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实验报告课程名称：地电学课题名称：大地电磁层状模型数值模拟实验专业：地球物理学姓名：xx班级：06xxxx完成日期：2016 年11月26日目录一、实验名称 (3)二、实验目的 (3)三、实验要求 (3)四、实验原理 (3)五、实验题目 (4)六、实验步骤 (4)七、实验整体流程图 (8)八、程序及运行结果 (9)九、实验结果分析及体会 (14)一、实验名称大地电磁层状模型数值模拟实验二、实验目的（1）学习使用Matlab编程，并设计大地电磁层状模型一层，二层，三层正演程序（2）在设计正演程序的基础上实现编程模拟（3）MATLAB软件基本操作和演示.三、实验要求（1）利用MT一维测深法及其相关公式，计算地面上的pc视电阻率和ph相位，绘制视电阻率正演曲线和相位曲线并分析。
（2）利用Matlab软件作为来实现该实验。
四、实验原理（一）、正演的概念：正演是反演的前提。
在实际地球物理勘探中，一些模型的参数是不容易确定的，如埋藏在地下的地质体模型的岩性、厚度、产状等参数，我们把这些描述未知模型的参数的集合定义为“模型空间”。
为了获得这些模型参数，可以利用那些可以直接观测的量来推测，而这些能够直接观测的量的集合则被称作“数据空间”。
如果把模型空间中的一个点定义为m，把数据空间中的一个点定义为d，按照物理定律，可以把两者的关系写成式中，G为模型空间到数据空间的一个映射。
我们把给定模型m求解数据d的过程称为正演问题。
（二）、MT一维正演模型简介大地电磁法作为一种电磁类勘探方法，它的模型参数为一组能够表征地球物理勘探目标体的电性参数，即目标体电阻率和相应层的层厚度。
所谓一维模型，即介质在三维空间中沿两个方向上模型参数是不变的，只在另一个方向上特征属性会变化。
在此一维模型即指水平层状一维介质，即介质只在沿垂直于地面上的方向上电性（电阻率）变化，在另外两个方向上保持不变的典型特征，所以就构成一组电阻率不同的电性层，抽象出来即是一组由电阻率及对应的层厚度构成的电性层数。
实验报告课程名称：地电学课题名称：大地电磁层状模型数值模拟实验专业：地球物理学姓名：xx班级：06xxxx完成日期：2016 年11月26日目录一、实验名称 (3)二、实验目的 (3)三、实验要求 (3)四、实验原理 (3)五、实验题目 (4)六、实验步骤 (4)七、实验整体流程图 (8)八、程序及运行结果 (9)九、实验结果分析及体会 (14)一、实验名称大地电磁层状模型数值模拟实验二、实验目的（1）学习使用Matlab编程，并设计大地电磁层状模型一层，二层，三层正演程序（2）在设计正演程序的基础上实现编程模拟（3）MATLAB软件基本操作和演示.三、实验要求（1）利用MT一维测深法及其相关公式，计算地面上的pc视电阻率和ph相位，绘制视电阻率正演曲线和相位曲线并分析。
（2）利用Matlab软件作为来实现该实验。
四、实验原理（一）、正演的概念：正演是反演的前提。
在实际地球物理勘探中，一些模型的参数是不容易确定的，如埋藏在地下的地质体模型的岩性、厚度、产状等参数，我们把这些描述未知模型的参数的集合定义为“模型空间”。
为了获得这些模型参数，可以利用那些可以直接观测的量来推测，而这些能够直接观测的量的集合则被称作“数据空间”。
如果把模型空间中的一个点定义为m，把数据空间中的一个点定义为d，按照物理定律，可以把两者的关系写成式中，G为模型空间到数据空间的一个映射。
我们把给定模型m求解数据d的过程称为正演问题。
（二）、MT一维正演模型简介大地电磁法作为一种电磁类勘探方法，它的模型参数为一组能够表征地球物理勘探目标体的电性参数，即目标体电阻率和相应层的层厚度。
所谓一维模型，即介质在三维空间中沿两个方向上模型参数是不变的，只在另一个方向上特征属性会变化。
在此一维模型即指水平层状一维介质，即介质只在沿垂直于地面上的方向上电性（电阻率）变化，在另外两个方向上保持不变的典型特征，所以就构成一组电阻率不同的电性层，抽象出来即是一组由电阻率及对应的层厚度构成的电性层数。
可控源一维正反演技术在地热勘查中的应用作者：韦光景张艳军孟繁星陈万利来源：《国土资源导刊》2020年第03期摘要可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法被广泛应用于各类工程勘查中，本文以湖南省溆浦龙田地热勘查为例，首先通过采用一维正演技术，为野外装置参数的确定提供依据，同时利用逼近实测曲线的方式获取模型响应曲线，从而获得地质体模型;再采用一维数据反演，充分的利用野外采集数据信息，获得更好的成果解译。
通过反演剖面图与构建的模型对比研究，找出它们共性特征，对物探成果的解译提供一定的理论依据。
研究结果表明，采用一维正演技术确定野外装置是有效的，通过正演模型与反演结果对比，表明反演解译成果是可靠的。
