吉林大学学报(地球科学版) ›› 2016, Vol. 46 ›› Issue (6): 1830-1836.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.201606301

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    下一篇

时间域航空电磁电阻率和磁导率全时反演

李世文, 殷长春, 翁爱华   

  1. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026
  • 收稿日期:2016-03-09 出版日期:2016-11-26 发布日期:2016-11-26
  • 通讯作者: 殷长春(1965),男,教授,国家"千人计划"特聘专家,主要从事电磁勘探理论,特别是航空和海洋电磁方面的研究,E-mail:yinchangchun@jlu.edu.cn E-mail:yinchangchun@jlu.edu.cn
  • 作者简介:李世文(1988),男,博士研究生,主要从事航空和地磁测深正反演研究,E-mail:lisw15@mails.jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重大科研装备研制项目(ZDYZ2012-1-03);国家自然科学基金项目(41274121);国土资源部老矿山复核项目(中地调研合同[2013]第214号)

Full-Time Inversion of Time-Domain AEM Data for Resistivity and Magnetic Permeability

Li Shiwen, Yin Changchun, Weng Aihua   

  1. College of GeoExploration Sciences and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China
  • Received:2016-03-09 Online:2016-11-26 Published:2016-11-26
  • Supported by:
    Supported by Projects on the Development of the Key Equipment of Chinese Academy of Sciences (ZDYZ2012-1-03), China Natural Science Foundation (41274121) and Old Mine Review Project of Ministry of Land and Resources(China Geological Survey Project Agreement[2013] No.214)

摘要: 为了减小时间域航空电磁法在强磁性地区应用时产生的磁极化电流对反演的影响,提出了一种在雅可比矩阵中加入磁导率偏导数,将电阻率、磁导率和层厚进行全时同步反演的方法。将磁性均匀半空间模型、单个磁性模型和多个磁性层模型的时间域响应添加高斯噪声作为模拟数据进行全时反演,得到的模型与理论模型拟合较好,拟合误差均在3%以下,验证了本文算法的有效性,说明在强磁性地区本文提出的算法能有效解决地下介质的电性分布。

关键词: 时间域, 航空电磁, 电阻率, 磁导率, 反演

Abstract: In order to reduce the influence of magnetic polarization currents on inversion result, when applying time-domain airborne electromagnetic method(AEM) in areas with high magnetic permeability, we present a new algorithm in this paper. We achieve it by adding the partial derivative of full-time AEM responses with respect to the magnetic permeability into Jacobi matrix and inverting the resistivity, magnetic permeability and thickness simultaneously. We have tested the effectiveness of our algorithm by inverting the responses with Gaussian noise of a series of typical models, such as the magnetic homogeneous half-space model, a single or multi-layer with high permeability in a layered model, and all with RMS (root-mean-square) error below 3%. The results demonstrate that our algorithm can be used to obtain the underground electrical structures in areas with high magnetic permeability.

Key words: time-domain, airborne EM, resistivity, magnetic permeability, inversion

中图分类号: 

