开题选题报告

研究生学位论文选题报告研究课题 考虑激电效应的大地电磁正演研究研究生姓名 所在教研室名称 勘查技术与工程教研室攻读学位硕士导师姓名职称 论文工作的起止时间 **********大学研究生部制一、选题依据（选题来源，研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势）一、1.1选题来源本课题来源于**自然科学基金项目：基于时间域激电数据的频谱参数快速反演成像研究（2011GXNSFB018005）1.2研究意义考虑激电效应时，正演计算的有极化大地电磁视电阻率曲线（图1）和相位曲线（图2），和无极化时比较存在较大的差异。同时，将不同频谱参数的响应引入到大地电磁资料解释当中，使得大地电磁资料解释不再完全依靠视电阻率和相位频谱而显单薄，因而，计算含激电效应的大地电磁频谱响应是很有价值的。Pelton等基于对岩、矿石标本和露头的大量测量结果认为，对均匀岩、矿石，由激电效应引起的复电阻率随频率的变化（即复电阻率频谱）可由下式表示：1-11-1+（，①C）c其中，P0,m,T,c分别为零频电阻率、极化率、时间常数和频率相关系数，并且模型中的四个参数（频谱参数）均有明确的物理意义:p0为表征导电性强弱的参数；m为表征激电效应强度的参数；c为表征激电谱（频谱或者时间谱）陡缓;t为表征表征激电效应频率特性或充放电快慢的时间参数。大量的研究表明［1~3］，不同的岩、矿石其Cole-Cole模型频谱参数值大小不同，利用这些参数异常可以区分引起激电异常的极化体和寻找深部矿（化）体。因此，国内外学者对频谱参数值的确定做了大量的工作，并取得了很大的成果。映）03有扳化 q60-| ――学者对频谱参数值的确定做了大量的工作，并取得了很大的成果。映）03有扳化 q60-| ――D型无松化 6C- -。一G型无彼化huh11^iiiii11|iiiiii11|iiiiii11limn11|11111111|EninI|[Hz 2c.1000001000010001001Q1 01 001T—D型有极化D型无极化▲G型有快化-0—G型无设化T1~I pill）III|IHIIIII|llllIlli||lllIllijllllIIII]IIIIIII100000100001000100 10 1 017oif/Hz图2二层有无极化相位剖面图图图2二层有无极化相位剖面图模型参数：无极化时，C=0,m=0,T=0.有极化时：c=0.25,m.=0.25,t=1,c=0.5,m=0.5,t=10,h=100,p.=50,p=10,1001.3国内外研究现状、水平和发展趋势大地电磁测深具有探测深度大、不受高阻层屏蔽的影响、对低阻层反应灵敏等吸引人的优点4］，因而对该方法的研究始终为人们所关注.同时，前人经过大量的大地电磁正反演研究，尤其在应用有限单元法二维和三维正演方面，取得了丰硕的成果。1971年，J.H.Coggon［5］首先将有限单元法引入到电法勘探正演计算中来，对于点源二维地电断面的情况，他导出了等价的变分方程，并实现了有限单元法计算.1975年,Hohmann［6］首先提出激发极化和电磁场三维数值模拟方法.1977年，L.R.Rijo［7］改进了点源二维有限单元法，引入了一个通用性网格,使计算速度和精度大为提高，使有限单元法解决电法正演问题达到实用的阶段.1978年,Pridmore［8］在博士论文中第一次应用有限单元法计算了复杂三维地电断面上的视电阻率.1979年,Dey和Morrision［9］在又采用有限差分方法实现了三维数值模拟.Poirmeur和VasseuH10］在1988年以及Lesur［11］在1999年用边界单元法进行了三维电法数值模拟.1989年，陈乐寿［12］指出在大地电磁测深中，Bostick基于测深曲线低频渐近线的性质提出了一种直接反演方法.1999年，阮百尧［13］教授导出了在大地电磁测深中与电阻率测深一维最优反演相似的反演方法，通过自动迭代反演出地下模型参数.而后赵长海通过计算验证，这是一种快速和实用的自动反演方法。对大地电磁的激电效应研究，自20世纪70年代以来，国内外学者巳做过一些有意义的研究探索和实际观测工作，但相对大地电磁测深和激法极化法而言，数目甚微.国外，1974年HunterWare［14］在他的博士论文中,首次对利用天然场源作激电法的可能性进行了理论探讨;但据说“限于当时的观测技术”他的理论预见未能在野外试验中实现.1982年，印度学者S.MaraliW］,认为有可能利用极低频（ELF）天然电场作为频率域激电研究的场源.90年代中期，美国加州大学（柏克利）ErikaGasperikova和H.FrankMorrison等［16］也进行了天然场源激电法的研究,得出了肯定的结论.国内，1978年我国物探工作者吴汉荣和王式铭［17］基于对我国华北地区天然电磁场强度和岩矿石产生激电效应条件的分析，讨论了利用天然场源作激电测量的可能性，指出关键在于提取由天然场源所引起的激电效应的技术.1990年，陈久平等［18］利用积分方程法用于层状介质中三维不均匀体的大地电磁模拟计算，在验证了算法正确性的基础上，进行了实际模型的数值模拟，初步讨论了三维MT曲线的一些畸变特点.90年代中期,中国地质大学（北京）开展了“被动源激发极化法”研究.