基于Julia加速的射频大地电磁法正演模拟与位移电流作用研究

射频大地电磁法(Radio-magnetotelluric, RMT)是浅地表电磁勘探的重要手段之一。由于勘探频段为10~300 kHz,其电磁场传播受地下介质介电常数的影响较大。传统准静态条件下的电磁响应严重制约RMT正演模拟精度,并进一步影响反演成像分辨率。针对这一问题,提出了一种基于Julia并行加速的全电流RMT电磁响应数值模拟方法,利用Julia的分布式计算将各频点的计算发送到不同进程进行求解,从而达到加速计算的目的,同时在计算中考虑位移电流的影响,提升正演的模拟精度。通过计算几种典型高阻/高介电模型的RMT响应,分析并总结了位移电流对射频段电磁场视电阻率及相位响应的影响规律。数值模拟结果表明:当浅部存在高阻覆盖层时,基于准静态假设条件计算的RMT视电阻率和相位响应偏高,且频率越高、覆盖层电阻率越大,响应偏差越大;对于煤炭采空区模型,RMT法能有效反映异常体位置,但忽略位移电流会在采空区及其附近引起较大计算误差;起伏地形的算例表明地形会覆盖地下异常体的RMT数值响应,尤其是地形拐角处;2种不同规模的并行算例对比证明了并行算法的高效性,且随着求解问题规模增大,并行算法效率也随之增大。本文研究提高了RMT的正演速度与精度,为后续快速反演算法的实现奠定基础,数值算例表明RMT法在煤田采空区等实际勘探中具有较好的应用前景。

基于正余弦算法的瑞利波频散曲线反演

瑞利波在工程勘察领域应用广泛,通过反演瑞利波频散曲线可有效地获取地层信息,但频散曲线反演中传统全局优化算法存在收敛速度慢、收敛精度低和易早熟的问题。对此,本文引入一种新的全局优化算法——正余弦算法(SCA)进行瑞利波频散曲线反演研究。SCA基于正余弦函数数学性质,应用多个随机参数和自适应变量调整寻优过程中的探索和开发能力,在获得高精度解的同时还保证了收敛速度以及稳定性。首先利用4个不含噪声模型验证了SCA用于频散曲线反演的可行性;随后往模型中加入15%的随机噪声说明了SCA具有较强的抗干扰能力;接着将SCA与粒子群算法(PSO)进行对比,证明了SCA反演频散曲线能得到高精度和高稳定性的解;最后用冰岛Arnarb?lidi和美国怀俄明地区的地震数据检验SCA处理实际数据的能力。理论模型试算与实测资料分析的结果表明,SCA具有快速、高精度、稳定、实用性强的特点,可有效地应用于瑞利波频散曲线的定量解释。