FDTD方法下有耗色散地质介质中电磁波传播特性研究与影响分析

本文主要探讨了有耗色散地质介质中电磁波传播特性的数值分析方法，特别关注三维时域有限差分法(FDTD)的应用。FDTD是一种广泛应用于电磁波场计算的数值方法，最初由Yee在1966年提出。然而，对于色散介质，如土壤这样的地质环境，其介电常数与频率相关，导致在时域内的本构关系表现为卷积形式，这使得直接应用FDTD方法处理变得复杂。 为了克服这一挑战，作者提出了一种创新的方法，即将色散介质的本构关系和场量关系通过数学变换直接转化为时域微分方程，从而导出适用于一般色散介质的FDTD计算公式。这种方法不仅考虑了介质的色散效应，还结合了完全匹配层(PML)吸收边界技术，这是一种有效处理开放边界的数值技术，可以减少反射误差，提高计算精度。 通过数值计算，作者发现介质色散对电磁波的传播产生了显著影响：它会使电磁脉冲在传播过程中波形展宽、位相滞后、幅度减小。这种色散效应在实际的电磁探测中是不可忽视的，因为如果在处理数据时忽略了色散，可能会导致解释结果的不准确。因此，作者强调了在电磁探测数据处理和解释中，必须考虑到色散的影响，以提高数据解释的精确度。 本文的研究成果对于地球物理探测中的电磁法具有重要意义，特别是对于需要考虑复杂地质介质色散情况的应用，如土壤电阻率测量或地下结构分析。通过本文的工作，科研人员和工程师可以更好地理解和模拟色散介质中电磁波的传播行为，从而优化电磁探测技术，提升地质勘探的科学性和准确性。