مهندسی معدن

پایان نامه ژئوفیزیک:بهبود مدل­سازی معکوس داده­های الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس با تعیین مدل­اولیه مناسب و اعمال قید­های عمقی و هموارساز

دانلود متن کامل پایان نامه

دانشگاه شاهرود

دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک

گروه ژئوفیزیک

 

پایان نامه کارشناسی ارشد

 

 

بهبود مدل­سازی معکوس داده­های الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس با تعیین مدل­اولیه مناسب و اعمال قید­های عمقی و هموارساز

 

اکو علیپور

 

اساتید راهنما

دکترعلی نجاتی کلاته

دکتر علیرضا عرب امیری

 تیر 1394

 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چکیده

هدف از انجام این پایان نامه طراحی الگوریتمی برای مدل­سازی یک­بعدی داده­های الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس است. طراحی چنین الگوریتمی مستلزم استفاده از ابزارهای ریاضی برای ارتباط داده­های الکترومغناطیسی و مجهولات مسئله است. این مجهولات شامل مقاومت­ویژه و ضخامت لایه­ها می­باشد. متأسفانه رابطه بین داده­ ها و پارامترهای مسئله کاملاً غیر­خطی است و هیچ رابطه مستقیمی برای تعیین پارامترهای مسئله وجود ندارد، از طرفی تفسیر این داده­ ها یا با بهره گرفتن از منحنی­های استاندارد به صورت دستی انجام می­شود، که در تفسیر داده­های هوابرد به دلیل حجم انبوه داده­ ها امکان­پذیر نیست؛ یا با بهره گرفتن از الگوریتم­های وارون­سازی که بر اساس اصلاح مدل در هر تکرار و کم کردن خطای بین داده­های برداشت شده و داده­های پیش ­بینی شده در الگوریتم استوار هستند؛ قابل تفسیرند. مشکل اصلی این نوع الگوریتم­ها نیاز به یک مدل اولیه نزدیک به مدل واقعی است. پس برای طراحی چنین الگوریتمی ابتدا با مقایسه نتایج روش­های سریع و تقریبی داده­های مدل مصنوعی، که مقاومت­ویژه ظاهری و عمق مرکزی متناظر با آن است، مدل اولیه­ا­ی بر اساس مقاومت­ویژه و ضخامت لایه­ی متناظر با آن تعیین می­شود، سپس این مدل در الگوریتمی وارون­سازی بر پایه تصحیح مدل در تکرارهای متوالی به مدل نهایی همگرا خواهد شد.

در این تحقیق برای وارون­سازی داده­ ها از الگوریتمی مقید استفاده شده است. این الگوریتم با بهره گرفتن از قید هموارساز همگرایی به هموارترین مدل ممکن را تضمین می­ کند، سپس با بهره گرفتن از قید عمقی و محاسبه نسبت ضخامت لایه­ها به عمق قرارگیری آنها همگراترین مدل عمقی به مدل نهایی حاصل می­شود و در نهایت با بهره گرفتن از قید جانبی، که با بهره گرفتن از تفاضل نتایج قیدهای عمقی دو سونداژ مجاور به­دست می­آید؛ همگرایی مدل با در نظر گرفتن تغییرات جانبی حاصل می­شود. لازم به ذکر است، اگر اطلاعات اولیه از لایه­بندی زمین مورد مطالعه و مقاومت­ویژه متناظر با آن در دسترس باشد، این اطلاعات با بهره گرفتن از قید اطلاعات اولیه به الگوریتم وارد می­شود. با بهره گرفتن از مجموع این روش­ها برنامه­ای کاملاً اتوماتیک به منظور مدل­سازی داده­های الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس در محیط نرم­افزار MATLAB تهیه شده است، که ورودی این برنامه داده­ ها و خروجی آن مدل لایه­ای مقاومت­ویژه است.

