[发明专利]复杂地形下的时域地空瞬变电磁三维数值模拟方法

说明书

本发明涉及一种复杂地形下的时域地空瞬变电磁三维数值模拟方法。采用非均匀网格对计算模型中空气层和起伏地形进行剖分，将一阶高斯脉冲导数作为虚拟发射源引入到显式有限差分迭代计算中去，避免了计算初始场繁琐过程，并采用虚拟场软源加载方式，电磁场具有更强的传播和穿透能力，可以实现较长时窗电磁数值计算；最后通过在虚拟波动场中加载CFS‑PML边界条件，根据收发距对虚拟波场中电磁波反射系数及表面波吸收特性参数进行调整，有效解决了发射源位于区域边界处计算误差较大的问题，给出了最优化参数选取方案，实现了复杂地质条件下电性源单侧全区域的时域地空三维电磁高精度模拟。解决了复杂地质条件下的时域地空瞬变电磁模拟计算问题。

技术领域

本发明涉及一种复杂地形下的时域地空瞬变电磁三维数值模拟方法，尤其是长导线源地空瞬变电磁三维数值模拟方法。

背景技术

瞬变电磁地空系统(Air-ground transient electromagnetic method system)又称瞬变电磁半航空系统,即将电性发射源或磁性源放置在地表，利用直升机或者无人机在空中接收，实现地面发射、空中接收的一种电磁测量方法。与地面TEM和航空AEM相比，地空系统减轻了直升机的负载，实现了大发射磁矩、高海拔探测，并且提高了勘探深度。

瞬变电磁法是基于电磁感应涡流效应为主的地下近地表探测方法，当低频时忽略位移电流和极化电荷产生的电磁场，仅利用地下介质的涡流效应来对二次瞬变场进行观测，是利用一般为阶跃波形的电磁脉冲由大回线源或线源向地下发射一次场，在关断一次场后，探测由地下地质体产生的感应二次场随时间的变化，从而来达到寻找地下地质目标体的一种地球物理电磁勘探方法

CA2109118A1公开了一种半航空电磁探测方法，地面铺设一个大型环形天线进行发射，空中飞机或气球、直升机搭载接收天线进行检测电磁场，可以实现瞬变电磁方法(TEM)、磁电阻率(MMR)和磁激发极化(MIP)方法。

Allah(2013)等在日本东南部的淡路岛做了半航空电磁GREATEM系统的三维研究，得出三维数据比一维数据是精确且可靠的。

CN105487129A公开了一种地面参考区磁场延拓的地空协同电磁数据校正方法，通过在地面参考区内的少数网格点进行高精度测量磁场，利用磁场延拓和SVD拟合方法对空中测量的磁场、低阻率-深度参数进行校正，可以克服异常环标定方法对一定面积平坦测试地区的苛刻要求、以及避免地面铺设异常环施工复杂等不足。

CN102520450A公开了一种煤矿充水采空区检测方法，在地面上对采空区进行瞬变电磁法数据采集，将衰减曲线由电压形式转换成磁场形式，瞬变电磁场同虚拟波动波动场之间的方程式，对方程式进行正则化计算求得虚拟波场，建立运动学剖面，根据这些剖面进行数据直接解释。

以上所述方法公布了有限差分方法在电磁探测领域中的研究进展，然而传统的磁场延拓无法对起伏地表进行数值计算。国内外专利还未涉及一种包含空气层对复杂地质条件下地空瞬变电磁模拟计算方法。为此，本发明基于波场变换技术，采用非均匀网格技术对空气及复杂地质模型进行剖分，最终实现了对复杂地质条件下地空瞬变电磁模拟计算。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种有效解决了发射源位于区域边界处计算误差较大问题的复杂地形下的时域地空瞬变电磁三维数值模拟方法。

本发明的思想是：通过采用非均匀网格对计算模型中的空气层和起伏地形进行剖分，将一阶高斯脉冲导数作为虚拟发射源，避免了计算初始场的繁琐过程，最后通过在虚拟波动场中加载CFS-PML边界条件，根据收发距对虚拟波场中电磁波反射系数及表面波吸收特性参数进行调整。有效解决了发射源位于区域边界处计算误差较大的问题，最终实现了复杂地质条件下电性源单侧全区域的时域地空三维电磁高精度模拟。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

复杂地形下的时域地空电磁三维数值模拟方法，包括如下步骤：