我國國土面積近 2 / 3 區(qū)域為高山、 沙漠、 湖泊沼澤、 森林覆蓋區(qū)，給地面地球物理探測帶來極大困難。 航空地球物理，特別是航空電磁探測技術是在這些區(qū)域進行地球物理勘探的有效手段。 國外航空電磁經過逾 50年的發(fā)展已成為非常成熟的探測技術，部分國家已實現(xiàn)國土面積全覆蓋。我國自 20 世紀末開始，通過引進和消化國外技術研發(fā)基于固定翼和直升機平臺的航空電磁探測裝備，雖經多年技術攻關，關鍵技術仍沒有取得重大突破。 目前尚沒有能夠形成生產力的探測設備及配套的數(shù)據(jù)處理和解釋軟件。 《航空電磁理論與勘查技術》基于作者在國外多年從事航空電磁探測技術和裝備研發(fā)的經驗，瞄準國際***的航空電磁探測技術，詳細闡述航空電磁正反演理論、 關鍵技術、 裝備發(fā)展現(xiàn)狀、 數(shù)據(jù)處理和解釋及航空電磁勘查技術在能源資源、 環(huán)境工程、 地下水和地熱及防災減災等領域的應用。 期望《航空電磁理論與勘查技術》能夠對推動我國航空電磁勘查技術發(fā)展和應用起積極作用。
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航空電磁法,研究
目錄
前言
第1 章 航空電磁勘查技術現(xiàn)狀及展望 1
1. 1 航空電磁勘查技術現(xiàn)狀 1
1. 1. 1 國外航空電磁勘查技術現(xiàn)狀 1
1. 1. 2 國內航空電磁勘查技術現(xiàn)狀 4
1. 2 航空電磁勘查系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1. 2. 1 CGG/ Fugro 公司及其系統(tǒng) 5
1. 2. 2 Geotech 公司及其系統(tǒng) 10
1. 2. 3 Aeroquest 公司及其系統(tǒng) 13
1. 2. 4 SkyTEM Surveys 公司及其系統(tǒng) 14
1. 3 航空電磁數(shù)據(jù)處理技術現(xiàn)狀 16
1. 3. 1 背景場去除 16
1. 3. 2 天電噪聲去除 17
1. 3. 3 運動噪聲去除 17
1. 3. 4 疊加 17
1. 3. 5 抽道 17
1. 3. 6 記錄點位置校正 18
1. 3. 7 姿態(tài)校正 18
1. 3. 8 調平 18
1. 4 航空電磁反演技術現(xiàn)狀 19
1. 4. 1 航空電磁成像技術 19
1. 4. 2 航空電磁一維反演 19
1. 4. 3 航空電磁三維反演 20
1. 5 航空電磁勘查技術展望 21
參考文獻 22
第2 章 航空電磁正演理論 26
2. 1 頻率域航空電磁一維正演理論及數(shù)值計算方法 26
2. 1. 1 電磁感應方程 26
2. 1. 2 層狀介質中電磁TE 和TM 極化模式 27
2. 1. 3 自由空間中偶極子電磁場 29
2. 1. 4 波數(shù)域電磁場 30
2. 1. 5 層狀介質中波數(shù)域電磁場求解 31
2. 1. 6 TE 和TM 模式源項耦合 33
2. 1. 7 波數(shù)域電磁場合成 34
2. 1. 8 電性源和磁性源電磁場 34
2. 1. 9 空氣中電性源和磁性源電磁場積分表達式 38
2. 1. 10 快速漢克爾變換及頻率域航空電磁響應數(shù)值計算 41
2. 2 時間域航空電磁一維正演理論及數(shù)值計算方法 49
2. 2. 1 脈沖響應和階躍響應 49
2. 2. 2 任意波形時間域航空電磁響應 50
2. 3 航空電磁各向異性正演和影響特征分析 55
2. 3. 1 航空電磁各向異性研究現(xiàn)狀 55
2. 3. 2 層狀任意各向異性介質航空電磁正演模擬 57
2. 3. 3 數(shù)值算例 65
2. 3. 4 野外實測數(shù)據(jù)例子 71
2. 3. 5 小結 72
2. 4 航空電磁姿態(tài)效應 73
2. 4. 1 航空電磁系統(tǒng)吊艙姿態(tài)變化 73
2. 4. 2 層狀介質電磁響應 76
2. 4. 3 直升機航空電磁系統(tǒng)姿態(tài)效應 76
2. 4. 4 基于疊加偶極的航空電磁姿態(tài)效應校正 84
2. 4. 5 實測航空電磁數(shù)據(jù)姿態(tài)校正 87
2. 4. 6 小結 89
2. 5 航空電磁激發(fā)極化效應 89