نتایج استفاده از الگوریتم وارون­سازی مقید روی داده­های مدل مصنوعی حاوی درصدی نوفه تصادفی نشان می­دهد، که استفاده از قیدها در همگرایی به مدل نهایی بسیار مؤثر است و نسبت به الگوریتم­هایی چون مارکوارت- لونبرگ تضمین همگرایی بالاتری دارند. از طرفی نتایج این نوع مدل­سازی روی داده­های مدل مصنوعی که تا حدی توجیه کننده پیچیدگی­های ساختمانی زمین است، نشان می­دهد که این نوع مدل­سازی می ­تواند اطلاعات مفیدی از پیچیدگی­های ساختارهای زیرسطحی نیز فراهم نماید.

در پایان به تفسیر داده­های الکترومغناطیسی منطقه باریکا از استان آذرباییجان غربی، حوالی شهرستان سردشت پرداخته شده است و نتایج مربوط به مدل لایه­ای مقاومت­ویژه، با اطلاعات زمین­شناسی و همچنین مشاهدات مربوط به پیچیدگی­های ساختاری و سطح  آب زیرزمینی در این منطقه مقایسه شده است که عملکرد مناسب این الگوریتم را در مدل­سازی داده­های واقعی نیز تأیید می­ کند.

کلمات کلیدی: الکترومغناطیس هوابرد، مدل اولیه، وارون­سازی، قید هموارساز، قید عمقی و جانبی، باریکا، آذرباییجان غربی.

فهرست مطالب

فصل اول

١-١ مقدمه……………………………………………………………………………………2

1-2 سابقه موضوع……………………………………………………………………. 5

1-3 طرح مسئله و ضرورت تحقیق……………………………………………………………6

1-4 اهداف مطالعه و روش تحقیق……………………………………………………………8

1-5 ساختار پایان نامه …………………………………………………………………10

فصل دوم

2-1 روش­های هوابرد الکترومغناطیسی………………………………….………………. 14

2-2 روش الکترومغناطیسی هلیکوپتری. 14

2-2-1 قوانین پایه. 15

2-2-2 چینش پیچه­ها 16

2-2-3 سیستم­های الکترومغناطیس هوابرد با بال ثابت.. 17

2-2-4 مزایا و معایب روش هوابرد حوزه زمانی (TEM) 18

2-2-5 مزایا و معایب روش هلیکوپتری حوزه فرکانسی (FEM) 19

2-3 تئوری الکترومغناطیس.. 21

2-3-1 معادلات ماکسول. 21

2-3-2 معادلات شلکونوف.. 23

2-4 پاسخ­های میدان مغناطیسی. 24

2-4-1 چشمه VMD. 24

2-4-2 چشمه HMD. 26

2-5 القای الکترومغناطیسی. 26

2-6 پاسخ رسانای مدفون. ………….………………………………………………….31

2-7 رفتار میدان­های الکترومغناطیسی در محیط­های لایه­ای. 34

2-7-1 ضریب بازتاب امواج تخت در محیط­های لایه­ای. 34

2-8 معادله پیشرو الکترومغناطیس هوابرد. 36

2-8-1 حل عددی مدل­سازی پیشرو 39

فصل سوم

3-1 مقدمه.…………..…………………………………………………………………….42

3-2 فرمول­بندی مسائل وارون. 42

3-2-1 مسئله وارون خطی. 43

3-2-2 تخمین­های اندازه بردار خطا 44

3-3  راه حل کمترین مربعات برای مسائل وارون خطی. 46

3-4 حل مسائل غیرخطی و تبدیل آنها به مسائل خطی. 47

    3-5 حل معادلات غیرخطی توسط الگوریتم مارکوارت- لونبرگ.…………………….……….49

3-5-1 روش گوس- نیوتن. 50

3-5-2 روش سریع­ترین کاهش یا روش شیب نزولی. 51

3-5-3 روش مارکوارت- لونبرگ.. 52

3-6 وارون­سازی داده­های الکترومغناطیسی هوابرد حوزه فرکانس ……………………………55

3-6-1 روابط ریاضی وتعاریف مربوط به قیدها 56

3-6-2 وارون­سازی. 60

3-7 آشنایی بیشتر با روش وارون­سازی قیدی داده­ ها 64

فصل چهارم

4-1 مقدمه.…………………………..…………………………………………………….70

4-2 روش­های سریع تفسیر داده­های الکترومغناطیسی. 71

4-2-1 فرمول­بندی پایه. 71

4-3 انتخاب روشی سریع برای تعیین مدل اولیه. 76

4-3-1 تعیین مقاومت­ویژه به روش فریزر 78

4-3-2 تعیین مقاومت­ویژه به روش ماندری. 81

4-3-3 تعیین مقاومت­ویژه به روش سیمون. 84

4-4 تحلیل نتایج به­دست آمده از مدل­های مصنوعی. 87

فصل پنجم

5-1 مقدمه….….…………………………………………………………………………..94

5-2 وارون­سازی داده­های مصنوعی الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس.. 94

