地球物理衍射CT技术

本文讨论了2.5维问题,同时模拟研究了实测试验中遇到的几个问题,如散射场的提取,探头的方向性问题等,最后,根据实测数据进行了成功的反演。     

2.5维地震波数值模拟评述：声波模型

本文的目的是对基于声波模型的2.5维地震波数值模拟工作进行评述,以便能够找出其存在的问题和解决这些问题的可能途径,根据定义,2.5维问题是三维问题中的一种特殊情况,其特点是:(1)介质参数沿走向保持为常数;(2)场源具有球对称性;(3)场源和接收点均位于垂直于走向的直线上,与三维数值模拟问题不同,2.5维数值模拟问题分为两部分:(1)在垂直于走向的平面内用数值方法解相应的微分方程,这在实质上是二维问题;(2)采用积分变换或其他方法处理来自于计算平面外的影响,这实际上是将一个特殊的三维问题转化成为了无限多个(在离散情况下是有限多个)二维问题的叠加,与二维模型相比,2.5维模型能得到计算平面内的精确地震波振幅信息,鉴于声波模型是反射地震偏移成像理论和应用研究中的基本数据模型,所以对2.5维声波数值模拟的研究具有重要的意义,根据对计算平面外传播效应的处理方式可以将到目前为止提出的2.5维声波数值模拟方法分为四类:(1)几何射线法;(2)滤波校正法;(3)Fourier变换法;(4)近似波动方程法.其中,几何射线法具有直观、快速的特点,但是在焦散区内失效,滤波校正法只在均匀介质条件下严格成立,在一般条件下只是一种精度难以估计的近似,Fourier变换法是一种经典方法,其研究程度已经相当深入,该方法的基本思想是通过沿走向的Fourier变换将2.5维问题转化为有限多个二维问题,从而,对反变换的数值实现直接影响到该方法的精度和效率,近似波动方程法的宗旨是针对2.5维波动问题建立专门的波动方程,与Fourier变换法相比,近似波动方程法等同于一个二维数值模拟,因此可以大大地降低计算量,但是,根据笔者所掌握的资料,到目前为止提出的几个近似波动方程不是具有很大的振幅误差,就是难以进行数值计算,因此,有必要对近似波动方程的形式进行进一步的研究.     

带地形的可控源电磁法2.5维各向异性介质正演研究

目前,对于可控源电磁法各向异性介质2.5维问题,主要采用一次场、二次场分离的方法消除场源奇异性并降低截断边界对计算区域的影响.该方法数值计算精度高,但是很难适用于复杂地形条件下的数值模拟.针对复杂地形问题,基于总场的有限元方法表现出一定的优越性,然而,这种方法存在场源奇异性问题和截断边界问题.本文采用基于总场计算的方法对带地形的可控源电磁法2.5维各向异性介质进行模拟研究,推导了考虑电导率和介电常数各向异性的2.5维控制方程;引入网格加密-收缩算法降低场源奇异性的影响范围,提升数值计算效率;引入行波分解边界条件降低截断边界的影响;提出任意采样反傅里叶变换方法,快速、高精度地计算出空间域电磁场分量.理论模型数值算例中:首先,验证了本文算法的有效性;其次,对任意各向异性倾角产生的可控源电磁响应规律进行研究;最后,采用山丘模型对各向异性介质电磁场的响应规律进行了模拟和分析.     

基于MPI的时间域激发极化法2.5维正则化并行反演

时间域激电法2.5维正反演算法相对较成熟,但当实测数据量较大,正反演网格剖分较精细,以及傅氏反变换波数选取较多时,常规的反演算法计算效率低,影响了算法的实用性.本文讨论如何提高时间域激电法2.5维正反演计算效率问题.以"等效电阻率"为基础,利用有限单元法实现了激电法2.5维正演;采用正则化反演方法实现了2.5维激电数据反演;讨论了正反演算法的并行性,实现基于MPI的正反演并行计算;对正则化反演中拉格朗日乘子搜索方案进行了优化.经理论地电模型算例测试表明,所实现的正反演算法运行稳定,结果可靠,计算效率高.     

2.5维地震波场褶积微分算子法数值模拟

早期的褶积微分算子都是基于正反傅立叶变换而实现的,其精度比四阶有限差分的精度稍高,本文将计算数学中的Forsyte广义正交多项式微分算子与褶积算子相结合,构建了一个新的快速、高精度褶积微分算子,其计算结果非常接近实验函数微分的精确值,精度与16阶有限差分的精度相当,远优于错格伪谱法的精确度.另外,2.5维数值模拟比二维模拟可以更真实地模拟三维介质的臬个剖面的波场,并且2.5维地震波模拟的计算量比三维模拟的计算量及计算耗时要大大减少.本文利用基于Forsyte广义正交多项式褶积微分算子法计算2.5维非均匀介质地震波场,模拟结果表明,该算法的计算速度快,计算精度高,能够直观、高效地反映复杂介质中波场的传播规律,并且2.5维波场数值模拟具有更高的计算效率,是一种非常值得深入研究并广泛应用的方法.     