2. 5. 1 激發(fā)極化效應對航空瞬變電磁擴散的影響 89
2. 5. 2 航空瞬變電磁激電效應正演模擬 98
2. 5. 3 小結 103
2. 6 航空電磁位移電流效應 103
2. 6. 1 電磁場全解形式 104
2. 6. 2 自由空間位移電流的影響 104
2. 6. 3 地下介質位移電流的影響 106
2. 6. 4 理想導電半空間位移電流的影響 107
2. 6. 5 小結 108
2. 7 航空電磁多參數(shù)正演及影響特征 109
2. 7. 1 航空電磁多參數(shù)正演計算 109
2. 7. 2 頻率域航空電磁多參數(shù)響應特征 109
2. 7. 3 時間域航空電磁多參數(shù)響應特征 112
2. 8 航空電磁擴散特征及“煙圈” 效應 119
2. 8. 1 一維介質中電磁場正演計算 120
2. 8. 2 頻率域電磁場擴散特征 121
2. 8. 3 時間域電磁場擴散特征 124
2. 8. 4 “煙圈” 效應 127
2. 8. 5 成像深度 131
2. 8. 6 小結 132
2. 9 半航空電磁系統(tǒng)一維正演理論 132
2. 9. 1 半航空系統(tǒng)電磁響應正演計算 132
2. 9. 2 半航空系統(tǒng)電磁響應特征 133
2. 9. 3 小結 136
參考文獻 137
第3 章 航空電磁成像及反演理論 141
3. 1 航空電磁成像理論 141
3. 1. 1 Sengpiel 成像方法 141
3. 1. 2 差分視電阻率成像方法 143
3. 1. 3 電導率深度成像方法(CDI) 146
3. 1. 4 基于浮動薄板的電磁成像方法 150
3. 1. 5 時間域航空電磁Tau 成像方法 151
3. 1. 6 小結 158
3. 2 Marquardt￣Levenberg 反演 159
3. 2. 1 基本原理 159
3. 2. 2 雅克比矩陣計算 160
3. 2. 3 頻率域航空電磁理論數(shù)據(jù)反演 164
3. 2. 4 頻率域航空電磁實測數(shù)據(jù)反演 165
3. 2. 5 時間域航空電磁理論數(shù)據(jù)反演 165
3. 2. 6 時間域航空電磁實測數(shù)據(jù)反演 167
3. 3 橫向約束反演 169
3. 3. 1 電阻率和厚度橫向約束 169
3. 3. 2 深度約束 170
3. 3. 3 總體反演方程與阻尼最小二乘解 171
3. 3. 4 頻率域航空電磁理論模型橫向約束反演 172
3. 3. 5 時間域航空電磁理論模型橫向約束反演 173
3. 3. 6 頻率域航空電磁實測數(shù)據(jù)橫向約束反演 175
3. 3. 7 時間域航空電磁實測數(shù)據(jù)橫向約束反演 176
3. 3. 8 小結 177
3. 4 擬三維模型空間約束反演 178
3. 4. 1 正演模擬 179
3. 4. 2 約束方案 180
3. 4. 3 反演理論 181
3. 4. 4 算例分析 183
3. 4. 5 小結 188
3. 5 Occam 反演 191
3. 5. 1 目標函數(shù) 191
3. 5. 2 模型更新 192
3. 5. 3 拉格朗日乘子搜索方法 193
3. 5. 4 數(shù)值算例 193
3. 5. 5 小結 198
3. 6 變維數(shù)貝葉斯反演 198
3. 6. 1 后驗概率分布 200
3. 6. 2 模型參數(shù)初始化 201
3. 6. 3 建議分布 201
3. 6. 4 接受概率 203
3. 6. 5 收斂條件 203
3. 6. 6 數(shù)值算例 204
3. 6. 7 小結 215
3. 7 模擬金屬淬火反演算法 215
3. 7. 1 模擬金屬淬火基本原理 217
3. 7. 2 模型構造 218
3. 7. 3 隨機行走用于模型更新 218
3. 7. 4 目標函數(shù) 219
3. 7. 5 模擬退火策略 219
3. 7. 6 反演結果 220
3. 7. 7 小結 224
3. 8 航空電磁多參數(shù)反演 225
3. 8. 1 多參數(shù)反演理論 225
3. 8. 2 雅克比矩陣計算 226
3. 8. 3 反演算例 227
3. 8. 4 小結 230
參考文獻 230
第4 章 航空電磁勘查關鍵技術 236
4. 1 航空電磁系統(tǒng)Footprint 236
