《中国有色金属学报》网络首发论文《复杂几何组合发射源地空频率域倾子测深法三维正演模拟》学术报告

作者及机构
本研究由尹敏、陈辉、邓居智（通信作者）、冯敏、黄家路、余辉、朱俊杰合作完成，团队成员均来自东华理工大学铀资源探采与核遥感全国重点实验室及地球物理与测控技术学院。论文于2025年9月26日在《中国有色金属学报》（The Chinese Journal of Nonferrous Metals）网络首发，DOI编号10.11817/j.ysxb.1004.0609.2025-45648。

学术背景与研究目标
地空电磁法（Semi-Airborne Electromagnetic Method）自20世纪70年代发展至今，在金属矿勘探、水文调查等领域广泛应用。传统单发射源模式存在布设难度大、分辨率有限等问题，而多发射源技术通过信号叠加可增强探测能力。本研究聚焦地空频率域倾子测深法（Semi-Airborne Frequency-Domain Tipper Sounding Method），旨在通过有限体积算法（Finite Volume Method）实现多发射源组合模式下的三维正演模拟，分析其对低阻异常体的响应特征，为野外数据采集提供理论支持。

研究流程与方法
1. 理论模型构建
- 控制方程推导：基于Lorenz规范条件，建立磁矢势A与标势φ的耦合方程（式4-5），通过有限体积法离散化，采用拟最小残差算法（QMR）求解大型稀疏矩阵（式12）。
- 发射源建模：设计单发射源、平行异向/同向双源、“环”型四源四种组合模式（图3、10、14、18），发射源长度1km，电流20A，频率范围8Hz-8192Hz（对数间隔分布）。

1. 算法验证

   • 以均匀半空间模型（电阻率100Ω·m）为例，对比一维与三维正演结果（图4）。磁场三分量（Hx、Hy、Hz）实部与虚部响应误差均%，验证算法准确性。
     

2. 三维响应分析

   • 低阻异常体模型：设计2km×2km×300m的低阻体（1Ω·m），埋深100m，围岩电阻率100Ω·m。通过有限体积网格加密处理异常体边界区域（图5）。
     
   • 单发射源响应：垂直磁场Bz在异常体边界（x=±1km）呈“W”形低值突变；倾子Tx、Ty分量在128Hz时边界处相对异常达90%（图6-9）。
     
   • 多发射源对比：
     
     • 平行异向双源：增强Bz幅值，Ty分量异常更显著，削弱阴影效应假异常（图11-13）。
       
     • “环”型四源：Ty分量幅值提升数个数量级，响应呈“M”形，中心区域相对异常>80%，精准圈定异常体边界（图19-21）。
       

主要结果与逻辑关联
- 单发射源模式下，倾子对电性不连续界面敏感，但存在阴影效应干扰（图7-9）。
- 多发射源通过信号叠加增强有效异常：平行异向双源突出边界响应（图12），四源组合则形成封闭异常区域（图20），且中心位置响应显著提升（图21）。
- 相对异常分析（式13）表明，多源模式可降低单源布设难度，同时提高数据质量（幅值增强、假异常抑制）。

结论与价值
1. 科学价值：
- 提出基于Lorenz规范势耦合方程的三维有限体积算法，为多源地空频率域倾子测深提供高效数值模拟工具。
- 证实多发射源组合可优化信号强度与分辨率，为复杂地形区勘探提供新思路。

1. 应用价值：
   
   • 平行异向双源适合边界识别，“环”型四源适用于全方位异常体定位，指导野外发射源布设方案设计。
     

研究亮点
- 方法创新：首次实现多发射源地空频率域倾子测深三维正演，开发基于QMR算法的稀疏矩阵求解器。
- 工程意义：通过多源组合削弱阴影效应，提升低阻体（如金属矿、含水岩溶）探测精度。

其他价值内容
- 研究受国家科技重大专项（2024ZD1002207）、云南省重点研发计划（202303AA080006）等资助，体现其在深部资源勘探领域的战略意义。
- 附录包含27篇参考文献，涵盖TURAIR、GREATEM等经典地空系统及多源电磁法理论，为后续研究提供完整技术脉络。