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.     

2.5维起伏地表条件下时间域航空电磁正演模拟

时间域航空电磁作为一种高效地球物理勘探技术特别适合我国地形复杂地区(沙漠、高山、湖泊、沼泽等)资源勘查.然而,这些地区地形起伏较大,对航空电磁响应有严重影响,忽略地形影响会给航空电磁数据解释造成很大误差.到目前为止人们对航空电磁地形效应特征研究十分有限.本文提出了基于非结构化网格的有限元法模拟带地形时间域航空电磁系统响应.该方法与基于结构化网格的有限差分相比能更好地模拟地形.首先通过傅里叶变换将2.5维问题转化成二维问题,利用伽辽金方法对二维问题进行离散.通过使用MUMPS求解器,得到波数域电磁响应.利用反傅里叶变换将波数域电磁响应变换到空间域,并利用正弦变换将其变换到时间域,得到2.5维时间域航空电磁响应.通过将本文的计算结果与半空间模型解析解及其他已发表的结果进行对比,检验了本文算法的精度.最后,我们系统分析了山峰和山谷地形对航空响应的影响特征.本文研究结果对航空电磁地形效应的识别和校正具有指导意义.     

地震动空间变化随机描述及相干函数模型研究进展

本研究主要讨论地震动空间变化的随机描述.首先给出了基于密集地震台阵记录估计相干函数的方法,并对计算中需要关注的问题给出了相应的解释;然后对现有的经验和半经验相干函数模型的建立进行了详细的梳理,并对模型在工程应用中的适用性、有效性和局限性进行了讨论;最后通过对比分析不同相干函数模型对场址地震动空间相关性的模拟结果,对相干函数模型的选择提出了建议.     

二维介质的射线追踪模拟

本文讨论了射线追踪的一般问题,提出了二维介质射线追踪模拟的具体方法。物理模型的数值计算表明本文的方法是有效的。     

一种求解井间2.5维逆散射问题的迭代算法的研究

从二维非均匀介质中的声波方程出发,采用三维点源作为震源,提出了一种求解井间2.5维逆散射问题的迭代算法.其中,入射场与格林函数皆采用Maslov渐近理论予以计算,以避免非均匀介质中出现的焦散现象.数值模拟结果表明,本文提出的算法是有效的.     

有限元数值模拟方法在华北地区地震地质研究中的应用进展

文中综述了近30年来有限元数值模拟方法在华北地区地震地质研究中的应用和发展情况,从华北地区地震地质数值模拟的有限元模型、有限元数值模拟所采用的实测资料以及模拟结果3方面进行了讨论,综合分析了华北地区有限元数值模拟从弹性到弹塑性、黏弹性和蠕变性,从二维线性到三维非线性,从连续变形到非连续变形,从个别资料的应用到GPS网络观测资料拟合的发展过程。简单阐述了华北地区有限元数值模拟工作的意义、存在问题和发展趋势     

积分方程法复杂介质可控源电磁勘探快速正反演研究现状及发展方向

复杂介质可控源电磁勘探数值模拟及反演算法的研究一直是国内外地球物理学者研究的热点。本文对复杂介质可控源电磁勘探快速正反演算法研究进行综述,重点对复杂介质快速正反演算法及应用进行分析,指出高效并行、特殊边界条件或将是其真正实用化的关键,当前仍然是极具挑战的研究方向。着重对未受关注的可控源电磁法复杂介质积分方程法正反演算法及其应用研究,如二维、2.5维快速正反演算法;地面、井筒电磁勘探实例、起伏地形异常场模拟等进行讨论。指出国内积分方程法的研究相对滞后,但应用前景较可观;特别是大尺度隐伏资源勘探领域,高精度、高效电磁勘探正反演需求较迫切。通过体积分方程法快速正反演算例分析,表明该方法可适用于大尺度勘探生产,具有较好实用性。复杂地形模拟,高效正反演算法等是积分方程法实用化的关键。      