4. 1. 1 航空電磁系統(tǒng)Footprint 概念 236
4. 1. 2 航空電磁系統(tǒng)Footprint 計算方法 237
4. 1. 3 頻率域航空電磁系統(tǒng)Footprint 239
4. 1. 4 航空電磁系統(tǒng)Footprint 的影響因素 244
4. 1. 5 小結 248
4. 2 導電異常環(huán)用于航空電磁系統(tǒng)測試 248
4. 2. 1 研究背景 248
4. 2. 2 理論推導 249
4. 2. 3 正演結果和實測數(shù)據(jù)分析 252
4. 2. 4 小結 256
4. 3 航空電磁系統(tǒng)一次場去除技術 256
4. 3. 1 頻率域航空電磁一次場去除技術 257
4. 3. 2 時間域航空電磁一次場去除技術 257
4. 4 航空電磁視電阻率定義 258
4. 4. 1 概述 258
4. 4. 2 頻率域航空電磁視電阻率定義 259
4. 4. 3 時間域航空電磁視電阻率定義 263
4. 4. 4 航空電磁全區(qū)視電阻率定義 264
4. 4. 5 小結 267
4. 5 航空電磁多波形發(fā)射技術 267
4. 5. 1 多波形發(fā)射研究現(xiàn)狀 267
4. 5. 2 多波形發(fā)射系統(tǒng) 268
4. 5. 3 多波形發(fā)射技術應用 270
4. 6 航空電磁異常體探測能力分析 270
4. 6. 1 三維航空電磁系統(tǒng)正演模擬 271
4. 6. 2 柱狀良導體模型 272
4. 6. 3 探測能力及影響因素分析 273
4. 6. 4 小結 278
4. 7 頻率域航空電磁系統(tǒng)校準技術 278
4. 7. 1 理論模型 279
4. 7. 2 航空電磁系統(tǒng)在導電大地上的校準方法 281
4. 7. 3 航空電磁數(shù)據(jù)校正 288
4. 7. 4 小結 291
4. 8 航空電磁磁場計算和應用 291
4. 8. 1 磁場計算 291
4. 8. 2 磁場和磁感應探測能力分析 292
4. 8. 3 小結 295
4. 9 任意線圈系互感的計算 295
4. 9. 1 互感計算原理 295
4. 9. 2 互感計算方法 296
4. 9. 3 幾種線圈系的互感算例 297
4. 10 高壓線塔基接地電阻探測 298
4. 10. 1 高壓線模型及感應電動勢 299
4. 10. 2 電路求解 300
4. 10. 3 高壓線-大地-接收機系統(tǒng)響應 301
4. 10. 4 發(fā)射機-大地-接收機系統(tǒng)響應 303
4. 10. 5 懸鏈線的影響 304
4. 10. 6 模型試驗 304
4. 10. 7 小結 309
參考文獻 310
第5 章 航空電磁數(shù)據(jù)處理 313
5. 1 航空電磁數(shù)據(jù)質量監(jiān)控 313
5. 1. 1 航空電磁數(shù)據(jù)質量監(jiān)控方法 313
5. 1. 2 航空電磁數(shù)據(jù)質量監(jiān)控統(tǒng)計報告 317
5. 2 頻率域航空電磁數(shù)據(jù)處理 318
5. 2. 1 頻率域航空電磁數(shù)據(jù)預處理技術 318
5. 2. 2 頻率域航空電磁數(shù)據(jù)處理技術 318
5. 3 時間域航空電磁數(shù)據(jù)處理 330
5. 3. 1 時間域航空電磁數(shù)據(jù)預處理技術 330
5. 3. 2 時間域航空電磁數(shù)據(jù)處理技術 342
5. 4 本章小結 354
參考文獻 355
第6 章 航空電磁勘查技術應用 357
6. 1 航空電磁勘查技術應用范圍 357
6. 2 金屬礦產勘查 359
6. 3 油氣資源勘查 362
6. 4 環(huán)境工程勘查 363
6. 5 地下水及地熱資源勘查 368
6. 6 地質填圖及其他應用 371
參考文獻 372
附錄1 頻率域/時間域航空電磁dB/ dt 正演模擬程序 374
附錄2 頻率域/時間域航空電磁場B 正演模擬程序 393
附錄3 頻率域任意各向異性一維航空電磁正演模擬程序 410
附錄4 任意兩個環(huán)形線圈互感計算程序 442
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