基于异常复电位2.5维CR有限元数值模拟

论述了基于异常复电位2.5维复电阻率法的正演计算技术。首先给出了二维地电断面、三维交流双点电源复电阻法的变分问题;然后利用有限单元法求解变分问题,在矩形网格中增加2条对角线形成三角网格对研究区域进行剖分,在单元中对复电位和岩、矿石复电导率进行线性插值,将变分方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组,得到各节点的异常复电位值,并根据选定的测量装置计算出地表的视复电阻率,进而计算出复电阻率的振幅、相位或复电阻率的实、虚分量。通过理论模型的计算检验算法的有效性后构建模型算例,给出了其不同测量装置下的计算结果。     

基于磁导率的频率域航空电磁法双频反演方法

以往的频率域航空电磁法数据反演方法中,通常在模型中以真空磁导率代替介质磁导率,忽略了磁性层影响。但在高磁性区域,这样做将会导致计算电阻率值偏高。针对这一问题,首先根据层状介质模型研究了考虑磁导率和电阻率因素条件下的电磁场正演计算方法,并且分析了不同磁性介质对频率域电磁响应的影响规律。在此基础上,提出了磁导率和电阻率的双频反演方法,电阻率是通过2个频率的虚分量之比计算得到的,计算结果更加可靠,提高了磁性区域视电阻率填图的精度。通过对模型计算和实测数据进行反演计算,表明这种方法具有较高的反演精度,为强磁性区域航空电磁法视电阻率填图提了供一种行之有效的反演方法。     

复电阻率测量的有效性和质量研究

我们提出一种快速、高质量的复电阻率测量方法。在这种方法中使用频率域波形,记录电流和电压波形。然后对所得数据做ＦＴ变换面估算出０．５Ｈｚ到数十赫频率范围内的复电阻率值。在高频部分,我们观察到了电感耦合效应,而且还发现选择一个合适的采样率就能够减少这种耦合效应,用复电阻率定义一种新的极化率,并证实了新定义的极化率和常规时间域极率之间呈线性关系。在ＩＰ测量中新极化率是可提供的唯一参数。     

起伏地形下复电阻率法25维反演研究

复电阻率法以岩、矿石的频谱参数特性为勘探依据,多种参数的组合解释能为评价异常源的性质提供更为丰富的信息。但其反演问题一直没有得到较好地解决,已经严重地影响和制约了该方法的应用和发展。本文由频率域电磁场的偏微分方程出发,结合Cole-Cole数学模型进行公式推导,并利用有限单元法实现了复电阻率2.5维正演模拟,能够计算起伏地形条件下包含电磁效应的复电阻率响应。在此基础上,提出了利用多个排列的视电阻率和视相位数据的复电阻率反演方法,并在反演方程中加入了Occam法的光滑模型约束,能够对复电阻率参数直接进行大规模的全区反演,有效减弱了SIP反演中欠定性严重的问题。通过理论模型的反演算例表明,该方法能够快速、准确地反演出二维地质断面上所有单元的4种复电阻率参数,从而验证了该反演算法的正确性与稳定性。     

点电源下复杂角域地形影响及校正

角域是描绘起伏地形的基本单元,通过角域叠加可以获得复杂纯地形产生的视电阻率异常,进而可以进行地形校正。将简单角域视电阻率畸变进行组合叠加得到复杂角域地形的视电阻率畸变,分析了组合叠加误差,并与ANSYS软件数值模拟结果进行了对比。结果表明,在地形起伏不大的情况下,可以通过组合叠加获得复杂角域地形的视电阻率异常。最后给出了利用组合叠加法获得纯地形影响后应用比较法进行地形改正的模型算例;与水平地形时的结果对比表明,比较法可以削弱地形影响,突出局部地质体的异常。     

基于Fractal模型的复电阻率法2.5D有限元数值模拟

复电阻率法在油气资源、矿产勘查中发挥了重要的作用,为了深刻认识复电阻率法异常特征变化规律,本文对复电阻率2.5D正演问题展开研究。首先直接给出复电阻率法2.5D有限元正演所满足的变分问题,并详细地推导相应的刚度矩阵的计算过程。引入Fractal模型作为等效模型研究频谱激电异常特征。对单元内的复电导率及复电位均进行线性插值,而后,采用不完全LU分解的稳定双共轭梯度算法求解有限元线性方程组,获得异常复电位值。设计3个典型的地电模型验证了本文算法的正确性及精确性,并分析了不同装置下,不同频率的2.5D复电阻率异常响应特征。数值模拟结果表明,采用Fractal模型研究激发极化异常特征是可行、有效的;不同装置、不同频率下的复电阻率法异常特征有着显著的差异。     

