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物探与化探  2018, Vol. 42 Issue (4): 777-784    DOI: 10.11720/wtyht.2018.1341
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起伏地形下地面瞬变电磁法三维正演数值模拟研究
马炳镇
中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西 西安 710077
Three dimensional numerical simulation of transient electromagnetic method in undulating terrain
Bing-Zhen MA
Xi’an Research Institute, China Coal Technology and Engineering Group, Xi’an 710021,China
全文: PDF(6556 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

瞬变电磁法在地形条件复杂的地区应用时,勘探效果往往不理想,究其原因,主要是忽略地形因素影响致使解释结果偏差较大。笔者采用三维时域有限差分法模拟起伏地形下瞬变电磁响应,通过麦克斯韦方程直接导出瞬变电磁扩散方程,引入虚拟位移电流项构建时域有限差分方程。首先,针对均匀半空间模型的计算结果与解析解进行对比,检验本文算法精度;然后,模拟分析了山峰、沟谷模型的地形响应特征,得出早期信号表现为两种特征,沟谷地形,早期“前段”较正常地形感应电动势值减弱,导致“假高阻异常”,早期“后段”较正常地形感应电动势值值增强,导致“假低阻异常”,山峰地形特征恰好相反,至晚期地形影响呈逐渐减弱的趋势;最后,通过实测数据证实正演模拟结果的正确性。研究结果对地形效应识别及校正工作具有较好的参考意义。

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马炳镇
关键词 瞬变电磁法三维正演时域有限差分地形效应    
Abstract

Transient electromagnetic method, in the area of poor terrain conditions, the transient electromagnetic prospecting method is often not good, the reason: ignore the influence of the terrain factors, resulting in a larger deviation of interpretation results . In this paper, by using the finite difference time domain method to simulate the terrain of transient electromagnetic response, The transient electromagnetic diffusion equation is derived directly from the Maxwell equation, and the finite difference time domain finite difference equation is constructed by introducing the virtual displacement current. First, the analytical model of homogeneous half space solutions were compared with the results of the calculation, test the algorithm accuracy; then, Simulation analysis of the peaks and valley terrain model response characteristics, It?concluded?that the early signal performance for two kinds of features, the front valley terrain, earlier than normal terrain induced electromotive force value decreased, resulting in false high resistivity anomaly, early after than the normal terrain induced electromotive force value increased, resulting in false low resistivity anomalies, mountain terrain features on the contrary, late signal terrain effect gradually weakened; finally, the measured data prove the correctness of this simulation results. The research results have good reference significance for terrain effect recognition and correction.

Key wordsTransient electromagnetic method    Three dimensional forward modeling    Finite difference time domain    Topographic effect
收稿日期: 2017-07-28      出版日期: 2018-08-03
:  P631  
基金资助:国家自然科学基金项目(41374150)
作者简介: 马炳镇(1984-),男,宁夏固原人,硕士,从事电磁法勘探研究工作。Email:mabingzhen@126.com
引用本文:   
马炳镇. 起伏地形下地面瞬变电磁法三维正演数值模拟研究[J]. 物探与化探, 2018, 42(4): 777-784.
Bing-Zhen MA. Three dimensional numerical simulation of transient electromagnetic method in undulating terrain. Geophysical and Geochemical Exploration, 2018, 42(4): 777-784.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2018.1341      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2018/V42/I4/777
  计算采用的Yee晶胞格式
电磁场分量 空间分量采样 时间采样
x坐标 y坐标 z坐标
Ex i+1/2 J k
Ey i j+1/2 k n
Ez i J k+1/2
Hx i j+1/2 k+1/2
Hy i+1/2 J k+1/2 n+1/2
Hz i+1/2 j+1/2 k
  Yee元胞中的各分量的空间和时间采样约定
  本文模拟结果(FDTD)与半空间解析解对比
  地形模型
  沟谷模型与测点位置关系剖面示意
  不同测点感应电动势衰减曲线
  不同规模沟谷地形影响断面
  山峰模型与测点位置关系剖面示意
  不同测点感应电动势衰减曲线
  不同规模山峰地形影响断面
  陕西省彬县某煤田矿井瞬变电磁法视电阻率拟断面
  山西王家岭矿井瞬变电磁法视电阻率拟断面
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