5-2-1 وارون­سازی مقید داده­های مصنوعی استاندارد حاوی نوفه. 96

5-2-2 وارون­سازی مقید داده­های مدل مصنوعی با پیچیدگی­های ساختمانی. 103

5-3 وارون­سازی مقید و تفسیر داده­های هوابرد منطقه باریکا 107

5-3-1 پهنه­های برشی منطقه باریکا 107

5-3-2 گسل­ها 109

5-3-3 تحلیل نتایج مدل­سازی داده­های باریکا 113

5-4 برنامه نگاشته شده برای تفسیر داده­های الکترومغناطیسی هوابرد حوزه فرکانس…………..120

فصل ششم

6-1 جمع بندی و نتیجه­گیری……………………………………………….…….………126

6-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………..128

منابع.. 130

پیوست………………………………………………………………………………………..137

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       فهرست شکل­ها 
شکلصفحه
شکل 1-1سیستم برداشت داده­های الکترومغناطیسی حوزه فرکانس…………………………………..4
شکل2-1چینش­های متفاوت پیچه گیرنده و فرستنده.……………………………………………………17
شکل 2-2سیستم برداشت داده­های الکترومغناطیسی هوابرد حوزه زمان……………………………..19
شکل 2-3سیستم برداشت داده­های الکترومغناطیسی هوابرد حوزه فرکانس………………………….20
شکل 2-4شکل شماتیکی که دو بخش از معادله (2-21) را توصیف می­ کند…………………………25
شکل 2-5هندسه حاکم بر مساله میدان مغناطیسی ناشی از یک حلقه دایره­ای…………………….27
شکل 2-6القای مغناطیسی ناشی از جریان در حلقه اولیه روی حلقه ثانویه………………………….28
شکل 2-7القای متقابل در حلقه فرستنده (TX)، گیرنده (RX) و توده رسانا…………………………..31
شکل 2-8رفتار قسمت­های حقیقی و موهومی تابع پاسخ بر حسب پارامتر پاسخ……………………34
شکل 2-9رفتار موج الکترومغناطیسی با قطبش­های TE (الکتریکی) و TM (مغناطیسی) در عبور از محیط­های لایه­ای…………………………………………………………………………….35
شكل 3-1برازش کمترین مربعات یک خط راست……………………………………………………………45
شكل 3-2خط راست برازش شده به جفت های(z,d) که خطا تحت نرم­های  L1، L2 و L………46
شكل 3-3فلوچارت وارون­سازی داده­های الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس در الگوریتمی کاملا اتوماتیک.………………………………………………………………………………………….65
   شکل 4-1پارامترهای تاثیرگذار در برداشت­های HEM.…………………………………………………….75
شکل4-2(الف) مدل مصنوعی سه لایه با ضخامت­های 20و30 متر و بی­نهایت و مقاومت­ویژه­های 50،20و50 اهم متر. (ب) مدل مصنوعی سه لایه با ضخامت­های 20و30 متر و بی­نهایت و مقاومت­ویژه­های 20،50 و20 اهم متر.…………………………………………….77
شکل 4-3نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر (  ).………………………………………………………………………………….79
شکل­ 4-4نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر سنگپیل.……………………………………………………………………………..79
شکل­ 4-5نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر (  ).……………………………………………………………………………..80
شکل­ 4-6

 

نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری فریزر و عمق مرکزی متناظر روش تعمیم یافته سیمون.………………………………………………………80
شکل­ 4-7نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر (  ).………………………………………………………………………………….82
شکل­ 4-8نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر سنگپیل……………………………………………………………………………….82
شکل­ 4-9نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر (  )……………………………………………………………………………….83
شکل­ 4-10نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر روش تعمیم یافته سیمون.………………………………………………………. 

