基于非结构化网格有限元法的人工源电磁法三维正演

摘要

目前,人工源电磁法已成功应用于金属矿产探测、环境水文调查与监测、海底油气藏勘探等领域.为了更加精细的反映地电结构、进一步改善勘探效果,开发精度高、速度快、能够模拟复杂地电模型的三维正演技术已成为必由之路.本研究将垂直磁偶源、矩形回线源和接地长导线源均视为有限多个水平电偶源的组合，并据此实现了场源的分段加载，有效克服了总场算法中场源的奇异性。本研究以电场总场Helmholtz方程为矢量有限元法控制方程，实现了基于非结构化四面体网格剖分的人工源电磁法频率域和时间域三维正演。通过与垂直磁偶源、矩形回线源和接地长导线源在均匀半空间表面激发的电磁场解析解对比，验证了本研究数值解的正确性。通过与均匀半空间中的块状高导体、海底油气藏等地电模型的积分方程法、有限体积法、有限差分法和基于磁矢量势Helmholtz方程的有限元法数值解对比，进一步验证了本文算法正确性，同时说明了非结构化四面体网格能够更加精细的剖分电性异常体、利于获得精确数值解。本研究成果为实现人工源电磁法带地形三维正反演奠定了坚实基础。