Airborne electromagnetic (AEM) methods have been more and more widely used in mineral exploration, environmental and engineering studies, and ground water investigation. However, compared with ground-based electromagnetic (EM) methods, such as magnetotelluric or controlled-source EM, AEM methods generally produce large amounts of data, which leads to very costly 3D EM inversions. We have developed a new 3D AEM inversion scheme based on the finite-element method and unstructured tetrahedral local meshes. This is different from the traditional local mesh method in that the traditional method uses regular cuboids for 3D AEM inversions, whereas our scheme uses irregular tetrahedral meshes that can easily accommodate the topography and complex underground structure. Moreover, because we create our local mesh by extracting from part of the global model mesh, the relationship between the local and global meshes is straightforward, so we can easily create a projection of the Jacobian matrix between global and local meshes and rapidly construct the global Jacobian matrix for 3D EM inversions. After formulating the boundary value problem based on the finite-element method, we verify the accuracy of our modeling algorithm by checking against the semianalytical solution for a homogeneous half-space model, and we test our inversion algorithm by running inversions on synthetic and survey data collected over Vesterålen, Norway. The numerical experiments demonstrate that our method can model the AEM responses at high accuracy and recover the subsurface main resistivity structures from synthetic and field data.

中文翻译：

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使用非结构化局部网格对大规模频域机载电磁数据进行 3D 反演

机载电磁 (AEM) 方法已越来越广泛地应用于矿产勘探、环境和工程研究以及地下水调查。然而，与地基电磁 (EM) 方法（例如大地电磁或受控源 EM）相比，AEM 方法通常会产生大量数据，这会导致非常昂贵的 3D EM 反演。我们开发了一种基于有限元方法和非结构化四面体局部网格的新 3D AEM 反演方案。这与传统的局部网格方法不同，传统方法使用规则长方体进行 3D AEM 反演，而我们的方案使用不规则四面体网格，可以轻松适应地形和复杂的地下结构。而且，因为我们通过提取全局模型网格的一部分来创建我们的局部网格，局部和全局网格之间的关系很简单，所以我们可以很容易地创建全局和局部网格之间的雅可比矩阵的投影，并快速构建全局雅可比矩阵用于 3D EM 反演。在基于有限元方法制定边界值问题后，我们通过检查齐次半空间模型的半解析解来验证我们的建模算法的准确性，并通过对合成和调查数据运行反演来测试我们的反演算法采集于挪威 Vesterålen。数值实验表明，我们的方法可以高精度地模拟 AEM 响应，并从合成和现场数据中恢复地下主要电阻率结构。局部和全局网格之间的关系很简单，因此我们可以轻松地在全局和局部网格之间创建雅可比矩阵的投影，并快速构建用于 3D EM 反演的全局雅可比矩阵。在基于有限元方法制定边界值问题后，我们通过检查齐次半空间模型的半解析解来验证我们的建模算法的准确性，并通过对合成和调查数据运行反演来测试我们的反演算法采集于挪威 Vesterålen。数值实验表明，我们的方法可以高精度地模拟 AEM 响应，并从合成和现场数据中恢复地下主要电阻率结构。局部和全局网格之间的关系很简单，因此我们可以轻松地在全局和局部网格之间创建雅可比矩阵的投影，并快速构建用于 3D EM 反演的全局雅可比矩阵。在基于有限元方法制定边界值问题后，我们通过检查齐次半空间模型的半解析解来验证我们的建模算法的准确性，并通过对合成和调查数据运行反演来测试我们的反演算法采集于挪威 Vesterålen。数值实验表明，我们的方法可以高精度地模拟 AEM 响应，并从合成和现场数据中恢复地下主要电阻率结构。因此我们可以轻松地在全局和局部网格之间创建雅可比矩阵的投影，并快速构建用于 3D EM 反演的全局雅可比矩阵。在基于有限元方法制定边界值问题后，我们通过检查齐次半空间模型的半解析解来验证我们的建模算法的准确性，并通过对合成和调查数据运行反演来测试我们的反演算法采集于挪威 Vesterålen。数值实验表明，我们的方法可以高精度地模拟 AEM 响应，并从合成和现场数据中恢复地下主要电阻率结构。因此我们可以轻松地在全局和局部网格之间创建雅可比矩阵的投影，并快速构建用于 3D EM 反演的全局雅可比矩阵。在基于有限元方法制定边界值问题后，我们通过检查齐次半空间模型的半解析解来验证我们的建模算法的准确性，并通过对合成和调查数据运行反演来测试我们的反演算法采集于挪威 Vesterålen。数值实验表明，我们的方法可以高精度地模拟 AEM 响应，并从合成和现场数据中恢复地下主要电阻率结构。在基于有限元方法制定边界值问题后，我们通过检查齐次半空间模型的半解析解来验证我们的建模算法的准确性，并通过对合成和调查数据运行反演来测试我们的反演算法采集于挪威 Vesterålen。数值实验表明，我们的方法可以高精度地模拟 AEM 响应，并从合成和现场数据中恢复地下主要电阻率结构。在基于有限元方法制定边界值问题后，我们通过检查齐次半空间模型的半解析解来验证我们的建模算法的准确性，并通过对合成和调查数据运行反演来测试我们的反演算法采集于挪威 Vesterålen。数值实验表明，我们的方法可以高精度地模拟 AEM 响应，并从合成和现场数据中恢复地下主要电阻率结构。