二维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟

针对有限差分方法处理不规则边界难的问题,引入曲化平的思想,实现了一种新的基于坐标变换法的起伏地表条件下直流电场数值模拟方法.通过坐标变换,将物理空间的直流电场满足的基本方程和边界条件变换到计算空间;在计算空间内,利用有限差分方法对变换后的方程和边界条件进行数值分析;最后,将计算结果由计算空间映射回物理空间.精度分析及计算实例表明:本文提出的算法精度高,计算误差主要集中在源附近,且当源离地表较近时平均相对误差在1.0%以下;计算结果满足起伏地表条件下电位及视电阻率的分布规律.     

倾斜线源的三维电场数值模拟研究

利用倾斜线状电流源的理论电位式和有限差分法理论,建立三维离散化方程组,并用ICCG法求解该方程组,设计三维电阻率异常体分布模型,经计算得到了地表视电阻率分布在垂直和倾斜线源情况下的变化规律。以上工作对利用直流电法勘探方法,来解决油田剩余油的分布及对地浸砂岩型铀矿矿层渗透性能的分析,有着实际的意义。     

直流电法正演计算中的有限单元法(第三讲)

为了解决在复杂地电条件下电法勘探中场的计算,近十年来,国内外发展了电法勘探正演计算的数值模拟方法,或者称为计算机模拟,其中一个比较活跃的领域就是有限单元法。电法勘探中场的正演计算就是给定地电条件和供电电源的位置,计算地下和地面的电位分布。例如对电阻率法就是给定地下的电阻率(或导电率)的分布和地形形状,计算电位的分布,进而对于具体的供电和测量电极装置计算视电阻率值,这种正演计算是反演计算的基础。但遗憾的是直流电法正演的解析计算往往很困难,对许多地电剖面情况甚至不可能求解     

垂直有限线源三维地电场有限差分正演研究

利用套管供电,通过地表观测电位研究油田注水分布和剩余油分布在油田开发中的应用。针对垂直有限线源,首先推导了线电流源的边界条件,利用有限差分实现了三维地电场的正演。正演结果表明：在全井套管供电时,地表观测电位主要受浅层电阻率不均匀性的影响;在射孔段供电时,地表观测电位主要反映射孔段的电阻率分布。     

点源二维电法正演的有限单元法

点源二维任意地电断面电阻率法的正演计算是电法勘探中的一个重要问题。对于这个问题,我们已经实现了有限差分方法的计算,获得了较好的效果。有限单元法是解决电法正演计算又一重要途径,在1971年Coggon首先将有限单元法引进到电法正演的模拟计算中来,以后Rijo等人又发展了这一方法,有限单元法进行电阻率法正演计算的优点,是比较容易拟合实际复杂的地电断电和起伏不平的地形。在实现点源二维地电断面视电阻率异常正演计算的有限单元法中,我们将混合边界条件引入求解,并采朋了若干优化措施,使有限单元法计算视电阻率异常的精度和速度均有进一步提高,获得较好的计算效果。在文献中我们简单地介绍了这个方法,下面我们较详细     

大倾角地形下视电阻率数值模拟

为解决大角度起伏地形即陡峭地形(如河流阶地、冲沟、堤坝、山谷、山脊等)对实测视电阻率的影响问题,这里优化了三维有限元数值模拟中的单元积分形式,使之适合大倾角地形条件下对电阻率的数值模拟.为验证方法的正确性,采用保角变换计算了相近地形在均匀电流场情况下,陡峭地形引起的视电阻率变化特征.计算表明,对于缓倾斜地形,有限元数值...     

起伏地表条件下地震波场数值模拟有限积分变换有限差分方法

针对起伏地表条件下的地震波数值模拟问题,提出将起伏的地表映射到一个规则的长方形网格坐标系中,并在此基础上推导出变换域中的波动方程。根据导出来的波动方程应用有限余弦变换有限差分方法进行地震波场的数值模拟,以解决起伏地表条件下的数值模拟。     

起伏地表条件下的弹性波叠前逆时偏移

目前,地震勘探条件复杂、地下地质构造多样的“双复杂”地区的地震勘探面临着诸多挑战,特别是地表起伏条件给地下复杂构造精确成像带来了困难。通过研究起伏地表条件下的弹性波叠前逆时偏移方法,采用简洁有效的处理方法解决起伏地表的自由边界条件;利用有效边界的边界存储策略解决弹性波叠前逆时偏移中存储量大的问题。数值实验结果证明该方法能够准确地重建震源波场,SEG加拿大起伏地表逆掩断层模型进一步验证了提出方法的有效性。      

