瞬变电磁法正演计算进展

详细介绍了瞬变电磁法正演计算的方法、现状和发展趋势.瞬变电磁法一维正演计算需要将电磁场从频率域转换至时间域,转换方法有三种,分别是Gaver-Stehfest算法、余弦变换和Guptasarma算法.在这三种方法中,使用较多的是Gaver-Stehfest算法和余弦变换,Gaver-Stehfest算法速度较快,但精度不及余弦变换.瞬变电磁法的数值模拟主要集中于2.5维和三维,使用的数值计算方法有积分方程法、有限差分法、有限单元法和SLDM法.积分方程法主要在三维数值模拟中使用,现已很少使用;有限差分法和有限单元法是目前瞬变电磁法2.5维和三维数值模拟的主要方法;SLDM法主要应用于三维数值模拟.我国瞬变电磁法正演计算成果主要集中在回线源激发的瞬变电磁场一维数值计算和利用有限单元法进行2.5维和三维数值模拟.瞬变电磁法正演计算的发展趋势有:数值算法的改进、提高计算效率和研究地形对瞬变电磁场的影响规律.     

2.5维起伏地表条件下频率域地空电磁正演模拟

频率域地空电磁探测方法是指在地面布设人工场源,在空中测量电磁场的一种高效的地球物理勘探技术.该方法具有大范围、高通过性、快速测量的优势,尤其适合崎岖山地、沙漠、沼泽、海陆交互带等复杂地貌区域的资源勘查.但是这些地区的地形起伏通常较大,因此分析地形对地空电磁响应的影响具有重要意义.本文利用有限元法对频率域地空电磁响应进行了正演计算,分析了起伏地表条件下的频率域地空电磁响应特征.首先利用傅里叶变换将2.5维问题转化成二维问题,利用伽辽金加权余量法推导了相应的离散有限元方程组.采用任意四边形单元对区域进行不均匀网格剖分,源和异常体附近网格加密处理,保证计算精度,远离目标区域网格逐渐稀疏,模拟无穷远边界,降低对计算资源的要求.在单元内进行插值,将有限元方程组变换为线性方程组,采用总场算法,利用具有一定面积的伪δ函数表达源电流分布,源项近似为分布在以电偶极源为中心的25个节点上.通过求解线性方程组得到波数域电磁响应,再对波数域电磁场响应进行反傅里叶变换从而获得空间域2.5维频率域电磁场值.通过对比2.5维正演结果与均匀半空间解析解,验证了本文算法的精度,同时本文还对地空电磁场与地面电磁场的响应特性进行了对比.     

大回线源内三维地形对电磁响应影响研究

我国地质地形条件复杂多样,地形效应研究与影响校正是电磁勘探数据处理与解释中的重要问题,忽略地形影响将造成数据解释的较大误差.为了避免复杂的地形效应,实际勘探中尽量将发射源与接收点布置在地形平缓处,但源内仍然可能存在水坑、空洞等小型地形对电磁响应造成一定影响.本文基于有限元法实现了频域、时间域电磁法三维数值模拟,构建了大回线源内含凹陷地形的多种勘探场景,分析了地形尺寸、填充介质变化对电磁响应的影响规律.文中通过与均匀半空间解析解、前人的块状高导体模型的数值结果对比,验证了基于有限元法的频域、时域电磁法三维正演的正确性和精度.在矩形回线源内构造了不同尺寸的凹陷区域,将凹陷区域填充空气、雨水介质模拟空洞和水坑,以均匀半空间响应为参考,定量考察了空洞、水坑对电磁响应的影响程度.研究表明,回线源内地形对电磁响应的影响主要反映在较高频段和时间域早期,水坑对电磁响应的影响显著高于空洞,在实际勘探中,应尽量避开水坑,而存在较小空洞时,可忽略地形效应.     

