基于全波形航空时域电磁探测的三维地质体识别技术研究

全波形航空时域电磁探测具有快速、经济，勘探深度大、分辨率高等优点，特别适合在森林覆盖区、沼泽、沙漠、无人区等特殊景观区，开展矿产资源、油气、地下水及地热资源勘查。时域电磁响应数值模拟的计算精度和速度，直接影响着实测数据中异常信息提取和解释精度。本项目旨在攻克时域全波形三维电磁计算，三维异常体识别等关键技术。. 项目组通过技术攻关，实现了基于GPU并行技术的全波形时域三维有限差分快速计算，采用CPML吸收边界条件提高了高阻模型的计算精度，利用时域卷积和场源离散两种方法，实现了任意发射波激励下，有源段和无源段三维异常体电磁响应数值计算，采用时域卷积计算方法构建大量典型三维异常体的有源段和无源段电磁响应模型库；基于高阶统计方法和能量检测原理，提取了异常属性特征，讨论了异常体电导率与围岩电导、埋深、取样时间道等参数对检测灵敏度影响，分析了全波形电磁测量系统的探测分辨率，高阻和高导模型在有源段的电磁异常明显比无源段幅值大、分辨率高；采用逐步回归法、岭回归法、主成分法等多种方法，建立了有源段和无源段的电导率和深度参数回归方程，经过测试，三维异常体模型的电导率、深度回归方程最小相对误差小于15%，回归方程的相对误差主要取决计算异常体模型的数量、电导率和深度变化步长等参数。. 设计并构建了沙槽异常环模拟实验装置和水槽三维动态模拟实验装置，在沙槽进行了异常环静态测试实验，在水槽中开展异常环的动态模拟实验，采用有源和无源两时段实现了高导和高阻异常联合检测，异常环识别相对误差小于15%；通过异常环测试实验，为时间域航空电磁系统提供了标定和校正的有效方法。研究了实测电磁数据的基线校正、综合小波去噪方法，运动噪声引起假异常剔除方法，采用自主研制的时域航空电磁系统在长春市郊进行异常环动态模拟实验、以及在河南桐柏县进行异常环飞行实验，实现了异常准确识别。. 在项目支助下，获得国家技术发明二等奖1项，发表论文6篇，其中SCI论文4篇，核心2篇，申请软件著作权2项，授权专利1项，申请专利3项。培养教育部新世纪人才1人，长春第六批突出贡献专家1人，培养博士2人，硕士3人。. 本项目的顺利结题，为开展分数阶有限差分或无网格-有限差分方法，计算随机、多孔介质等复杂实际地质模型奠定基础，为揭示复杂地质模型的电磁传播规律提供新的方法手段，促进我国航空时域电磁法的发展。