关键字 CSAMT;一维正演;一维反演;模型响应中图分类号：P319.3 文献标识码：A文章编号：1672-5603（2020）03-25-6Abstract： Controlled source audio magnetotelluric sounding （CSAMT） is widely used in various engineering exploration. This paper takes prospecting geothermal resources of Xupu Longtian in Hunan province as an example. Firstly， 1D forward modeling technique is adopted，It provides a basis for the determination of field equipment parameters，Meanwhile， the response curve of the model is obtained by approximating the measured curve，The geological model is obtained. Then，1D whole area data inversion is used， Make full use of field data to obtain better interpretation. Acomparative study was made between the inversion profile and the constructed model.Find out their common characteristics and provide some theoretical basis for the interpretation of geophysical achievements. The results show that the 1D forward modeling technique is effective in determining the field equipment. The comparison between the forward model and the inversion results shows that the inversion interpretation results are reliable.Keywords： CSAMT; 1D Forward modeling; 1D inversion; Model response可控源音頻大地电磁测深法（CSAMT），是在音频大地电磁法（AMT）和大地电磁法（MT）的基础上发展起来的一种人工源测深方法。
文章标题：大地电磁测深中相位超象限现象的正演模拟研究一、概述在地球科学研究中，大地电磁测深是一种常用的勘探方法。
通过测量地表上的电磁场响应，可以得到地下的电导率结构信息，从而对地下的矿产资源、地下水、地质构造等进行探测和解释。
在大地电磁测深中，相位超象限现象是一个十分重要的现象，它对勘探结果的解释和解读起着至关重要的作用。
本文将根据大地电磁测深中相位超象限现象的正演模拟研究，从浅入深地探讨这一主题。
二、相位超象限现象的基本原理1. 相位超象限现象的定义相位超象限现象是指在大地电磁测深数据的解释过程中，电磁场数据的相位比预期的要超出90度的现象。
这种现象经常出现在高导电率目标的附近，因此对于勘探高导电率目标具有重要意义。
2. 形成机理相位超象限现象的形成机理主要与地下高导电率目标的存在有关。
当电磁波穿过高导电率目标时，电磁波的相位会受到高导电率目标的影响而发生变化，导致测量到的相位超出预期值。
三、相位超象限现象的影响及应用1. 影响相位超象限现象的存在会使大地电磁测深数据的解释变得复杂和困难，需要更加精密和深入的分析和处理方法。
如果不加以正确处理，可能会导致对地下结构的误解和错误的解释，严重影响勘探结果的准确性和可靠性。
2. 应用尽管相位超象限现象会给解释带来挑战，但正是由于这一现象的存在，才使得大地电磁测深方法对高导电率目标的探测和识别具有独特的优势。
正确理解和处理相位超象限现象，能够提高大地电磁测深方法在勘探中的有效性和可靠性。
四、相位超象限现象的正演模拟研究1. 正演模拟原理通过数值模拟地下电磁场的传播和响应过程，可以获得不同地下结构下的电磁场数据，并研究相位超象限现象的成因和特征。
正演模拟是研究相位超象限现象的重要手段之一。
2. 研究方法及技术正演模拟研究相位超象限现象的方法主要包括地下电磁场数值模拟、高导电率目标构造的建模和参数分析等步骤。
通过对不同地下结构下的电磁场响应进行模拟，可以深入研究相位超象限现象的特征和规律。
