带地形的可控源音频大地电磁法二维正演

利用二次场算法研究了可控源音频大地电磁法二维正演问题。采用有限单元法进行正演模拟,将矩阵压缩存储和共轭梯度解方程方法应用到正演算法中,加快了正演算法的速度,并且将地形因素考虑到正演算法中。通过不同的模型验算,检验了算法的精度。     

迭代法中压缩对角存储的应用框架

在许多有限元、有限差分的应用中,待解方程组的系数矩阵是大型稀疏带状阵,方程组的求解一般使用迭代法.与其它存储方式相比,压缩对角存储由于不存矩阵元素的行列索引,对内存的使用最为节省.使用压缩对角存储,沿对角线操作可以完成高效的矩阵—向量乘.由于在以往的文献中,没有提及按行、列操作的算法,压缩对角存储的应用范围受到一定的限制.用行、列、对角版的矩阵—向量乘代表普通意义的行、列、对角方向操作模式,通过等价矩阵推导和伪代码,给出了一个包括按行、列操作算法在内的应用框架.这里运用C语言实现不完全Cholesky分解共轭梯度法解方程,阐述了如何在实际编程中使用这个算法框架.经理论与实验分析表明,对角压缩存储应用于框架中是高效的,因为与使用常用的一维行索引存储格式所编程序相比,同样迭代次数的耗时减少了约25％.     

多重网格准线性近似技术在三维航空电磁正演模拟中的应用

系数矩阵存储和线性方程组求解是限制三维电磁积分方程方法发展的主要因素。Zhdanov提出准线性（QL）近似技术,建立了复杂散射场与背景场的线性关系,有效地避免了积分方程中大型线性方程组的求解,但是该算法用于多源问题航空电磁正演模拟时精度不高。因此,本文提出一种基于多重网格准线性（MGQL）近似的算法,并利用系数矩阵的Toeplitz性质存储矩阵和快速傅里叶变换,实现了矩阵与向量的快速乘积、降低了计算复杂度,采用多重网格结合了积分方程方法和准线性近似解法的优点,在保证精度的条件下提高计算速度、减少存储量。针对不同类型网格的模拟实验表明,相比于传统积分方程方法,本文算法在保证计算精度的同时,可以将计算速度极大地提高（>10倍）。     

矩阵相乘的压缩存储算法

介绍了对稀疏矩阵进行压缩存储时,稀疏矩阵相乘运算的基本思想和算法.在此基础上,探讨了避免矩阵中零元素相乘的无效操作,奠定了该算法的矩阵变换基础.     

井—地三维激发极化数据快速反演

为实现井—地激发极化数据的快速反演,分析三维有限元正演四面体网格剖分形成的系数矩阵的元素规律,应用MSR非零元素压缩存储和SSOR-PCG方程求解技术,提高了正演执行效率。在正演基础上,利用Jacobian矩阵与正演方程的简单关系,采用共轭梯度法求解最小二乘目标函数的模型修改量,避开Jacobian矩阵的直接计算和存储,实现了三维井-地激电数据的分钟级快速反演。模型正演合成数据的反演结果表明,能基本再现已知的模型。     

嵌入式小波零树压缩算法的基本原理

数据(图像)压缩是数据存储和传输的重要手段之一。在简述数据压缩方法分类和几种常用压缩方法的基础上,重点讨论嵌入式小波零树图像压缩算法的特点、方法步骤和基本原理,并用实例介绍该方法的数据压缩效果。总结了小波分析在地球物理勘探中的应用状况,展望了小波分析的应用前景和未来的潜在应用领域。     

多自由度块行压缩存储技术及大型稀疏方程组的求解

在地球物理电磁勘探领域有限元数值模拟中,最后都会得到一个大型稀疏的复系数线性方程组,受计算机内存空间的限制,必须根据有限元刚度矩阵的稀疏性对其进行压缩存储。由于电磁场有限元计算的自由度大都在三个以上,因而提出了适合多自由度的块按行压缩稀疏存储方案,并通过存储格式的转换,把块按行压缩方式转换成流行的,大型稀疏矩阵的行压缩存储格式,以便于求解。用求解大型稀疏方程组的Krylov子空间方法中的稳定双共轭梯度（Bicgstab）方法,收敛速度快,精度高,而且稳定性好,结合ilu预处理技术,可以大大提高求解大型稀疏方程组的效率。     

Hoek-Brown准则的主应力回映算法及其二次开发

在弹塑性模型数值实现的过程中,需要进行应力更新的回映算法。针对三维应力空间回映算法在奇异点收敛性方面的不足,提出主应力空间的回映算法,讨论了算法实现过程的应力空间转化问题,分析了应力更新过程中确定回映区域的方法,建立了相应的一致性刚度矩阵。基于大型有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT接口,利用 Fortran 编程语言,实现了Hoek-Brown准则主应力空间的隐式积分算法,利用开发的模型,进行了岩石常规三轴压缩试验的数值模拟,通过与ABAQUS内部的Mohr-Coulomb准则计算结果的对比,验证了模型和程序的可行性和准确性     

有限元水流计算中内存和运行效率初探

有限元在非恒定流计算中耗内存大、耗机时多的问题一直困扰着工程师,限制了有限元的应用.采用分步有限元方法离散二维浅水方程,并初步探索了行指标矩阵压缩存储稀疏矩阵的方法和效率以及预条件双共扼梯度法在求解有限元方法中形成的大型线性方程组中的效率,取得了满意的结果.在一定程度上缓解了有限元在非恒定流计算中存在的耗内存大、耗时多的问题.     

