分層介質電磁場計算和MATLAB實現（簡體書）

本書討論的是分層介質中電磁場的求解問題。

本書應用部分主要涉及海洋電磁法在探測深海油層的應用，而作者本人參加了這項世界前沿技術的建立和發展的全過程，所以本書對該問題的探討是極為深刻和透徹的。

本書在很多問題的處理上有獨到之處，如Hankel變換的估值方法，作者本人正是該方法的創始人。

另外，本書的重要特點之一是在討論理論的同時提出了詳細的計算過程，提出的程序除了考慮到幫助學習理論外，還考慮到實用性，讀者在修改一些模型參數後就能解決一些使用問題。

孔凡年教授是近年來廣受關注的海洋電磁法探測深海石油的創始人之一。他1966 年畢業於西安電子科技大學，1978 年被錄取為中科院研究生，1980 年至 1983 年在英國劍橋大學工程系攻讀博士並獲得博士學位，回國後到中科院電子所工作。1989 年至 2009 年，在挪威地質技術研究所（NGI）工 作。他是近年來獲得廣泛重視的海洋電磁法探測深海石油(Seabed Logging)的創始人之一。他作為發明人之一的有關 Seabed Logging 的幾項專利是用海洋電磁探測深海石油的服務公司的重要技術基礎。由於孔凡年和他的同事在海洋可控源電磁方面的工作，NGI 在 SEG(勘探地球物理學家協會)2007年年會上被授予卓越成就獎。他是步進頻率式探達的早倡導者和使用者之一，是第 9、10、11、14 屆國際探達大會的技術委員會成員或主席團成員。同時，在 2002 年被聘為日本東北大學訪問教授，2009 年被聘為吉林大學、同濟大學客座教授，浙江大學客座研究員。

海洋電磁法探測深海石油創始人之一孔凡年教授從理論和編程兩方面闡述分層介質電磁場計算問題，兼具理論性與實用性，是勘探地球物理專業研究者，以及計算電磁方法學習者的教材及案頭書。

本書討論的是分層介質中電磁場的求解問題,分層介質指的是介質的電磁參數只 在一個特定的方向上有變化.許多應用問題都可以歸結為分層介質的問題,例如大地 模型就經常可以用分層介質來表示.因此,計算分層介質電磁場問題具有重要的應用 背景.而且,由於分層介質問題有解析解,它又是電磁場數值解法的基礎,可以用於檢 驗數值解法的正確性.

章討論了電磁場基本理論.這一章的目的是用短篇幅介紹以後幾章所需的 電磁場內容,例如,平面分層介質反射系數的計算、三維格林函數的表示等.根據電磁 場理論,三維格林函數可以表示為平面波展開後再作一次 Hankel變換,這個表示法 用於求解平面分層介質問題.三維格林函數也可以表示為柱面波展開後,再作一次 Fourier變換,這個表示法用於求解柱面分層介質問題.因此,Hankel變換和 Fourier 變換的計算是分層介質中電磁場求解問題的重要部分.

書中討論了兩種情況下的分層介質:一種是平面分層介質,即電磁參數只沿直角 坐標中的某一軸(本書中假定為z軸)方向變化;另一種是柱面分層介質,即電磁參數 只沿柱坐標中的ρ軸方向變化.平面分層介質問題的理論和算法,及其在海洋電磁中的應用,分別在第二章和第三章中進行討論;而柱面分層介質問題則在第四章中進行 討論.如果說平面分層介質是一維介質,那麼將其推廣為二維介質就可適用於更多應用 情況.二維介質的情況不再有解析解,必須用數值法求解.因此,本書的第五章和第六章討論用有限元方法求解二維情況(二維介質和無限長線源)和2.5維情況(二維介質 和有限長線源)的算法.本書把平面分層介質中具有二維目標的情況看成是平面分層 介質問題的擴展. 第七章討論了在有耗介質情況下計算 Hankel變換和 Fourier變換的一種有效方 法.這種方法的常規名稱是“基於濾波系數的算法”,而我認為稱之為“基於指數采樣值 的算法”可能更為貼切.

本書內容中若干理論問題已在一些有名的專著裡得以討論,例如有關平面介質電 磁場的問題可見J.A.Kong的著作(Kong,1990;孔金甌,2003).對於有限元方法等 數值解法,可見J.Jin的著作(金建敏,1998;Jin,2002,2010).讀者應學習這些專著 以加深對理論的理解,而本書的特點在於討論理論的同時提出詳細的計算過程(或程 序).我認為,具體動手算一算就會發現自己是否對理論有真正的理解.所以動手算是深入學習理論的必要的一步.而講述這一步,即從理論到算出結果的著作較少,這是寫作本書的主要理由.本書提出的程序,除了考慮到幫助學習理論外,還考慮到實用性. 希望讀者在修改一些模型參數後就能解決一些實用問題.

前言

章 電磁理論基礎

第二章 平面分層介質中點場源的輻射場計算 - 1.5維問題

第三章 應用：可控源電磁法用於海底油氣層探測

第四章 電磁波在圓柱面成層介質裡傳播

第五章 有限元方法 （二維情況）

第六章 有限元方法 （2.5維情況）

第7章 Hankel 變換積分估值 - 估值濾波器原理和設計程序