他们基于自己的理论和野外试验结果，对利用天然场源作激电法的前景作了乐观的估计；但也指出，在从野外实测资料中提取激电异常方面，尚待进一步研究.1998年,杨进等［19］，对被动源激发极化法场源的基本性质、激发极化效应的提取方法进行了讨论，以野外试验结果为例研究了矿体与异常的对应规律，对该方法的有效性和可行性进行了说明.2003年，罗延钟等［20］研究了二维地电条件下天然场源激电法的可行性，指出天然场激电法的实际应用还有待探索.2003年，李金铭［21］等进行了极化水平层上天然场源激电测深的理论研究，提出了采用Dias模型表征介质的激电效应，重点讨论了不同电阻率断面类型对激电测深异常的影响.2004年，蔡军涛等［22］在Cole-Cole模型假设的基础上，用一种新的递推反演算法对无电磁偶合影响时的水平层状大地对称四极装置复电阻率测深曲线进行反演，得出了层状大地上视电阻率、视时间常数、视频率相关系数、视充电率的视真频参数测深曲线2006年，曹中林等［23］引入Cole-Cole模型描述介质的频谱激电特征，首先研究了不同激电参数时大地电磁法一维情形时理论响应特征；然后研究了三层模型时的广义逆反演的效果，最后将反演应用于实际油田资料的解释，并取得了较好的效果.2009年，徐凯军等［24］利用积分方程法实现均匀半空间大地电磁激电效应的三维正演模拟,然后引入Cole-Cole模型计算均匀半空间中三维极化体的大地电磁激电效应的响应，分析并总结不同极化参数对三维大地电磁响应的影响规律。同时，国内外学者对频谱参数值的确定做了大量的工作，并取得了很大的成果。如：张桂青等［25］提出由视复电阻率频谱直接反演极化体真谱参数的思想，并建立了相应的反演算法和实用程序.罗延钟等［26］和张桂青等［16］分别提出了两种基于稀释系数的频谱参数的近视反演方法，为频谱激电法资料的反演，计算极化体真参数提供了简便而有效的方法.王自力等［27］提出了另一种频谱参数的求解方法，这种方法将视谱直接以待求的真谱参数标出，省去了中间变量，提高了反演结果的精确度和稳定性.吴孝国［28］从时间域激电数据中反演确定p0、m、c、T参数，，提出了由时间谱反演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计的视复电阻率谱的直接反演方法，该方法无需中间变量的介入，也不用对参数的初始值进行估计，并且能同时确定四个参数和保证反演结果的唯一性.阮百尧等［30］从Cole-Cole模型出发，导出了一种新的复电阻率谱参数的递推反演方法。该方法不需要给定参数初始值，反演过程中也无需任何中间量的介入，简单方便.二、研究目标、内容及拟解决的关键技术问题（1） 研究目标编写含激电效应的一维层状和二维大地电磁的正演程序，分析不同地电模型和频谱参数对大地电磁激电效应响应特征，并总结影响规律。（2） 研究内容引入Cole-Cole模型计算大地电磁（MT）激电效应的不同地电模型的频谱响应，且对理论模型进行正演计算，主要做了一下几方面的研究和工作：A、 分析含有激电效应的一维大地电磁正演计算理论，编写一维层状大地电磁激电效应正演计算程序，从二层和三层均匀半空间模型出发，总结出不同地电模型频谱响应特征，分析不同模型和频谱参数对一维大地电磁的激电效应和电磁感应响应的影响规律.B、 分析二维大地电磁激电效应的正演计算理论，编写二维有限元大地电磁激电效应正演程序，利用变分原理导出与边值问题相应的泛函.设计理论地电模型，对于二维异常体的激电效应和电磁感应并存响应进行正演计算，总结出不同地电模型频谱响应特征，分析不同模型和频谱参数对二维大地电磁的激电效应和电磁感应响（3） 技术方案（技术路线，技术措施）；一维层状介质正演计算流程： 二维有限元正演计算流程：（4）存在的主要问题和拟解决的技术关键。要说明完成本论文存在的主要问题和拟解决的技术关键A、 讨论频谱曲线受影响的范围有点“朦胧”，不能给定具体的某个过渡频段范围，只能给出大致的频段范围。B、 不同频谱参数对激电效应的响应完全不同，只能单个参数响应分析，暂时不能完成频谱参数综合响应分析。三、可行性分析通过计算考虑激电效应和不考虑激电效应的大地电磁频谱响应，发现二者间存在很明显的差别，前人经过大量理论计算和研究证实，引入Cole-Cole模型计算大地电磁的激电效应是可行的。四、研究的创新点本课题的特色与创新之处如下：考虑不同地电模型和Cole-Cole模型参数（频谱参数）的激电效应对大地电磁的频谱频谱响应，并分析和总结不同地电模型和单个频谱参数的响应规律。五、主要参考文献目录PeltonWH,WardSH,HallofWH,etal.MineraldiscriminationandremovalofinductivecouplingwithmultifrequencyIP[J].Geophysics,1978,43(3):588-609罗延钟，吴之训.谱激电法中频率相关系数的应用[J].地球物理学报,1992,35(4):490-500.LUOYan-zhong,WUZhi-xun.Theapplicationoffrequencydependentfactorinspectralinducedpolarizationmethod.ChineseJournalofGeophysics,1992,35(4):490-500.