基于反函数原理的可控源大地电磁法全场域视电阻率定义

在电磁探测中,数据采集范围逐步扩大,为了避免非远区的电阻率畸变,基于反函数原理,给出了适合可控源电磁法全场域视电阻率的定义方法.该方法可以利用单分量进行广域视电阻计算,同样也可以利用多个分量进行广域视电阻计算.分别利用电场分量、磁场分量以及电场与磁场的比值计算均匀半空间与层状模型的全场域视电阻率,结果表明基于反函数原理...     

复电阻率法简介

在常规激发极化法(IP)所取得的数据中,实际上还包含有直流电阻率的信息。但如果要求获得的电性信息量达到最大,则必需在额外的交流电频带上测量电阻率的实、虚两个分量。这种测量方法称为复电阻率法,要求对输出和输入波形的振幅和相位进行比较,经过中间变换,频率域和时间域都被采用。这就可以对整个线性地电系统进行研究。所以,复电阻率(CR)法是一种变频的接地电法,借助于分析大地总电阻率的实分量和虚分量来研究大地的电性。因为这种方法可以得出激发极化的不同参数、电阻率和有关大地的电性和电磁性,区分它们各自的作用,而且把结果显示出来,供观察分析     

体积分方程法模拟复电阻率三维体电磁响应

利用体积分方程法计算了均匀半空间中复电阻率(激电)效应和电磁效应同时存在时的三维体响应。在计算中,对于需要计算三重积分的张量格林函数电荷项一次部分,应用一种差分近似的方法求解,这种方法在保证计算精度的同时更加便于计算机实现;采用二次剖分的算法解决了计算张量格林函数时的奇异值问题;计算含有贝塞尔函数的积分项时,利用一种结合连分式展开的高斯求积代替常规的快速汉克尔变换方法。验证了计算结果并分析了三维体复电阻率模型(Cole-Cole)参数对正演结果的影响,为三维体复电阻率及其参数反演提供了正演依据。      

煤复电阻率频散机理研究

为了研究在0~200 kHz条件下煤复电阻率频散的物理机理,在恒定电流变频条件下,测量煤的复电阻率幅频相频。利用傅里叶逆变换,将煤的复电阻率频域数据变换成时域数据;利用Cole-Cole模型,将复电阻率频散数据进行拟合;借鉴双电层形变假说理论,对比砂岩频散现象,研究煤的复电阻率频散机理。结果表明:在电流频率为0~200 kHz,焦作赵固矿和九里山矿样品复电阻率频散特征与岩石相似,复电阻率幅值随频率增大而减小,复电阻率相位的绝对值随频率的增大先增大后减小,引起频散特征的原因主要是激发极化,电磁感应的影响程度很小。煤复电阻率测量和频散机理的研究成果为复电阻率测井提供了理论依据,具有一定的应用前景。      

近区瞬变电磁测深曲线畸变段的消除方法

讨论了利用P.Raab和F.Frischknecht给出的中心回线装置瞬变衰减电压表达式,采用编程求解的方法来计算适用于全时域的视电阻率ρ_τ。这种视电阻率曲线克服了以往使用晚期计算视电阻率公式所得到的曲线,对于任何模型的左支曲线都将产生畸变的缺点,它的早期渐近线为趋于第一层电阻率值的水平直线。      

角域地形点源电场解析计算及其在高密度电阻率法地改中的应用

通过角域叠加的方法获得由纯地形引起的视电阻率异常,采用比值法对边坡地形条件下的高密度电阻率法测量数据进行地形校正,并结合测区钻孔地质剖面分析地改效果。结果表明:角域地形改正的方法是有效的,地改后的反演断面与实际的地质情况更加接近,效果较好。     

利用模糊综合评判法与模糊统计进行井的出水量预测的尝试

电法找水工作中 ,对井的涌水量进行预测一直是难题。介绍了利用电测深曲线上升段长度、最大电阻率及电阻率的变化率与含水层富水性之间的关系 ,采用模糊综合评判法与模糊统计 ,建立模糊综合关系模型 ,预测井的涌水量 ,并在王府台地电测找水中应用 ,获得了满意的成果。     