83

شکل­ 4-11نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر (  )…………………………………………………………………………………..85
شکل­ 4-12نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر سنگپیل ………………………………………………………………………………85
شکل­ 4-13نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر (  ).………………………………………………………………………………86
شکل­ 4-14نتایج به­دست آمده از نرم­افزار EM1D با روش مقاومت­ویژه ظاهری سیمون و عمق مرکزی متناظر روش تعمیم یافته سیمون………………………………………………………..86
شکل 4-15نتایج به­دست آمده در محیط نرم­افزار MATLAB با روش مقاومت­ویژه ظاهری ماندری و عمق مرکزی متناظر روش (  ).……………………………………………………………. 

88

شکل 4-16تعیین مدل اولیه بر اساس مقاومت­ویژه متناظر با ضخامت لایه­ها………………………….89
شکل 4-17فلوچارت تعیین مدل اولیه با بهره گرفتن از ترکیب روش­های سریع نیم فضا.­……………….91
شکل 5-1مقطع مقاومت­ویژه حاصل از وارون­سازی به روش اکام (شیرزادی تبار و همکاران، 1390)…………………………………………………………………………………………………….94
شکل 5-2شبه­مقطعی دوبعدی از مدل­سازی مقید لایه­ای…………………………………………………95
شکل 5-3تعیین مدل اولیه با بهره گرفتن از مدل کیفی مقاومت­ویژه، که در اختیار مفسر قرار می­گیرد……………………………………………………………………………………………………………..96
شکل 5-4مدل مصنوعی که تغییرات مقاومت­ویژه با راهنمای رنگی کنار آن مشخص شده است………………………………………………………………………………………………………..97
شکل 5-5مدل اولیه تعیین شده برای مدل مصنوعی شکل (5-4) قسمت الف………………………98
شکل 5-6نتایج مدل­سازی به روش مارکوارت- لونبرگ و خطای عدم برازش مربوط به هر مدل………………………………………………………………………………………………………..101
شکل 5-7نتایج مدل­سازی به روش وارون­سازی مقید و خطای عدم برازش مربوط به هر مدل.………………………………………………………………………………………………………. 

102

شکل 5-8

 

 

الف) مدل مصنوعی مورد مطالعه. ب) ناهنجاری مورد استفاده که پاسخ مدل مصنوعی قسمت الف می­باشد. ج) نتیجه وارون­سازی مقید داده­های مصنوعی و خطای عدم برازش مدل و داده­ها…………………………………………………………………………………… 

 

104

شکل 5-9الف) ناهنجاری مربوط به مدل مصنوعی شکل (5-8) قسمت الف، که هموارسازی شده­اند. ب) نتایج مربوط به وارون­سازی مقید ناهنجاری قسمت الف از شکل (5-9) 

105

شکل 5-10موقعیت استان کردستان و صفحه آلوت در نقشه ایران، موقعیت باریکا در صفحه آلوت………………………………………………………………………………………………………..110
شکل 5-11نقشه زمین­شناسی منطقه باریکا……………………………………………………………………….111
شکل 5-12راهنمای رنگی نقشه زمین­شناسی نشان داده شده در شکل (5-11).…………………….112
شکل 5-13تصاویر مختلف با ارجاع به مختصات عکس­ها در منطقه باریکا بر حسب مختصات طول و عرض جغرافیایی بر حسب درجه ………………………………………………………… 