模拟震源动力学破裂过程的数值方法研究

为模拟震源的动力学破裂过程,本文讨论一种求解剪切裂纹动力学扩展问题的有限差分法。在研究二维反平面破裂的基础上,我们把所用方法推广到三维问题。研究了许多简单震源模型,通过对比同一问题的解析解和其它数值解,对方法的正确性和计算精度进行了检验,结果表明我们的数值方法是可行的。最后,作为初步应用的例子,我们研究了非均匀断层的自发破裂问题。     

瑞利面波二维物理模型的数值模拟研究

在瞬态多道瑞利面波的理论和模拟研究中,常将三维地质模型简化为二维模型来处理,以此降低分析问题的难度和节约建模成本,然而常规的实验室二维物理模型难以实现.本文基于有限元数值模拟技术对不同模型厚度的数值模型激发的声波波场进行了数值模拟,研究和分析了具有不同菲涅尔带半径R厚度的三维均匀半空间和横向非均匀模型的瑞利面波波场和频散特征,并与对应的二维数值模拟结果进行对比分析.研究表明,在模型厚度小于最小第一菲涅尔带半径R条件下,三维物理模型实验结果与二维数值模拟模型实验结果基本一致.因此,在实际物理模拟实验中,可用厚度小于最小第一菲涅尔带半径R的三维物理模型近似二维模型.本文最后以数值模拟确定的合理模型厚度制作物理模型进行实验,验证了本文提出的问题和解决方案的可行性.     

高密度电阻率法成像

介绍在地质大学电法科研组“高密度电阻率法正、反演软件”的基础上,研制高密度电阻率法2.5维电阻率成像系统;讨论不平地形条件下高密度电阻率法2.5维电阻率成像的算法和软件,可用于九种常用电极装置观测结果的电阻率成像。对理论和实测数据的成像结果表明,该成像系统程序运行稳定,成像效果很好。     

瞬变电磁法正反演问题研究进展

对瞬变电磁法的方法发展概况和仪器研制状况做出了综述性评价.对瞬变电磁法正反演问题的研究成果进行了系统总结.目前的数值模拟正演方法主要有一维滤波系数法,三维积分方程法,二维,三维有限差分法,2.5维有限元法等,主要的反演方法有:一维浮动薄板解释法,人机对话自动反演法,烟圈理论解释法,神经网络反演法,成像类反演等,论述了瞬变电磁法各种计算方法的特点.瞬变电磁法的正反演发展趋势主要是研究三维正反演的计算方法和目标体成像系统.     

复杂介质有限元法2.5维可控源音频大地电磁法数值模拟

利用有限元2.5维可控源音频大地电磁法（简称CSAMT）数值模拟方法,对100Ωm均匀半空间介质中有限长度的电偶极源产生的电场、磁场及视电阻率、相位特征进行了数值模拟,研究了场的空间变化规律. 在一个象限中,场的特征存在双叶现象,当收发距大于4个趋肤深度时,电阻率较接近介质真实的电阻率,这些结果为观测系统和收发距的选择提供了依据. 波数域场的特征表明,低波数对源的贡献占较大的比例. 有限元法2.5维CSAMT数值模拟的优势在于能较准确地获得复杂介质结构的波场特征. 本文结合直立异常体、倾斜异常体及断陷模型对CSAMT电阻率、相位剖面特征及频率曲线特征的可靠性进行了研究. 数值模拟结果直观地给出了异常体的剖面异常形态. 通过对比研究异常体的剖面异常形态和半空间场的特征进一步说明本文方法和软件在模拟复杂介质结构场特征时是可靠的. 这为认识观测数据,指导反演解释提供了较好的依据.     

关于用有限单元法对二维构造作电阻率法模拟的几个问题

本文讨论了二维构造上电阻率法有限单元模拟的边值条件、反傅氏变换算法及波数选取等问题,并提出了相应的算法。所列举的算例表明,本文算法较好。     

CME和冕流结构相互作用机制的数值模拟研究

1980年4月14日SMM卫星曾经观测到了爆发在两冕流结构之间开放磁场中的CME独特的传播特征以及冕流结构的畸变和偏转。本文采用了2.5维MHD方程,用数值模拟方法研究了CME和冕流结构之间复杂的相互作用过程.模拟结果不但展现了SMM卫星所观测到的CME的独特的传播特征和冕流结构的畸变和偏转,而且还发现了在冕流结构和CME的相互作用中,冕流结构内部轴向磁场分量的反转效应.模拟结果对磁云和磁暴活动的研究也具有一定的意义.     

电离层声重波引起的高频多普勒频移

本文给出了电离层中存在电离运动时的高频无线电波的多普勒频移的表达式,讨论了用高频多普勒阵研究电离层声重波扰动有关的若干电波传播问题。