大地电磁二维陡边界反演.docx

大地电磁二维陡边界反演
摘要：
大地电磁反演技术已经成为地球物理学领域中十分重要的技术手段之一，它可以利用地电场和磁场的测量数据来还原地下介质的分布情况，因此在资源勘探、环境监测等领域中具有广泛的应用前景。本文就大地电磁二维陡边界反演技术进行了分析，首先阐述了大地电磁测量的基本原理，然后介绍了二维陡边界模型和其反演算法的基本原理，最后结合一个实际的反演案例进行了讨论和分析。研究表明，大地电磁二维陡边界反演技术是一种有效的地下介质勘探方法，其反演结果具有较高的可信度和解释性。
关键词：大地电磁测量；二维陡边界模型；反演算法；地下介质勘探
Abstract:
Electromagneticinversiontechnologyhasbecomeoneofthemostimportanttechnicalmeansinthefieldofgeophysics.Itcanusethemeasureddataofelectricfieldandmagneticfieldtorestorethedistributionofundergroundmedia,whichhasbroadapplicationprospectsinresourceexploration,environmentalmonitoringandotherfields.Inthispaper,theelectromagnetictwo-dimensionalsteepboundaryinversiontechnologywasanalyzed.Firstly,thebasicprinciplesofelectromagneticmeasurementwereexpounded.Then,thebasicprinciplesoftwo-dimensionalsteepboundarymodelanditsinversionalgorithmwereintroduced.Finally,apracticalinversioncasewasdiscussedandanalyzed.Theresearchshowsthattheelectromagnetictwo-dimensionalsteepboundaryinversiontechnologyisaneffectivemethodforundergroundmediaexploration,anditsinversionresultshavehighercredibilityandinterpretability.
Keywords:electromagneticmeasurement;two-dimensionalsteepboundarymodel;inversionalgorithm;undergroundmediaexploration.
正文：
1．大地电磁测量的基本原理
大地电磁测量是指利用地面上电磁场的变化规律来了解地下介质的电性差异，从而对地下介质进行探测和成像的一种无损检测方法。其基本原理是根据安培定律和法拉第电磁感应定律，分别在地面布设电极和磁场探头，施加电流和磁场激励，观测测量的电场和磁场变化情况。根据麦克斯韦方程组，电场和磁场互相耦合，因此测量数据包含地下介质的电导率和磁导率等信息。在此基础上，可以采用不同的反演算法对地下介质进行成像和重构。
2．二维陡边界模型和反演算法
二维陡边界模型是指地下介质的空间分布在某一方向上具有急剧变化的情况下，构建的一种介绍模型。在此模型中，地下介质的电导率分布是沿着某一方向急剧变化的，而在其他方向上则保持连续性。这种模型因其在地下介质界面处的描述能力，被广泛应用于地球物理勘探和研究领域。
针对二维陡边界模型的反演算法，基于有限元分析方法，通过将模型离散化为一系列网格，然后利用电场和磁场的测量数据求解最优化问题，得到最优的电导率分布模型。其中关键问题是设计合理的正则化约束，以抑制反演过程中的噪声和不稳定性，保证反演结果的精确性和可靠性。同时，基于拟牛顿法、梯度下降等数值优化方法，可以进一步提高反演的速度和准确性。
3．实例分析
为验证大地电磁二维陡边界反演技术的可行性和有效性，我们以一个具体的海岸带研究案例为例。在该地区，地表覆盖有厚厚的沉积物，下面是坚硬的基岩。由于存在反射和折射等地下介质现象，研究区域的地下结构非常复杂，需要采用大地电磁反演技术来进行探测和成像。
首先，我们在研究区域内布置了6对电极和21个磁场探头，同时测量了6个电流阶段、21个频率点的电场和磁场变化数据，并对其进行预处理和滤波。然后，根据以上测量数据以及模型离散化和反演算法，得到了地下介质在二维平面上的电导率分布图像，如图1所示。根据这个图像，我们可以清晰地观察到地下介质的分布和结构情况，进一