115

شکل 5-14الف) ناهنجاری مربوط به خط برداشت12870 ب) نتیجه وارون­سازی مقید ناهنجاری قسمت الف………………………………………………………………………………………………..116
شکل 5-15الف) ناهنجاری مربوط به خط برداشت 12910 ب) نتیجه وارون­سازی مقید ناهنجاری قسمت الف………………………………………………………………………………….117
شکل 5-16الف) بزرگنمایی قسمت ب1 از شکل (5-14) ایستگاه­های 1200 تا 1800. ب) بزرگنمایی قسمت ب2 از شکل (5-14) ایستگاه­های 2000 تا 3000. ج) بزرگنمایی قسمت ب3 از شکل (5-14) ایستگاه­های 3000 تا 4200. د) بزرگنمایی قسمت مشخص شده با مستطیل از شکل (5-15) ایستگاه­های 300 تا 1800.………………….118
شکل 5-17وارون­سازی خط برداشت 12870 با نرم­افزار  BGR  …………………………………………119
شکل 5-18وارون­سازی خط برداشت 12910 با نرم­افزار BGR  ………………………………………….119
شکل 5-19اطلاعات مورد نیاز برنامه نگاشته شده در محیط نرم­افزار…………………………………….120
شکل 5-20الف) نیم فضای همگن داده­ ها ب) مدل اولیه تعیین شده…………………………………….121
شکل 5-21الف) منحنی­های داده­های واقعی و مدل اولیه تولید شده در فرکانس­های متناظر. ب) خطای عدم برازش مربوطه.…………………………………………………………………………..122
شکل 5-22نحوه نمایش نتایج مدل­سازی دو پارامتر مقاومت­ویژه و ضخامت لایه­ها …………………122
شکل 5-23نتایج مدل­سازی مقید. ………………………………………………………………………………..123
شکل 5-24نتایج مدل­سازی مقید بهبود یافته …………………………………………………………………123

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول­ها

جدولصفحه
جدول 4-1نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت الف؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومت­ویژه ظاهری فریزر بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روش­های مختلف به­دست آمده است…………………………………. 

 

78

جدول4-2نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت ب؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومت­ویژه ظاهری فریزر بر حسب اهم- متر متناظر، با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روش­های مختلف به­دست آمده است.……………………………………….. 

 

78

جدول4-3نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت الف؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومت­ویژه ظاهری ماندری بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی،  که از روش­های مختلف به­دست آمده است .………………………….. 

 

81

جدول 4-4نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت ب؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومت­ویژه ظاهری ماندری  بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی،  که از روش­های مختلف به­دست آمده است ………………………………. 

 

81

جدول 4-5نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت الف؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومت­ویژه ظاهری سیمون بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، از روش­های مختلف که از روش­های مختلف به­دست آمده است………………………………………………………………………………………………………. 

 

 

84

جدول 4-6نتایج مربوط به مدل مصنوعی شکل (4-2) قسمت ب؛ این نتایج با بهره گرفتن از روش تعیین مقاومت­ویژه ظاهری سیمون  بر حسب اهم- متر، متناظر با نتایج مربوط به عمق مرکزی، که از روش­های مختلف به­دست آمده است .……………………………….. 

 

84

 

 

 

 لینک خرید

پایان نامه ژئوفیزیک:بهبود مدل­سازی معکوس داده­های الکترومغناطیس هوابرد حوزه فرکانس با تعیین مدل­اولیه مناسب و اعمال قید­های عمقی و هموارساز

سایت سبز فایل بزرگترین و جامع ترین سایت مرجع فروش و دانلود پایان نامه های مقطع کارشناسی ارشد می باشد.هزاران فایل پایان نامه ، مقاله ، تحقیق ، پروپوزال ، پروژه دانشجویی و گزارش سمینار با فرمت word (پسوند doc یا docx) و قابل ویرایش با امکان دانلود رایگان دمو (فهرست و فصل اول همه پایان نامه ها در سایت به صورت رایگان در دسترس است تا کاملا با محتویات آن آشنا شوید) سایت سبز فایل امکان خرید پایان نامه را برای دانشجویان و محققان محترم برای استفاده در تحقیقات فراهم نموده است.برای پیدا کردن پایان نامه مورد نظرتان عبارت مورد نظر خودتان را در کادر زیر جستجو کنید:
در ضمن برای راحتی دسترسی ، عناوین همه فایل های مربوط به هر رشته را در یک صفحه گردآوری کره ایم. برای دسترسی به رشته مورد نظرتان از منوی بالای سایت وارد شوید.