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应用地球物理  2020, Vol. 17 Issue (3): 349-360    DOI: 10.1007/s11770-020-0812-z
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基于非结构网格有限单元法的可控源音频大地电磁三维反演研究*
陈祥忠 1, 刘云鹤 1, 殷长春1, 邱长凯2, 张洁1, 任秀艳1, 张博1
1 吉林大学 地球探测科学与技术学院;
2 中国地质调查局发展中心
Three-dimensional inversion of controlled-source audio-frequency magnetotelluric data based on unstructured finite-element method*
Chen Xiang-Zhong 1, Liu Yun-He 1, Yin Chang-Chun 1, Qiu Chang-Kai 2, Zhang Jie 1, Ren Xiu-Yan 1, and Zhang Bo 1
1.College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun, Jilin, China
2.Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing, China.
 全文: PDF (1721 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 为精确反演起伏地形条件下可控源音频大地电磁近区与过渡区数据,本文提出了一种新的三维反演算法。此方法基于非结构四面体单元对模型进行剖分,实现对起伏地表和复杂地下异常体的精细刻画,并以此为基础通过引入矢量有限单元方法进行电磁响应和灵敏度信息的精确计算。为获得任意形状长导线发射源电磁响应,我们将其离散成一系列电偶极子,由此很好地保证了近区与过渡区数据计算精度。为实现可控源音频大地电磁三维反演,本文设计了基于L2 范数光滑约束的目标函数,并通过引入拟牛顿法BFGS 求解最终的反演方程,以保证反演收敛稳定性。通过对理论和长白山地区实测可控源电磁数据进行反演测试,结果表明本文三维反演算法可很好地拟合近区和过渡区数据,反演结果与真实情况吻合较好,验证了本文算法的有效性。
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关键词可控源音频大地电磁   三维反演   起伏地形   非结构网格   有限元     
Abstract: We propose a new 3D inversion scheme to invert the near- and transition-zone data of CSAMT with topography accurately. In this new method, the earth was discretized into unstructured tetrahedra to fi t the ragged topography and the vector finite-element method was adopted to obtain precise responses and good sensitivity. To simulate the attitude and shape of the transmitter, we divided a long-grounded transmitter into dipoles and integrated these dipoles to obtain good responses in the near- and transition-fi eld zones. Next, we designed an L2 norm-based objective functional and applied a standard quasi-Newton method as the optimization method to solve the inverse problem and guarantee steady convergence. We tested our 3D inversion method first on synthetic data and then on a field dataset acquired from select sites near Changbai Mountain, China. In both tests, the new inversion algorithm achieved excellent fitting between the predicted and observed data, even in near- and transition-fi eld zones, and the inversion results agreed well with the true model. These findings reveal that the proposed algorithm is eff ective for 3D inversion of CSAMT data.
Key wordsCSAMT   3D inversion   topography   unstructured grids   finite-element   
收稿日期: 2019-12-05;
基金资助:

本研究由中科院先导专项(编号:XDA14020102),国家自然科学基金(编号:41774125、41530320、41904104),国家重点研发计划项(编号:2018YFC0603300)及北京市科技计划“地球深部探测技术攻关”专项(编号:Z181100005718001)联合资助。

通讯作者: 刘云鹤(Email: liuyunhe@jlu.edu.cn)     E-mail: liuyunhe@jlu.edu.cn
作者简介: 陈祥忠,博士研究生。2006 年和2016 年分别于吉林大学地球探测科学与技术学院获得学士学位和硕士学位。现就读于吉林大学地球探测科学与技术学院攻读博士学位,主要从事地球物理电磁理论与应用。
引用本文:   
. 基于非结构网格有限单元法的可控源音频大地电磁三维反演研究*[J]. 应用地球物理, 2020, 17(3): 349-360.
. Three-dimensional inversion of controlled-source audio-frequency magnetotelluric data based on unstructured finite-element method*[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2020, 17(3): 349-360.
 
没有本文参考文献
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