起伏地形下可控源音频大地电磁三维数值模拟

起伏地形对可控源音频大地电磁(CSAMT)响应具有强烈的影响,因此在CSAMT数据处理解释时需要考虑地形。同时,实际的地下地质情况和地表的地形情况通常比较复杂,地质结构和地形大部分情况下都是三维的。在水平地表三维有限差分CSAMT数值模拟算法的基础上,推导了利用地下交错网格采样点处的总磁场计算起伏地形下空气-地下介质分界面处的总电场和总磁场的表达式,从而实现了起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法。在算法实现过程中,采用伪δ函数代替麦克斯韦方程中的场源项和直接计算总场的策略,避免了原有的将总场分离成背景场和二次场的策略在复杂地质条件下难以选择合适背景电阻率的问题。为了直接模拟总场,起伏地形下三维CSAMT数值模拟算法给出了新的三维正演方程的边界条件。将模拟水平地表三维异常体和三维山峰地形两个理论模型得到的响应结果与前人算法的计算结果进行对比,验证了所实现算法的正确性和有效性。     

基于二次场二维起伏地形MT有限元数值模拟

通过计算二次场来进行二维大地电磁数值模拟;导出了二维大地电磁二次场的微分方程,利用有限单元法来解微分方程;对矩形网格进行对角线的二次剖分,更容易且真实地模拟起伏地形。对几个典型模型进行了试算,与前人总场法的计算结果做了比较,两者视电阻率曲线一致,证明本文算法是正确的;通过2个简单的算例说明复杂地表下2种极化模式的MT观测资料都有明显的异常,视电阻率在TM模式下比TE模式更易受地形影响,TE模式下视电阻率曲线形态与地形呈"正相关",TM模式下反之。     

Modeling the 3D Terrain Effect on MT by the Boundary Element Method

By using the numerical method to model the ter-rain effect on the magnetotelluric field,few resultshave been obtained. The finite element method(FEM) was used by Chouteau and Bouchard (1988)and Wannamaker et al .(1986) ,andthe boundary el-ement method (BEM) was used by Xu and Zhou(1997) and Xu (1995) to model 2Dtopographyinflu-ences on magnetotelluric surveys . The BEM methodwas also used to model the 3Dtopographic effect onmagnetotelluric deep sounding (Xu et al .,1997 ;Xu,1995) .In t…     

三维地形大地电磁场的边界元模拟方法

提出了一种用边界元法计算大地电磁场三维地形影响的数值模拟方法.首先用矢量积分理论和电磁场边界条件, 将上半空间(空气)和下半空间(地下介质)两个区域电磁场边值问题变为仅对地形界面的两个矢量面积分方程, 其中一个计算磁场, 称磁场方程; 另一个计算电场, 称电场方程.然后将对地形界面的积分剖分为一系列的三角单元积分.在三角单元积分中, 假设单元中电磁场为水平均匀大地空间电磁场与地形影响的迭加, 并假设地形影响为常项, 这样既保证了计算精度又使得计算方法简便.通过分解和计算, 每一个矢量面积分方程分解为对应3个坐标方向的3个常量线性方程, 这些线性方程组成了对角占优的线性方程组, 可用SSOR方法求解.文中给出了2个三维地形上大地电磁视电阻率曲线的计算结果.      

全拖曳式深海直流电阻率法三维任意各向异性正演模拟

高精度、高效率的深海勘探是当前国家海洋资源勘探开发的研究热点之一,设计观测效率高、勘探成本低的探测方式,开发可精确计算海底复杂电性环境的正演模拟算法有助于推进该研究的进展。本文基于前人的研究经验,引入了全拖曳式深海直流电阻率观测方式,同时考虑到海底沉积环境的电各向异性,开发了基于非结构有限元方法的三维任意各向异性深海直流电阻率正演算法,实现了对海底任意电各向异性情况的仿真模拟。本文算法与层状一维模型半解析解的对比验证了算法的精度。对典型各向异性电性模型的仿真模拟和分析,证明了全拖曳式深海探测方式对海底沉积层和矿产资源电各向异性的高分辨率。在此基础上,总结了电导率各向异性主轴沿笛卡尔坐标旋转时视电阻率分布也发生同方向旋转的视电阻率分布特征,并根据海底地形对各向异性探测的影响进行了简单探讨。     

