頻率域可控源電磁法三維有限元正演

為了及時總結“資源與災害探查”湖南省高校創新團隊的研究成果，柳建新教授組織團隊中部分從事電（磁）法和深部地球物理研究的骨幹人員，撰寫了《地球物理計算中的迭代解法及其應用》《直流激電反演成像理論與方法應用》《大地電磁貝葉斯反演方法與理論》《頻率域可控源電磁法三維有限元正演》《便攜式近地表頻率域電磁法儀器及其信號檢測》《東崑崙成礦帶典型礦牀電（磁）響應特徵及成礦模式識別》《青藏高原東南緣地面隆升機制的地震學問題》和《青藏高原岩石圈力學強度與深部結構特徵》共8本專著，集中反映團隊新的相關理論與應用研究成果。

《有色金屬理論與技術前沿叢書：頻率域可控源電磁法三維有限元正演》在回顧常規可控源電磁法及帶油井鐵套管電磁法的正演技術研究現狀的基礎上，採用有限元方法重點研究了可控源電磁法的三維正演理論和方法技術，主要內容包括直接基於場的正演理論技術、基於耦合勢的正演理論技術、考慮鐵套管的可控源電磁法的正演理論技術。並初步對基於場及耦合勢的正演方法進行了對比，為今後對電磁法三維正演技術的研究提供了可借鑑的經驗。

《有色金屬理論與技術前沿叢書：頻率域可控源電磁法三維有限元正演》的取材主要出自作者博士階段的研究成果。

《有色金屬理論與技術前沿叢書：頻率域可控源電磁法三維有限元正演》可供從事電磁法數值模擬的研究人員參考使用，也可作為高等院校地球物理相關專業研究生、科研和技術人員的參考用書。

湯文武，男，1987年生，博士，講師。2005年考人中南大學地球信息科學與技術專業，2009年保送至地球探測與信息技術專業攻讀研究生，於2013-2015年獲國家留學基金委資助赴科羅拉多礦業學院地球物理系深造，其間主要從事電磁法數值模擬研究。2015年畢業於中南大學，獲地球探測與信息技術工學博士學位。現在東華理工大學地球物理與測控技術學院工作，主要從事電磁法理論及方法研究，發表論文10篇，其中SCI收錄1篇、EI收錄2篇。

柳建新，男，1962年生，教授，博士生導師。現為中南大學地球科學與信息物理學院副院長、新世紀百千萬人才工程國家人選、教育部新世紀人才支撐計劃獲得者、湖南省“121”人才、“地球探測與信息技術”學科帶頭人、有色資源與地質災害探查湖南省重點實驗室主任、湖南省第十一屆政協常委，兼任國家自然科學基金委員會評審組成員、湖南省地球物理學會第六、第七屆理事長、中國地球物理學會第九屆理事會常務理事、中國有色金屬學會第七屆理事會理事、中國有色金屬工業協會專家委員會委員、“全國找礦突破戰略行動”專家技術指導組專家、中南大學第二屆知識分子聯誼會理事長。長期從事礦產資源勘探、工程勘察領域的理論與應用研究，在深部隱伏礦產資源探測與定位、生產礦山深部地球物理立體填圖、地球物理數據高分辨處理與綜合解釋、工程地球物理勘察等方面具有深入的研究，並取得了大量研究成果。獲國家發明二等獎1項、國家科技進步二等獎1項、國家科技進步三等獎1項、省部級科技進步一等獎7項、二等獎4項、三等獎2項。申報專利8項，其中4項獲得授權。出版專著14部，發表論文240餘篇，其中SCI、EI收錄112篇。

李耀國，男，博士，1983年畢業於武漢地質學院，獲地球物理專業本科學士學位，1992年畢業於英屬哥倫比亞大學（UBC），並獲地球物理專業博士學位。1992-1999年先後以博士後及助理研究員身份在UBC地球物理反演課題組工作。現為美國科羅拉多礦業學院地球物理系教授，並擔任重電磁研究中心主任及重磁研究財團的首席科學家。主要從事反演理論研究和應用地球物理中的重力、磁法、電磁法及地面核磁共振數據的反演工作，以及在資源勘探、環境、水文方面的應用研究。

第1章 緒論

1．1 可控源電磁法正演模擬的研究現狀

1．2 帶油井鐵套管的可控源電磁法正演模擬的研究現狀

1．3 本書的研究內容及主要創新點

1．4 本書的結構安排

第2章 基於二次電場的可控源電磁法三維矢量有限元正演模擬

2．1 理論基礎

2．1．1 偏微分方程的建立

2．1．2 邊界條件

2．2 矢量有限元分析

2．2．1 有限元網格剖分

2．2．2 有限元方程推導

2．2．3 單元分析

2．3 均勻半空間模型的正演問題

2．3．1 水平電偶極子源的諧波場

2．3．2 半解析解的對比驗證

2．4 大型稀疏線性方程組解法

2．4．1 常用的壓縮存儲方法

2．4．2 Krylov子空間迭代法

2．4．3 各迭代解法對比

2．5 散度校正

2．5．1 散度校正方法一

2．5．2 散度校正的有效性驗證

2．6 二次電磁場的插值計算

2．7 精度驗證

2．8 頻率適應網格

2．8．1 頻率適應網格策略

2．8．2 頻率適應網格在多頻點正演中的效果

2．9 模型實例正演分析

2．9．1 低阻體模型

2．9．2 高阻體模型

2．10 本章小結

第3章 基於二次耦合勢的可控源電磁法三維有限元正演模擬

3．1 理論基礎

3．1．1 偏微分方程推導

3．1．2 邊界條件

3．2 有限元分析

3．2．1 有限元網格剖分

3．2．2 有限元方程推導

3．2．3 單元分析

3．3 精度驗證

3．4 頻率適應網格

3．5 模型實例分析

3．6 本章小結

第4章兩種正演方式的對比分析及相互驗證

4．1 網格剖分對比

4．2 正演速度與頻率的關係

4．3 典型模型相互驗證

4．4 本章小結

第5章 帶油井鐵套管的可控源電磁法正演模擬

5．1 均勻半空間模型的正演模擬

5．1．1 計算方法

5．1．2 算法驗證

5．2 三維電阻率模型有限元正演模擬

5．3 模型實例分析

5．4 本章小結

第6章 結論及建議

6．1 結論

6．2 建議

參考文獻 ^[2]