-Cole模型描述介質(zhì)的頻譜激電特征，首先研究了不同激電參數(shù)時(shí)大地電磁法一維情形時(shí)理論響應(yīng)特征；然后研究了三層模型時(shí)的廣義逆反演的效果，最后將反演應(yīng)用于實(shí)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(shí)現(xiàn)均勻半空間大地電磁激電效應(yīng)的三維正演模擬,然后引入Cole-Cole模型計(jì)算均勻半空間中三維極化體的大地電磁激電效應(yīng)的響應(yīng)，分析并總結(jié)不同極化參數(shù)對(duì)三維大地電磁響應(yīng)的影響規(guī)律。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(fù)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(yīng)的反演算法和實(shí)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(jì)算極化體真參數(shù)提供了簡(jiǎn)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(biāo)出，省去了中間變量，提高了反演結(jié)果的精確度和穩(wěn)定性.吳孝國(guó)［28］從時(shí)間域激電數(shù)據(jù)中反演確定p0、m、c、T參數(shù)，，提出了由時(shí)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(jì)的視復(fù)電阻率譜的直接反演方法，該方法無(wú)需中間變量的介入，也不用對(duì)參數(shù)的初始值進(jìn)行估計(jì)，并且能同時(shí)確定四個(gè)參數(shù)和保證反演結(jié)果的唯一性.阮百堯等［30］從Cole-Cole模型出發(fā)，導(dǎo)出了一種新的復(fù)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(guò)程中也無(wú)需任何中間量的介入，簡(jiǎn)單方便.二、研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題（1） 研究目標(biāo)編寫含激電效應(yīng)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(duì)大地電磁激電效應(yīng)響應(yīng)特征，并總結(jié)影響規(guī)律。（2） 研究?jī)?nèi)容引入Cole-Cole模型計(jì)算大地電磁（MT）激電效應(yīng)的不同地電模型的頻譜響應(yīng)，且對(duì)理論模型進(jìn)行正演計(jì)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(yīng)的一維大地電磁正演計(jì)算理論，編寫一維層狀大地電磁激電效應(yīng)正演計(jì)算程序，從二層和三層均勻半空間模型出發(fā)，總結(jié)出不同地電模型頻譜響應(yīng)特征，分析不同模型和頻譜參數(shù)對(duì)一維大地電磁的激電效應(yīng)和電磁感應(yīng)響應(yīng)的影響規(guī)律.B、 分析二維大地電磁激電效應(yīng)的正演計(jì)算理論，編寫二維有限元大地電磁激電效應(yīng)正演程序，利用變分原理導(dǎo)出與邊值問題相應(yīng)的泛函.設(shè)計(jì)理論地電模型，對(duì)于二維異常體的激電效應(yīng)和電磁感應(yīng)并存響應(yīng)進(jìn)行正演計(jì)算，總結(jié)出不同地電模型頻譜響應(yīng)特征，分析不同模型和頻譜參數(shù)對(duì)二維大地電磁的激電效應(yīng)和電磁感應(yīng)響（3） 技術(shù)方案（技術(shù)路線，技術(shù)措施）；一維層狀介質(zhì)正演計(jì)算流程： 二維有限元正演計(jì)算流程：（4）存在的主要問題和擬解決的技術(shù)關(guān)鍵。要說(shuō)明完成本論文存在的主要問題和擬解決的技術(shù)關(guān)鍵A、 討論頻譜曲線受影響的范圍有點(diǎn)“朦朧”，不能給定具體的某個(gè)過(guò)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(duì)激電效應(yīng)的響應(yīng)完全不同，只能單個(gè)參數(shù)響應(yīng)分析，暫時(shí)不能完成頻譜參數(shù)綜合響應(yīng)分析。三、可行性分析通過(guò)計(jì)算考慮激電效應(yīng)和不考慮激電效應(yīng)的大地電磁頻譜響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)二者間存在很明顯的差別，前人經(jīng)過(guò)大量理論計(jì)算和研究證實(shí)，引入Cole-Cole模型計(jì)算大地電磁的激電效應(yīng)是可行的。四、研究的創(chuàng)新點(diǎn)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(yīng)對(duì)大地電磁的頻譜頻譜響應(yīng)，并分析和總結(jié)不同地電模型和單個(gè)頻譜參數(shù)的響應(yīng)規(guī)律。五、主要參考文獻(xiàn)目錄PeltonWH,WardSH,HallofWH,etal.MineraldiscriminationandremovalofinductivecouplingwithmultifrequencyIP[J].Geophysics,1978,43(3):588-609羅延鐘，吳之訓(xùn).譜激電法中頻率相關(guān)系數(shù)的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)報(bào),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(guó)幾個(gè)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(xué)報(bào),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(guó)大地電磁測(cè)深新進(jìn)展及瞻望.地球物理學(xué)進(jìn)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(cè)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(cè)深數(shù)據(jù)的一維最優(yōu)化反演方法.桂林工學(xué)院學(xué)報(bào),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(chǎng)進(jìn)行激發(fā)極化法測(cè)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(zhì)中三維大地電磁模擬.地球物理學(xué)報(bào),1990,33(4):480?488.CHENJiu-ping,CHENLe-shou,WANGGuang-e.Magnetotelluricmodelingofthree-Dimensionalbodiesinlayeredearths.ChineseJournalofGeophysics,1990,33(4):480-488.楊進(jìn),譚捍東，傅良魁.被動(dòng)源激發(fā)極化法的野外試驗(yàn)結(jié)果.現(xiàn)代地質(zhì),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(chǎng)源激電法的可行性.地球物理學(xué)報(bào)，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(chǎng)源激電測(cè)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(yīng)的模擬研究及在油氣檢測(cè)中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)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(rùn)林.層狀大地視真頻參數(shù)測(cè)深曲線的反演.中南大學(xué)學(xué)報(bào),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(yīng)特征研究.西北地震學(xué)報(bào),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(fù)電阻率頻譜的一種近視反演方法[J].地球科學(xué),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(zhì)與勘探,1987,23(4):48-54.ZHANGGui-qing,CUIXian-wen,LUOYan-zhong.ThedeterminationofintrinsicparametersbyinversingIPapparentspectrum.Geologyan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