超高密度电阻率法在隐伏断层探测中的应用

将超高密度电阻率法用于某水库坝址区隐伏断层探测。介绍了测区地质及测线布置情况,采用汉克尔变换方法模拟了层状介质模型视电阻率响应,通过反演计算结合地质钻孔资料,确定了基岩埋深及区域断层的走向。断层破碎带在电阻率剖面中呈现明显斜立条带状低阻异常,其产状与地质及钻孔资料一致,验证了超高密度电法探测的有效性。     

考虑激发极化效应的瞬变电磁一维Occam反演

大地的感应激发极化效应有时会在瞬变电磁晚期响应上产生负值变号现象。常规实电阻率瞬变电磁反演由于没有考虑激发极化效应,对于观测数据负值部分的解释一直存在问题,这影响了反演解释的真实性和可信度。对此,本文首先将Cole-Cole复电阻率模型加入正演计算,并验证了计算的准确性。然后在阻尼最小二乘法的基础上加入Occam平滑约束来构建反演方程,能够同时反演出零频电阻率、充电率、时间常数以及频率相关系数,实现了一维瞬变电磁复电阻率反演算法。最后,建立具有不同程度激发极化效应的典型层状理论模型进行反演试算与结果分析,结果表明,在激发极化效果明显的低阻高极化地层中,复电阻率反演效果更好。与实电阻率反演结果的对比说明,瞬变电磁复电阻率反演既可以达到实电阻率的常规反演效果,也能解决实电阻率无法实现的负值拟合问题。     

基于有限单元法的激电参数正演数值模拟

通过利用有限单元法模拟频率域激电法中的重要参数幅频率Fs和相频率Фs,研究Fs、Фs在三维地电条件下的激电响应特征。首先,在有限元方法中,使用六面体和四面体相结合的剖分单元,对大地模型进行离散,通过计算不同频率下的Cole—Cole模型复电阻率响应,替换模型中的体极化模型,最后模拟得到了频率域激电法中的主要参数。通过对比分析,证明了该方法程序简便、准确,也证明了相频率参数可作为一种有效区分时间常数不同的极化体方法。     

大地电磁三维矢量有限元正演

采用广义变分原理,基于矢量基函数详细推导了大地电磁三维矢量有限元方程。为了提高计算精度和效率,应用直接法强加边界条件改善总体系数矩阵的条件数,同时使用SSOR(symmetric successive over relaxation)预处理的双共轭稳定梯度法求解复对称大型稀疏线性方程组。并利用国际标准模型与相关参考文献的结果进行了对比,验证了算法的准确性。对一个典型的三维低阻体模型进行正演,得到了不同测线的视电阻率和相位断面图,并与二维正演结果进行对比分析。结果表明:在x方向测线上,ρ_(yx)变化幅度较ρ_(xy)小,中心测线上的ρ_(yx)和ρ_(xy)响应均与二维TM模式条件下的响应特征相似。     

铬污染土壤复电阻率频散特性

不同含水率、不同铬污染物浓度土壤的复电阻率频散实验,是复电阻率探测方法评价铬渣污染场地的物理基础。实验研究发现,土壤含水率和污染物浓度的不同均会对复电阻率幅值、复电阻率相角、同相电阻率和异相电阻率的测量结果产生影响,但是异相电阻率和相角具有明显的频散特性。研究结果表明,利用基于土壤频散特性发展起来的复电阻率探测技术,可快速有效地对铬渣污染场地进行评价。     

线源时间域垂直磁场全区视电阻率求解

目前线源一维的正、反演在国内、外研究尚少,大多数研究的都是二维问题。这里通过研究一维条件下时间域线源的场值和电阻率之间的关系,发现垂直磁场与电阻率之间是单值的关系,此时定义的全区视电阻率具有唯一性和可靠性。因此以垂直磁场定义全区视电阻率,然后利用二分搜索算法进行全区视电阻率求解。模拟结果表明:对于时间域线源垂直磁场而言,在较远区早期的数据计算不精确,当收发距越小时早期的数据越好,而晚期结果则一直都很稳定。分析后初步认为是计算精度导致的结果。最后加入了5%的随机噪声后与无噪声的结果进行对比,得到收发距与最小可接受起始观测时间的关系。     

水平层状介质电磁法数据时频联合反演

通过一维层状介质电磁法数据的时域和频域正演结果,对不同电阻率大小的电阻层进行了反演计算,说明了在这种情况下电磁法数据时频联合反演的合理性.正演计算了一维层状模型下水平电偶极频率域水平电场响应及利用G-S变换计算时间域垂直磁场导数响应;利用最光滑模型约束反演方法建立了时频联合反演迭代公式.通过理论模型反演试算表明,该反演效果较好.