  • P631.3
[1] Macnae J C, Smith R, Polzer B D. Conductivity-Depth Imaging of Airborne Electromagnetic Method in Time-Domain[J]. Geophysics, 1991, 56(1): 102-114.
[2] Liu G, Asten M. Fast Approximate Solutions of Tran-sient EM Response to a Target Buried Beneath a Conductive Overburden[J]. Geophysics, 1993, 58(6): 810-817.
[3] Wolfgram P, Karlik G. Conductivity-Depth Transform of GEOTEM Data[J]. Exploration Geophysics, 1995, 26(3): 179-185.
[4] Farquharson C G, Oldenburg D W. Inversion of Time-Domain Electromagnetic Data for a Horizontally Layered Earth[J]. Geophysical Journal International, 1993, 114(3): 433-442.
[5] Christiansen A V, Christensen N B. A Quantitative Appraisal of Airborne and Ground-Based Transient Electromagnetic (TEM) Measurements in Denmark[J]. Geophysics, 2003, 68(2): 523-534.
[6] Raiche A P, Jupp D L B, Rutter H, et al. The Joint Use of Coincident Loop Transient Electromagnetic and Schlumberger Sounding to Resolve Layered Structures[J]. Geophysics, 1985, 50(10): 1618-1627.
[7] Huang H, Palacky G J. Damped Least-Squares Inver-sion of Time-Domain Airborne EM Data Based on Singular Value Decomposition[J]. Geophysical Prospecting, 1991, 39(6): 827-844.
[8] 李永兴,强建科,汤井田. 航空瞬变电磁法一维正反演研究[J]. 地球物理学报, 2010, 53(3): 751-759. Li Yongxing, Qiang Jianke, Tang Jingtian. A Research on 1-D Forward and Inverse Airborne Transient Electromagnetic Method[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2010, 53(3): 751-759.
[9] 朱凯光,林君,韩悦慧,等. 基于神经网络的时间域直升机电磁数据电导率深度成像[J]. 地球物理学报, 2010, 53(3): 743-750. Zhu Kaiguang, Lin Jun, Han Yuehui, et al. Research on Conductivity Depth Imaging of Time-Domain Helicopter-Borne Electromagnetic Data Based on Neural Network[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2010, 53(3): 743-750.
[10] 毛立峰,王绪本,陈斌. 直升机航空瞬变电磁自适应正则化一维反演方法研究[J]. 地球物理学进展, 2011, 26(1): 300-305. Mao Lifeng, Wang Xuben, Chen Bin. Study on an Adaptive Regularized 1D Inversion Method of Helicopter TEM Data[J]. Progress in Geophysics, 2011, 26(1): 300-305.
[11] Thomas L. Electromagnetic Sounding with Suscepp-tibility Among the Model Parameters[J]. Geophysics, 1975, 42(1): 92-96.
[12] Beard L P, Nyquist J E. Simultaneous Inversion of Airborne Electromagnetic Data for Resistivity and Magnetic Permeability[J]. Geophysics, 1998, 63(5): 1556-1564.
[13] Telford W M, Geldart L P, Sheriff R E. Applied Geophysics[M]. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1990.
[14] Zhang Z, Oldenburg D W. Recovering Magnetic Su-sceptibility from Electromagnetic Data over a One-Dimensional Earth[J]. Geophysical Journal International, 1997, 130(2): 422-434.
[15] Huang H, Fraser D C. Magnetic Permeability and Electric Resistivity Mapping with a Multifrequency Airborne EM System[J]. Exploration and Geophysics, 1998, 29(2): 249-253.
[16] Zhang Z, Oldenburg D W. Simultaneous Recons-truction of 1-D Susceptibility and Conductivity from Electromagnetic Data[J]. Geophysics, 1999, 64(1): 33-47.
[17] Huang H, Fraser D C. Inversion of Helicopter Ele-ctromagnetic Data to a Magnetic Conductive Layered Earth[J]. Geophysics, 2003, 68(4): 1211-1223.
[18] 覃庆炎,王绪本,毛立峰. 导电导磁层状介质上的固定翼航空瞬变电磁响应[J]. 地球物理学进展, 2011, 26(5): 1796-1801. Qin Qingyan, Wang Xuben, Mao Lifeng. The Fixed-Wing Airborne Transient Electromagnetic Response of a Magnetic Conductive Layered Medium[J]. Progress in Geophysics, 2011, 26(5): 1796-1801.
[19] 殷长春,邱长凯,刘云鹤,等. 时间域航空电磁数据加权横向约束反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016,46(1):254-261. Yin Changchun, Qiu Changkai, Liu Yunhe, et al. Weighted Laterally-Constrained Inversion of Time-Domain Airborne Electromagnetic Data[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2016, 46(1):254-261.
[20] Nabighian M N. Electromagnetic Methods in Applied Geophysics[M]. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 1988.
[21] 殷长春,黄威,贲放. 时间域航空电磁系统瞬变全时响应正演模拟[J]. 地球物理学报, 2013, 56(9): 3153-3162. Yin Changchun, Huang Wei, Ben Fang. The Full-Time Electromagnetic Modeling for Time-Domain Airborne Electromagnetic Systems[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013, 56(9): 3153-3162.
[22] Yin C, Smith R S, Hodges G, et al. Modeling Re-sults of On- and Off-Time B and db/dt for Time-Domain Airborne EM Systems[C]//70th EAGE Conference and Exhibition Incorporating SPE EUROPEC 2008. Rome:[s. n.], 2008:1-4.
[23] Yin C. Geoelectrical Inversion for a One-Dimensional Anisotropic Model and Inherent Non-Uniqueness[J]. Geophysical Journal International, 2000, 140(1): 11-23.
[1] 黄玉龙, 张皓, 郭强, 陈昌.

低阻玄武岩的矿物学特征及其油气地质意义——以辽河坳陷古近系为例 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 511-521.