文章编号:1672—7940(2006)01—0009—07大地电磁三维模型的一维二维反演近似问题研究陈小斌1,赵国泽1,马 霄2(1.中国地震局地质研究所,北京100029;2.大港油田集团石油工程监理中心,天津300280)作者简介:陈小斌(1972—),男,中国地震局地质研究所副研究员,主要从事电磁测深正反演方法及地球动力学数值模拟方面的研究。
E -mail :cxb @pku 1edu 1cn摘 要:设计了一个简单的三维模型———均匀半空间的三维低阻异常体模型。
采用51×51×38的网格计算得到了331333Hz 至010071Hz 之间共34个频率的三维正演响应。
选取其中5条具有代表性的测线,比较了不同测线上自适应正则化(ARIA )一维反演结果和非线性共轭梯度法(NL CG )二维反演结果相互之间及其与原三维理论模型之间的异同,研究大地电磁三维模型的一维、二维反演的近似情况。
发现:对于三维模型响应,一维、二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,但二维模型对三维模型的近似程度比一维模型要高得多;在二维模型反演中,采用TM 模式更易得到真实的模型信息。
研究中,采用蒲兴华等(1994)开发的M T 三维正演程序进行正演计算,采用“大地电磁数据管理器(M TDA TAMN G )”软件进行数据处理和一维、二维反演。
关键词:大地电磁;三维;一维;二维;反演中图分类号:P631124文献标识码:A收稿日期:2005—12—18RESEARCH ON INVERSION OF MT3D MODE L APPR OXIMATE LY B Y 1D ,2D INVERSION METH ODC H EN Xiao 2bin 1,ZHAO Guo 2ze 1,MA Xiao 2(11I nstitute of Geolog y ,China Seismological B ureau ,B ei j ing 100029,China;21Dagang Pet roleum S u pervision Cent re ,Tianj ing 300280,China )Abstract :In t his paper ,a simple 3d model ,low -resistivity abnormity 3d model in halfspace ,is designed 1Responses of 34frequencies from 331333Hz to 010071Hz are obtained in3d modeling wit h 515138grids 15rep resentatio nal lines are adopted to st udy approxima 2ting 3d model wit h 1d ,2d inversion result s 1Result s of 1d inversion ,2d inversionfor each line are comp uted ,and are compared wit h each ot her and wit h t he original model 1St udies show t hat bot h 1d and 2d inversion result s contain t rue 3d model information ,but t he 2d inversion is far more app roached to 3d model t han 1d inversio n 1Furt hermore ,when app roaching 3d models wit h 2d inversion ,it is t he TM polarization modedata rat her t han t he TE polarization mode data t hat sho uld be adopted 1The 3d modelingprogram used in t his paper was developed by Dr 1PU Xinghua 1The new visual integratedsystem ,M TDA TAMN G ,is used in data processing and inversion 1The 1d inversion met h 2第3卷第1期2006年2月 工程地球物理学报CHIN ESE J OU RNAL OF EN GIN EERIN G GEOP H YSICS Vol 13,No 11Feb 1,2006od is adaptive regularized inversion algorit hm(A RIA),and2d inversion met hod is nonlin2 ear conjugate gradient s algorit hm(NL C G)1K ey w ords:M T;3d;1d;2d;inversion1 引 言当前,大地电磁测深的一维和二维反演技术已相对成熟,并成为实际资料处理和解释中的主要手段。