基于对偶加权后验误差估计的2.5维直流电阻率自适应有限元正演

采用易于模拟复杂地形起伏和倾斜界面的非结构三角单元剖分网格,并利用对偶加权后验误差估计指导网格自动细化过程,实现了2.5维直流电阻率法自适应有限元数值模拟。在实例模型分析中,分别计算了层状模型和垂直岩脉模型的直流电阻率响应,并与其解析解进行了比较。对比结果表明,该算法所得数值解精度很高,解的相对误差小于0.5%。最后,计算了起伏地形2.5维地电模型视电阻率异常,并利用比较法进行了地形改正。地形改正结果与水平地形时的结果对比表明,比较法可以较好地消除地形影响,突出局部地质体异常。     

基于混合网格有限元的直流电阻率法三维正演研究

直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中,钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确,是否影响视电阻率资料的解释是值得探讨的一个问题。因此,提出采用混合网格有限元法实现直流电阻率三维正演。给出异常电位法满足的边值问题及有限元变分问题,应用三棱柱和四面体混合网格实现对计算区域的快速离散,并建立2种网格的线性插值基函数和单元系数矩阵;采用SSOR–PCG迭代算法求解异常电位满足的大型线性方程组,得到各观测点的响应。在保证计算精度的前提下,应用混合网格有效地离散钻孔地电模型,探讨钻孔因素对井–地、地–井观测方式视电阻率数据的影响特征。对于井–地观测方式:钻孔附近视电阻率受钻孔因素影响最大,严重影响视电阻率资料的合理解释,但随着测点收发距的增加,视电阻率响应逐渐趋于围岩电阻率;而且随着发射源深度的增加,钻孔对地表视电阻率响应的影响也逐渐减小。对于地–井观测方式:钻孔因素对浅部数据影响较大,对深部数据影响小,相比于井液电阻率,视电阻率响应更易受钻孔孔径的影响。直流电阻率法混合网格有限元三维正演算法的提出,对实际井–地、地–井电阻率法勘探具有理论指导意义,可结合钻孔信息进行正演模拟分析,选择合适的收发距,有效压制钻孔因素对实测资料的影响。      

二维起伏地表直流电场插值法数值模拟

本文提出了一种采用插值法实现边界条件的有限差分数值模拟新方法, 地表函数通过三次样条插值能很好的拟合真实地表形状。其地表边界条件的实现思想是在地表法线方向上寻找一个与地表点位于同一等位线上的点, 该点通过周围点插值来建立离散方程。采用不规则四边形距离加权插值法使插值形式统一化。在水平地表情况下做的数值解与解析解的对比分析表明: 该方法的计算精度适合要求, 对山谷模型的实例计算也得到了视电阻率与地形成镜像对称的结果。     

TEM框内回线装置发射框边界影响及消除方法

探讨了大定源回线框内观测装置的视电阻率计算问题。中心回线晚期视电阻率计算由于受边界影响及不满足晚期条件,计算的视电阻率值有畸变,影响了煤田采空区及富水性的解释。利用电偶源时域垂直磁场求取全区、全期视电阻率,解决了发射线框的边界影响问题及早期道视电阻率计算问题。理论模型计算和实测资料的处理结果表明了该方法的有效性。      

CSAMT探测中电场Ex全区视电阻率定义及应用

讨论了CSAMT电场x方向全区视电阻率定义及应用。采用积分方法将多个电偶极子叠加,获得双极源电磁场,均匀半空间的计算结果表明该方法是可行的。通过对二、三层电性断面的视电阻率计算,并与卡尼亚视电阻率、波区视电阻率对比,说明了该方法的优越性。实测CSAMT资料的计算结果表明,用电偶极子定义的CSAMT电场Ex方向全区视电阻率较好地反映了电性断面的特征。该方法对CSAMT深部探测具有实用价值,对于简化野外工作方法、减轻野外数据采集的强度及解决卡尼亚视电阻率的近场源问题具有重要意义。      

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。