基于全区视电阻率的线源FCSEM二维正演模拟

频率域可控源电磁是在大地电磁测深的基础上发展起来的一种人工源电磁测深法,其二维电磁响应的计算须采用数值模拟方法.本文以Matlab为程序编译工具,采用双二次插值的有限单元法,推导出相应的计算公式.为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下设计了非均匀网格剖分.在程序编制中,只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间.针对频率域可控源电磁法中卡尼亚电阻率在过渡区和近区畸变的问题,给出了全区视电阻率的迭代公式,并对典型的一维层状模型以及简单二维模型进行了计算.过渡区和近区数据经过校正后,可以正确反映出模型的地电特征,证明了线源下近区勘探的可能性.     

基于有限差分正演的带地形三维大地电磁反演方法

本研究实现了一套基于有限差分（FD）方法的大地电磁测深数据带地形三维反演算法及代码.其中,在大地电磁场正演数值模拟方面,开发了起伏地形条件下基于交错网格剖分、有限差分方法的大地电磁测深三维正演代码;在满足平面波场假设的前提下,使用长方体网格剖分模拟三维起伏地形,实现了带地形三维正演计算;并设计理论模型进行试算,经试算结果与前人的有限元法计算结果对比,验证了所研发的带地形三维正演计算的正确性与可靠性.在反演方面,本研究基于非线性共轭梯度方法编写了大地电磁测深带地形三维反演代码,试验了不同的共轭梯度搜索因子β,避免了目标函数对海森矩阵（参数二次导数矩阵）的显式计算和存储,初步实现了大地电磁资料的带地形三维反演.最后,对一系列理论模型进行正演计算,利用其生成的合成数据模拟实测数据进行反演,并与现有的不带地形大地电磁测深三维反演结果比较,检验了所研发的带地形三维反演计算的可靠性与稳定性.     

2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟

本文实现了2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟.利用傅里叶变换导出了电导率正交各向异性2.5维海洋可控源电磁法波数域电磁场耦合方程,采用伽里金加权余量法推导了相应的有限元方程;采用任意四边形单元对研究区域进行剖分,在单元中进行双二次插值,将有限元方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组并进行反傅里叶变换获得空间域电磁场值.这个方法可以模拟海底起伏地形条件下地下任意形状电导率正交各向异性的复杂模型.与一维模型的数值模拟结果对比表明,电磁场数值解与解析解吻合.二维模型的计算结果与二维自适应非结构有限元模拟结果也吻合.水平海底二维地电模型考察了不同各向异性系数对海洋可控源电磁响应的影响特征.海底起伏地形地电模型的数值结果表明,电导率各向异性对海洋可控源电磁响应影响明显,有可能淹没海底地形和高阻油气藏引起的异常.     

基于Lorenz规范条件下磁矢势和标势耦合方程的频率域电磁法三维正演

为了克服空气层和地表耦合以及避免一次场计算,开发适合不同类型场源、不同应用范围的频率域三维正演模拟统一平台,本文从麦克斯韦基本方程出发,推导基于Lorenz规范条件的磁矢势和标势耦合方程;通过将不同类型场源分解成一系列短导线(电性)源组合,采用交错网格采样和有限体积技术对方程进行离散得到对称大型稀疏线性方程组,并采用Jacobi迭代预处理QMR(Quasi-Minimum-Residual,拟最小残差)算法进行求解,我们成功实现不同类型场源、不同应用范围的频率域电磁法三维正演模拟.通过层状模型下大地电磁法以及有限长接地导线和大回线磁性源激发下的电磁场响应模拟,并与一维解析解对比验证算法的有效性.进而,我们利用该算法平台的模拟结果对典型地电模型在不同场源激发下频率域电磁法响应特征进行对比分析.本文算法研究及实现为建立频率域电磁法三维正反演统一框架打下基础.     