大地电磁测深数据一维自动反演作者：赵长海来源：《价值工程》2011年第25期摘要：在学科实践中，反演是一种相当普遍的手段。
地球物理反演则是通过对地面、地下、空间，甚至海洋上的观测（地震仪、重力仪、地电及地磁仪）资料进行分析计算，来推断地球内部介质的地震波速度、密度、电导率等参数的分布，从而得到地球内部介质分布的二维或三维结构图像。
本文根据阮百尧教授在其“电阻率激发极化法测深数据的一维最优化反演方法”一文中所述，导出了在大地电磁测深中与电阻率测深一维最优反演相似的反演方法，通过自动迭代反演出地下模型参数。
计算表明，这是一种快速和实用的自动反演方法。
Abstract: In practice, inversion is a method used widely. Geophysics inversion deduces the distribution of seismic-wave speed, density, conductivity and so on in earth interior, then obtains the 2D or 3D structure images for the distribution of earth interior medium, by analyzing the observed date on surface, in subsurface and in space, even on the sea. Referring to the correlate articles by Profession Ruan B.Y, Derived in the magnetotelluric sounding and resistivity sounding similar to the one-dimensional inversion method optimal inversion, Inverted through the automatic iterative model parameters. Calculations show that this is a fast and practical method for the automatic inversion.关键词：大地电磁测深；水平层状；一维正反演；快速反演Key words: magnetotelluric sounding；horizontal layered；1D forward and inversion；rapid inversion中图分类号：P631.3文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）25-0285-020 引言对于简单的地电模型（一维）一般能够计算其解析解。
引言
20世纪50年代初，苏联学者吉洪诺夫和法国学者卡尼亚的经典著作奠定了大地电磁测深法（MT）的基础。
它是利用大地中频率范围很宽（44 10~10 Hz）广泛分布的天然变化的电磁场，进行深部地质构造研究的一种频率域电磁测深法。
由于该法不需要人工建立场源，装备轻便、成本低，且具有比人工源频率测深法更大的勘探深度，所以除主要用于研究地壳和上地幔地质构造外，也常被用来进行油气勘查、地热勘探以及地震预报等研究工作。
几十年来，由于大地电磁测深法具有以下几个优点：不受高阻屏蔽，对低阻分辨率高；不用人工供电，勘探成本低且工作方便；勘探深度范围大。
使大地电磁法在矿产勘探及普查、地壳岩石圈电性结构研究、海洋地球物理勘探、地热勘探、能源勘探、隐伏岩溶水结构、天然地震预测等都扮演着至关重要的角色。
大地电磁也存在一些缺点，比如在实际应用的过程中整理后的数据存在分散的情况；频率范围不够宽，特别是缺少高频成分，受噪音影响大信噪比低；所需观察时间长，致使野外工作效率低。
随着基础理论、技术手段、仪器设备的不断完善和发展，进一步改进和解决这些问题，才能将大地电磁法更好的应用于生产服务当中。
本文主要研究了大地电磁法一维正演的理论推导、matlab软件算法的实现、典型模型的正演计算以及相关结论和一些问题。
理论计算
吉洪诺夫和卡尼亚提出了假设并论证了以下几点：①将场源近似地看为平面电磁波垂直入射大地。
②引入波阻抗的概念（Z=E/H），表征地球电性分布对大地电磁场的响应。
③利用单点大地电磁场观测研究地球电性分布是可能的。
视电阻率概念是从均匀介质中电阻率和波阻抗关系引申出来的。
在均匀介质中有：
ρ=
1
ωμ
|Z|2
