本书介绍时域电磁探测中地下介质电导率频散特征产生的极化效应、磁导率频散特征产生的磁化效应、空间多尺度非线性和几何分形特征产生的幂律效应（分形维）三种类型的反常扩散现象，采用分数阶物性模型对反常扩散的产生机理进行精准刻画，采用前沿的时间、空间分数阶求解算法实现高精度数值模拟，并介绍基于超导量子传感器的时域探测技术及装备研发，相关研究内容获吉林省科学技术进步奖一等奖。本书聚焦深地矿产资源探测领域，融入量子传感与测量前沿技术，能够为多金属矿产、非常规油气储层等资源探测提供有效的技术手段。本书附有电子彩图，可扫封底二维码查看。
样章试读
目录
- 目录
前言
符号表
1 绪论 1
1.1 反常扩散 1
1.2 分数阶扩散方程 2
1.3 典型分数阶算子 3
1.4 时域电磁探测中反常扩散现象 4
1.4.1 极化效应产生的超扩散 5
1.4.2 磁化效应产生的慢扩散 6
1.4.3 岩石几何结构产生的慢扩散 7
参考文献 9
2 复合多相电介质的时域电磁反常扩散理论 10
2.1 复合电介质的复电导率模型建立与数值计算 10
2.1.1 极化效应 10
2.1.2 极化效应的复电导率模型 11
2.1.3 复电导率模型的数值计算 15
2.2 复合电介质的磁源阶跃激励三维数值模拟 18
2.2.1 Yee氏网格剖分 18
2.2.2 欧姆定律的离散方法 19
2.2.3 基于有限差分法的麦克斯韦方程组求解 22
2.2.4 初始场的加载 24
2.2.5 典型模型的算法验证 25
2.3 复合电介质的电性源全波形三维数值模拟 26
2.3.1 双旋度电场扩散方程构建 26
2.3.2 基于矢量有限元法的控制方程求解 27
2.3.3 任意波形的场源加载 28
2.3.4 典型模型的算法验证 29
2.4 电磁感应-极化效应的电磁响应特征分析 30
2.4.1 复合电介质的电性参数对电磁响应的影响 30
2.4.2 复合电介质几何参数对电磁响应的影响 33
2.4.3 发射-接收参数对电磁响应的影响 36
2.5 小结 40
参考文献 41
3 磁性矿物的时域电磁反常扩散理论 42
3.1 磁化介质的复磁化率模型建立与数值计算 42
3.1.1 磁化效应 42
3.1.2 磁化介质的磁性颗粒分布特征 44
3.1.3 磁化效应的复磁化率模型 45
3.1.4 磁化效应的时域数值计算 49
3.2 基于Chikazumi磁化率模型的超顺磁层磁化效应三维数值模拟 53
3.2.1 有限差分网格剖分与参数设置 53
3.2.2 电磁场控制方程选取及离散 54
3.2.3 三维数值模拟算法精度验证 57
3.3 基于Cole-Cole磁化率模型的多金属矿磁化效应三维数值模拟 59
3.3.1 控制方程的选取 59
3.3.2 Cole-Cole磁化率模型的整数阶逼近 60
3.3.3 基于递归卷积算法的控制方程离散 61
3.3.4 三维数值模拟算法精度验证 63
3.4 时域电磁感应-磁化效应电磁响应特征分析 63
3.4.1 Chikazumi磁化率模型磁化效应特征分析 63
3.4.2 Cole-Cole磁化率模型磁化效应特征分析 67
3.4.3 超顺磁层对低阻异常探测影响分析 69
3.4.4 铁磁性金属矿磁化效应特征分析 71
3.5 小结 73
参考文献 73
4 分形介质时域电磁空间反常扩散理论 75
4.1 分形理论与空间反常扩散 75
4.1.1 分形定义及分形维数 75
4.1.2 分形介质的空间反常扩散现象 77
4.1.3 空间分数阶导数的定义 77
4.2 分形介质的时域电磁电导率建模 78
4.2.1 典型的分形介质 78
4.2.2 规则分形介质的分形几何电导率模型 78
4.2.3 随机分形介质的分形幂律电导率模型 80
4.2.4 分形幂律电导率与空间分数阶欧姆定律 80
4.3 规则分形介质时域电磁反常扩散数值模拟 82
4.3.1 分形几何电导率模型的离散节点构建方式 82
4.3.2 基于无网格法的时域电磁响应二维数值模拟 82
4.3.3 规则分形介质时域电磁反常扩散特征分析 91
4.4 随机分形介质时域电磁反常扩散数值模拟 94
4.4.1 空间分数阶欧姆定律与空间分数阶电磁扩散方程 94
4.4.2 基于有限元法的Riesz空间分数阶时域电磁响应数值模拟 95
4.4.3 随机分形介质时域电磁反常扩散特征分析 99
4.5 小结 106
参考文献 107
5 时域电磁反常扩散探测系统研制 108
5.1 时域电磁反常扩散探测发射技术 108
5.1.1 时域电磁发射系统拓扑 108
5.1.2 电磁发射系统的多参数多波形控制方法 110
5.1.3 电磁发射工程技术 116
5.2 基于高温SQUID的时域电磁反常扩散传感技术 119
5.2.1 SQUID零磁通锁定工作原理 119
5.2.2 磁通调制型读出电路的工作原理及设计 123
5.2.3 前置放大电路设计 125
5.2.4 磁通调制解调电路设计 127
5.2.5 磁通调制型读出电路测试 130
5.3 大动态范围双通道双采样率信号采集技术 133
5.3.1 大动态范围双通道接收系统设计 134
5.3.2 模拟信号调理电路设计 135
5.3.3 基于ARM的接收机数字电路设计 137
5.3.4 接收系统的性能测试 137
5.4 电磁反常扩散探测系统的标定实验 140
5.4.1 磁源多波形组合激励的极化环实验 140
5.4.2 电性源可调关断时间组合激励的极化环实验 142
5.4.3 基于SQUID的反常扩散现象观测实验 144
5.5 小结 147
参考文献 148
6 时域电磁探测电阻率和极化率双参数提取方法 149
6.1 复合电介质模型成像多参数信息 149
6.2 Cole-Cole模型的参数提取方法 150
6.2.1 粒子群优化算法 150
6.2.2 自适应差分优化算法 152
6.3 GEMTIP模型的参数提取方法 160
6.3.1 量子粒子群优化算法 160
6.3.2 基于自适应差分优化的双向长短期记忆网络 162
6.4 复合电介质模型的广义扩散深度计算方法 167
6.4.1 广义扩散深度求解 167
6.4.2 广义扩散深度的近似计算公式 173
6.5 应用实例 175
6.5.1 河南栾川多金属矿探测 175
6.5.2 黑龙江大兴安岭呼中多金属矿探测 178
6.6 小结 180
参考文献 181
京公网安备 11010102004214号