有限元直接迭代算法及其在线源频率域电磁响应计算中的应用

采用有限元直接迭代算法实现了线源频率域测深电磁响应的二维正演计算. 首先给出了线源正演问题的有限元直接迭代格式,然后由迭代法进行求解. 在处理奇异源问题上,采用向内递推的组合网格技巧,在源点附近可进行局部加密,并实现粗细网格的对接,从而较好地解决了奇异源附近的计算问题. 还提出一种迭代求取全区视电阻率的方法,避免了远近区的划分. 通过对均匀半空间、层状介质和二维模型电磁响应的计算,获得了与大地电磁测深相似的视电阻率曲线,验证了算法的正确性;通过对计算结果的分析,在理论上说明了线源频率域近区测深的可行性.     

定源TEM数据随偏移距变化特征模拟研究

利用在频率域中表达式只有一重贝塞尔函数的偶极子及其剖分模式,将回线源剖分成多个偶极子的矢量叠加,通过数字滤波法实现对其求解,求得频率域电磁场,再由余弦变换将频率域电磁场转化到时间域,实现定源瞬变电磁法大偏移距一维正演计算.对测点在回线源内部所采集二次场随不同偏移距的变化特征,以及在不同地电模型条件下的变化特征进行了模拟研究,发现与中心点相比二次场的变化主要集中在早期,即随着介质电阻率的降低、回线源的增大和偏移距的增大,变化就越大.采用带约束的正则化反演方法,同时对反演电阻率值采用可行的上下限约束方法,可以消除此变化特征,还原地层电性变化规律,提高处理精度.     

双轴各向异性介质中回线源瞬变电磁三维拟态有限体积正演算法

采用模拟离散的有限体积法实现了双轴各向异性地层回线源瞬变电磁三维正演.首先引入内积定义,采用自然边界条件,将瞬变电磁法的控制方程转化为弱形式表示.将计算区域划分为一系列的控制体积单元,采用交错网格对控制方程进行模拟有限体积空间离散,包括旋度算子离散和空间内积离散.基于斯托克斯定理的旋度积分定义公式实现旋度算子离散.中点平均实现电导率双轴各向异性的空间内积离散,从而得到离散化的控制方程.时间步迭代采用无条件稳定的欧拉后向差分格式.并通过均匀全空间中稳定电流回线源的磁场解析表达式得到回线源初始时刻的电磁场分布.为了同时保证计算精度和效率,本文采用分段等间隔的时间步迭代,利用直接法求解器PARDISO实现其快速求解.最后通过对比层状模型和各向异性半空间模型的正演计算结果,验证了本文算法的计算精度和计算效率;计算三维双轴各向异性模型的正演响应可知,水平方向电导率变化对电磁响应产生显著影响,而垂直方向的电导率变化对电磁响应几乎没有影响.产生这一现象的主要原因是回线源产生的感应电流主要是水平方向的,因此响应主要受到水平方向电导率的影响,垂直方向的电导率影响很小.     

山西大同数字遥测地震台网记录的震相特征

从地球及地壳的分层结构出发，使用较成熟的理论，从地震波传播的基本原理入手，结合多年的震相观察分析工作实践，选取了山西大同数字遥测地震台网近年来的一些典型震相进行了分析，得出本台网记录到震中距小于100km的地方震震相有Pg，P11，Sg，S11震中距在100km～500km的近震震相有Pn，Pg，P11，Sn，Sg,S11对比分析了在本台网内及周边地区发生的爆破与天然地震在震相上的差异性，并对其特征作了较详细的描述。     

江西省地震局虚拟专用网(VPN)建设

叙述了在FreeBSD环境下构建基于PPTP的VPN网关的过程和技术，分析了基本概念、实现方式以及在江西省地震信息网的实际应用等。     

Methods of Investigation of the Metabolism of Anaerobic Microorganisms

At present the development together with an intensification of anaerobic processes calls for methods of observation and control. It is very important to know intermediate metabolites of anaerobic microorganisms and the activity of methanogenic ones. Presented analytical methods are GLC analyses of lower fatty acids, alcohols, aldehydes and ketones and components of biogas. The chromatography using steam as a mobile phase is also mentioned. The method of determining the fluorescent coenzyme F₄₂₀ was tested and modified. This coenzyme is specific for methanogenic microorganisms and is closely linked with their activity. The determination of the total activity of the hydrogenase system of anaerobic microorganisms by means of the rate of the consumption and evolution of molecular hydrogen was also presented. The applicability and effectivenes of these methods were verified on natural samples. All the methods mentioned above give satisfactory results with available equipment, materials and techniques.     