[2] 赵天硕, 宋超, , 刘财, , , , 徐雨歆.

物理信息神经网络地震走时层析成像程函方程因式分解方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 694-702.

[3] 刘长胜, 高菲. 基于地空频率域电磁法的深部地层极化效应探测方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 366-376.
[4] 蒋川东, 孟璐瑶, 杨麒宇, 王云志, 徐洋, 王言章, 林君. 深部金属矿产地下电磁探测技术进展与展望[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2100-2119.
[5] 邵逸飞, 龚启舟, 许权 张越, 王言章, 王世隆. 基于八叉树网格的时间域航空电磁深切割地形三维正演模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2120-2131.
[6] 柳杰, 刘海飞, 李星, 赵莹杰, 张宇豪, 李小强, 柳建新. 受限观测场地三维电阻率层析成像[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1309-1320.
[7] 孙旭东, 马举举, 凌嘉宣, 杨化军, 马强, 李昆. 侵入岩模型直流电响应特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1321-1335.
[8] 郭敬民, 陈建波, 张章, 谭捷, 曲炳昌. 渤海湾C油田馆陶组Ⅲ段低电阻率油层成因机制[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(3): 721-730.
[9] 丁乾龙, 沈金松, 陈双全, 冉尚, 龙刚. 频率域传播矩阵法地震AVA多参数反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(3): 957-969.
[10] 晋浩颖, 程大伟, 詹红兵, 杨胜科, 张晓斐, 张琳, .

考虑毛细饱水带的非承压含水层中仿Theis井流模型及解析解 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 563-574.

[11] 邢慧婷, 冯晅, 刘财, 郭智奇, 逄硕, 乔汉青, .

基于贝叶斯框架的裂缝型储层频变AVO反演及多参数预测 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 657-669.

[12] 吕华星, 陈兆明, 张振波, 姜大朋, 李克成, 郭伟. 机器学习高分辨融合反演在地层对比中的应用——以珠江口盆地开平凹陷开平A构造带为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(1): 289-297.
[13] 郑轩, 宗兆云, 付亚群, 骆坤. 海域油气盖层叠前地震反演预测方法及应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(6): 2128-2141.
[14] 张科, 窦松江, 高欢欢, 石石, 李涛, 汤戈, 杨冰.  频谱恢复和波形反演在大宁—吉县区块薄储层预测中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(6): 2142-2153.
[15] 李建光, 孙超, 蔡来星, 屈少波, 童雪瑞, 窦中浩, 姜志海. 煤系岩石电性特征与含水饱和度定量关系实验——以山西宁武榆树坡为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1724-1735.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 尤敏鑫,刘建民. 同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(4): 1231 -1243 .
[2] 杨春梅, 李洪奇,陆大卫,张方礼,高 原,邵英超. 不同驱替方式下岩石电阻率与饱和度的关系[J]. J4, 2005, 35(05): 667 -671 .
[3] 祝洪臣,张炯飞,权 恒. 大兴安岭中生代两期成岩成矿作用的元素、同位素特征及其形成环境[J]. J4, 2005, 35(04): 436 -0442 .
[4] 朱建伟, 赵刚, 刘博, 郭巍, 成俊. 油页岩测井识别技术及应用[J]. J4, 2012, 42(2): 289 -295 .
[5] 陈力,梁海安,张文娟,荣帆. 模糊数学方法在城市工程地质环境区划中的应用--以抚顺市城区为例[J]. J4, 2008, 38(5): 837 -0840 .
[6] 高桂梅,苏 克,王文颖,甘树才,刘招君. 吉林省桦甸油页岩中稀土元素和微量元素的研究[J]. J4, 2006, 36(6): 974 -0979 .
[7] 吴孔运,蒋忠诚,叶 晔. 不同植物群落对灰岩试块溶蚀速率的影响[J]. J4, 2007, 37(5): 967 -0971 .
[8] 周彦章,迟宝明,刘中培. 山东夏甸金矿床充水机理构造控制模式[J]. J4, 2008, 38(2): 255 -0260 .
[9] 张渊,刘连登,孙景贵,陈国华,张洪喜,闫复传,杨开春. 胶东西北部黄埠岭金矿床两期次叠加成矿[J]. J4, 2008, 38(1): 21 -0026 .
[10] 鲁程鹏, 束龙仓, 苑利波, 张蓉蓉, 黄币娟, 王彬彬. 基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数[J]. J4, 2009, 39(4): 717 -721 .