借用这一关系式，把非均匀介质的地面波阻抗代入上式，称相应的电阻率为视电阻率，用ρT表示：
ρT=1
ωμ|Z
1，n
|2（1）
式中波阻抗的第二个脚码表示层状介质总的层数，第一个脚码表示波阻抗所在层面位置的编号，Z1,n表示n层介质情况下第一层顶面处的波阻抗。
通常，视电阻率ρT不是介质的真电阻率，它是介质电阻率的综合反映，并和电磁波的周期（或频率）有关，因为不同周期电
磁波的穿透深度不同，当频率很高时，由于趋肤效应，电磁波只能集中在第一层ρ1介质中，电磁场不受下伏岩层电阻率的影响，这时视电阻率ρT=ρ1。
随着电磁波信号周期的增大，它的穿透深度也增大，视电阻率值将受到深部介质电阻率分布的影响。
引入波阻抗的定义: Z= E/H对于第m层的波阻抗有:
Z m=E x(Z m)
H y(Z m)=−iωμ
K m
A m e k m z m+Be k m z m
K m(A m e−k m z m−Be k m z m)
（2）
Z m+1=E x(Z)
H y(Z)=−iωμ
K m
A m e k m z m+1+Be k m z m+1
K m(A m e−k m z m+1−Be k m z m+1)
（3）
波阻抗在分界面上是连续的,任一层底界面的波阻抗等于其下层相邻介质顶界面的波阻抗,因而可转换为求解同一层顶面和底面波阻抗之间的关系。
假定第m层顶面深度为Z m,底面深度为Z m+ 1,联立以上两式可得递推公式：
Z m=Z OM1−L m+1e−2k mℎm
1+L m+1e−2k mℎm
（4）
L m+1=Z om−Z m+1
Z om+Z m+1
（5）
Z n=Z om=−iωμ
k n
（6）
Z m+1−Z m=ℎm(m=1,2,3,···,n-1) （7）
ρT=1
ωμ
|Z i,n|2 （8）典型模型正演计算
根据大地电磁法一维正演的理论推导，参考相关文献和程序，编程出计算大地电磁法一维正演的Matlab程序，如图1所示。
图1 大地电磁法一维正演的Matlab程序
三层水平地层上的正演模拟
三层断面的视电阻率函数表达式为：
ρT=f(ρ1,ρ2,ρ3,ℎ1,ℎ2,T)
视电阻率曲线以ρT的数值ρT/(Ω.m)为纵坐标，以数值T/s为横坐标绘在双对数坐标系上。
（1）H型：指ρ1>ρ2<ρ3型地电断面的曲线。
H型曲线的ρT值先增大后减小再增大，曲线左支趋近于第一层电阻率值，曲线右支趋近于第三层电阻率值。
图2 H型地层视电阻率测深曲线
ρT/(Ω.m)：1500，400，3000，h/m：100，500
（2）K型：指ρ1<ρ2>ρ3型地电断面的曲线。
K型曲线的ρT值先减小后增大再减小，曲线左支趋近于第一层电阻率值，曲线右支趋近于第三层电阻率值。
图3 K型地层视电阻率测深曲线
ρT/(Ω.m)：400，1500，400，h/m：100，500
（3）A型：指ρ1<ρ2<ρ3型地电断面的曲线。
A型曲线的ρT值先减小再增大，曲线左支
趋近于第一层电阻率值，曲线右支趋近于第三层电阻率值。
图4 A型地层视电阻率测深曲线
ρT/(Ω.m)：400，1500，3000，h/m：100，500
（4）Q型：指ρ1>ρ2>ρ3型地电断面的曲线。
Q型曲线的ρT值先增大再减小，曲线左支趋近于第一层电阻率值，曲线右支趋近于第三层电阻率值。
图5Q型地层视电阻率测深曲线
ρT/(Ω.m)：3000，1500，400，h/m：100，500
不同层厚度对曲线的影响
图6 不同h2层厚度的正演曲线
这里以K型曲线为例，我们保持模型的各层电阻率不变，只改变第二层地层的厚度，通过图6，我们可以看到，第二层厚度越厚，曲线越接近真实模型电阻率。
结论及问题
本文设计了几个模型参数，经过正演计算以及matlab成图，验证了程序的正确性，通过整个过程的实践，对大地电磁一维正演有了全新的认识。
另外通过改变模型参数，深刻理解了模型参数变化和正演曲线的相关关系，对大地电磁的学习大有裨益。
在编写完程序实际应用中，通过改变模型参数以及时间参数，发现了一点问题，那就是高频时程序不适用。
图7 低频时对比第一篇文章，适用（左图别人的，右图我画的）
程序不能对高频有效正演（10hz以上）
我估计是这个解析式的固有问题
图8 低频时对比第二篇文章，不适用（左图别人的，右图我画的）
参考文献
[1]王亮. AMT正反演算法设计与软件开发[D].中南大学,2013.
[2]袁伟. CSAMT一维正反演与场源效应研究[D].成都理工大学,2013.
[3]李亭亭. 垂直线源井地电磁法一维正演及勘探深度研究[D].吉林大学,2013.
[4]李斌,郭嵩巍,郑凯,刘云. 基于MATLAB的大地电磁测深正反演实现——以层状一维介质的正演和阻尼最小二乘法反演为例[J]. 内蒙古石油化工,2010,09:35-36.
[5]胥珍. 可控源音频大地电磁一维正反演研究[D].成都理工大学,2014.。