Evaluation of Negative Economic-Environmental Externalities of Overextraction of Groundwater

In recent decades, increased extraction of groundwater for human and agriculture consumption has led to a substantial drop in groundwater level in large areas of across the world. Declining groundwater levels is a serious problem in itself and has multiple economic, social, cultural, political, security-related, and environmental externalities. The negative economic-environmental externalities of overextraction of groundwater in the Orzouiyeh plain in the Kerman Province, Iran, were evaluated using methods such as replacement cost, production function, market prices, shadow price, and the value of the input marginal product. After evaluating externalities, the Positive Mathematical Programming method was used to evaluate different water policies to reduce the consumption of groundwater. The total economic losses due to the externalities were calculated to equal 2.8 U.S. million dollars. The damages caused by environmental externalities were calculated to equal 436.1 U.S. million dollars. The results related to the positive planning model show that the best policy among different options, such as deficit irrigation policy or combined policies, involves implementation of pressurized irrigation systems.     

兰州地震研究所发展的三段历史回顾

对兰州地震研究所的三段历史作回顾,分别为国家地震局、中国地震局兰州地震研究所的体制沿革变迁,中国科学院地球物理研究所;中国科学院兰州地球物理研究所观象台早期创建;兰州地震研究所硕士点早期阶段。     

Correction of twilight measurements of influence of night sky

Studia Geophysica et Geodaetica -     

淋巴结结核的影像学表现特点分析

目的:分析淋巴结结核的CT和MRI表现特点,并与病理学对照,探讨两种检查方法的应用价值。方法:回顾性分析2010年1月至2014年12月间34例经手术、穿刺病理或临床证实为淋巴结结核患者的CT或MRI影像学资料,分别从生长方式（融合/非融合）、边缘（光滑/欠光滑）、境界（清晰/欠清晰）、密度及信号、增强后强化方式（均匀/不均匀/环形规则/环形不规则）这5个方面对所受累淋巴结进行分析。结果:34例患者中共累及223枚淋巴结,其中颈部淋巴结67.7%,纵隔内淋巴结27.7%,肺门淋巴1.8%,肺内淋巴结0.5%,腹腔淋巴结0.5%,腹膜后淋巴结1.8%。所有受累淋巴结中,8.5%呈融合性生长,83.9%形态规则,79.4%边缘光滑。CT上发现的171枚病变淋巴结以等密度较多（53.8%）、低密度次之（43.3%）,MRI上发现的66枚病变淋巴结中98.5%为等T1长T2信号。所有CT及MRI观察到的病变淋巴结中,除57%的病灶密度或信号均匀外,仅伴钙化的为12.6%,仅伴部分坏死的26.9%,另外有3.6%同时伴钙化及坏死;增强扫描的204个病变淋巴结中,1%钙化显著、未见明显强化,38.7%均匀强化,伴坏死者内见不强化的低密度区,11.3%呈环形规则强化（均位于颈部）,8.3%环形不规则强化（纵隔内82.4%）,5.9%可见病变淋巴结内有分隔样强化（均位于颈部）。结论:CT与MRI对于淋巴结结核具有重要诊断价值,两者均能清晰显示病变部位、形态以及边缘情况,MRI对于病变边缘及周围情况显示较CT更明确,尤其是增强后,对于包膜及邻近组织受累情况的显示也更加敏感。