张赛珍，李英贤，张树椿,张庚利，王式铭,郑佩琴.我国几个金属矿区岩(矿)石的低频电相位频率特性及其影响因素[J].地球物理学报,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.我国大地电磁测深新进展及瞻望.地球物理学进展,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.陈乐寿.大地电磁测深资料处理与解释.北京:石油工业出版社,1989.阮百尧.电阻率/激发极化法测深数据的一维最优化反演方法.桂林工学院学报,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.吴汉荣，王式铭.利用天然电磁场进行激发极化法测量的可能性.物探与化探,1978,(1):62〜64.WUHanrong,WANGShiming.PossibilityofIPsurveyusingthenaturalelectromagneticfield.GeophysicalandGeochemicalExploration,1978,(1):62~64.陈久平，陈乐寿，王光锣.层状介质中三维大地电磁模拟.地球物理学报,1990,33(4):480〜488.CHENJiu-ping,CHENLe-shou,WANGGuang-e.Magnetotelluricmodelingofthree-Dimensionalbodiesinlayeredearths.ChineseJournalofGeophysics,1990,33(4):480-488.杨进,谭捍东，傅良魁.被动源激发极化法的野外试验结果.现代地质,1998,12(3):436〜441.YANGJin,TANHandong,FULiangkui.ResultsoffieldtestfortheIPmethodusingthepassivesource.Geoscience,1998,12(3):436〜441.罗延钟，张胜业，熊彬.天然场源激电法的可行性.地球物理学报，2003,46(1),125〜130.LUOYanzhong,ZHANGShengye,XIONGBin.Feasibilityofnaturalsourceinducedpolarization.ChineseJournalofGeophysics,2003,46(1),125〜130.李金铭，陈清礼，杨冠鼎等.极化水平层上天然场源激电测深的理论研究[J].物探与化探,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,昌彦君.MT激电效应的模拟研究及在油气检测中的应用[J].地球物理学进展,2006,21(4):1252-1257.CAOZhong-lin,HEZhan-xiang,CHANGYan-jun,AsimulationstudyofInducedpolarizationeffectofmagnetotelluricanditsapplicationinoilandgasdetection.ProgressinGeophysi<2)06,21(4):1252-1257.蔡军涛，阮百尧，罗润林.层状大地视真频参数测深曲线的反演.中南大学学报,2004,35(4):662〜666.CAIJun-tao,RUAN,Bai-yao,LUORun-lin.Inversecalculationonapparentintrinsicinducedpolarizationparametriccurvesovermulti-layeredearth.J.Cent.SouthUniv.(ScienceandTechnology),2004,35(4):662~666.徐凯军，石双虎，周家惠.三维大地电磁激电效应特征研究.西北地震学报,2009,31(1):31〜35.XUKai-jun,SHIShuang-hu,ZHOUJia-hui.StudyonInducedPolarizationEffectofThreeDimensionalMagnetotelluric.NorthwesternSeismologicalJournal,2009,31(1):31~35.罗延钟，方胜.视复电阻率频谱的一种近视反演方法[J].地球科学,1986,23(1):93-102.LUOYan-zhong,FANGSheng.Anapproximateinversionoftheapparentcomplexresistivityspectrum.EarthScience,1986,23(1):93-102.张桂青，崔先文,罗延钟.一种反演频谱激电法视频谱求取真参数的方法[J],地质与勘探,1987,23(4):48-54.ZHANGGui-qing,CUIXian-wen,LUOYan-zhong.ThedeterminationofintrinsicparametersbyinversingIPapparentspectrum.GeologyandProspecting,1987,23(4):48-54.王自力，张赛珍.一种真复电阻率频谱参数的求解方法[J].地球物理学报,1989,33(6):712-721.W