固态存储水位精简摘录的研究

讨论了固态存储水位数据精简摘录存在问题及所需满足的要求。介绍了曲线矢量压缩的Douglas-Peucker算法,对它做了改进并应用于水位过程线的精简摘录。应用实例表明该法能够以精简的数据反应出水位变化完整过程,是使用计算机完成固态存储水位摘录的有效方法。     

线源二维瞬变电磁场的正演计算新方法

首先应用有限元直接迭代法,在频域中实现了线源二维电磁场正演计算,然后利用频时转换中较为简便且有效的数字滤波法,实现了频域到时域的转换,从而实现了线源二维瞬变电磁场的正演模拟。该方法具有编程简单,占用内存小,运算速度快和模型输入方便等特点。模拟结果与理论计算结果对比表明,该方法具有较高的计算精度。另外,该方法对复杂条件下的瞬变电磁勘探方法的研究和二维瞬变电磁反演有重要意义。      

ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

煤巷聚焦多点电源探测电场超前扫描控制策略

为实现煤巷聚焦多点电源有效探测电场聚焦深度扫描和偏转角度扫描,准确把握有效探测电场的变化规律,根据超前扫描探测机理,利用高斯定理,采用两种不同的方法对积分过程进行求解,推导单根有限长均匀带电直线电极的电场线方程。利用电场线空间分布的对称性,归纳推理共面多电极电场线方程。改变聚焦屏流比系数,计算有效探测电场线边界线方程,分析平均电流密度及空间立体角变化规律;同时改变聚焦屏流比系数和偏转屏流比系数,分析电场边界线下边界角及偏转角变化规律,确定出超前扫描探测主电极与约束电极发射电流取值范围。此研究为野外开展聚焦多点电源电法勘探提供技术指导,对完善聚焦电法勘探机理,推动该技术理论发展具有重要意义。      

Subsidence Modeling Validation Through Back Analysis for an Italian Gas Storage Field

The multi-disciplinary work described in the paper was aimed at analyzing and predicting the cyclical ground surface movements induced by underground gas storage (UGS) activities in a depleted gas field located in the Po Plain (Italy). The field has been operated as a storage facility for nearly three decades. Currently, the possibility of delta-pressuring the reservoir (i.e. to increase the maximum operating pressure above the initial reservoir pressure) to enhance the storage performance is being considered. Significant information was collected over time: 2/3D seismic surveys, geological and sedimentological studies, 60+ logged wells, geotechnical lab tests and 50+ years of production history and monitoring were available for the development of a fully integrated static–dynamic–geomechanical analysis. The mechanical aspects of the study are the focus of this paper. The data coming from different sources at different scales were analysed and integrated to set up and characterize a 3D finite element method mechanical model to calculate the surface movements induced by UGS activity by adopting an elasto-plastic constitutive law. The model was then calibrated via a back analysis approach, i.e. the model parameters were fine-tuned so that the simulated subsidence/uplift would compare satisfactorily with the ground movements collected over nearly 10 years of monitoring via interferometric synthetic aperture radar analysis in the region under investigation. Eventually, the calibrated model was used as a forecasting tool for subsidence evaluation under different future storage strategies, including delta-pressuring conditions. Results proved that no significant subsidence is expected even if the maximum operating pressure reached 120 % of the initial formation pressure.     

应用离散元强度折减对复杂边坡进行稳定性分析

介绍了离散元（DEM）及强度折减法基本原理,利用3DEC软件结合强度折减法对某水电站高边坡进行稳定性分析。对岩体强度参数进行折减,以关键点位移与时间关系曲线发散时的折减系数作为边坡安全系数,根据位移矢量图确定滑面和破坏形态。通过与Dijkstra极限平衡有限元法及Sarma法的计算结果对比,验证该方法的可靠性。在二维计算基础上建立并简化三维模型,模拟边坡三维应力场。结合工程关注区域的应力及位移趋势,采用3DEC中的辅助节理截取典型坡段单宽模型,在已有的三维应力场的基础上对其进行强度折减,弥补了二维强度折减未考虑三维应力场对边坡稳定性影响的不足,把握了工程重点及力学特性,为类似工程提供了一种合理高效的稳定性分析手段。     

煤巷多点电流源双频激电法超前扫描探测技术

在掘进工作面上设计多点电流源双频激电法探测电极布置方式,根据稳定电流场性质,建立多点电流源电场线微分方程,基于变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法,对微分方程组进行求解。定义探测电场空间立体角和电场线边界角概念,分析探测电场平均电流密度随主屏流比系数及距掘进断面距离变化规律,确定聚焦效应探测时主屏流比系的取值范围。同时改变约束屏流比系数和主屏流比系数,分析探测电场偏转角的变化规律及对其影响的主要因素,确定偏转效应探测时约束屏流比系数的取值范围。工业性试验表明:利用该方法进行超前扫描探测,根据视幅频率和视电阻率异常激电效应参量变化规律,能够有效识别工作面前方围岩地质构造特征及低阻含水异常体的方向,但含水异常体距工作面的准确距离和含水量的大小尚需进一步研究。      

利用ICCG迭代技术加快电阻率三维正演计算

一般而言,有限差分法求解点源三维地电场正问题所形成的大型稀疏线性方程组Ａｘ＝ｂ,直接解法的计算效率极低。本文从系数矩阵Ａ的不完全Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解及矩阵特征值的特点等角度,说明了不完全Ｃｈｏｌｅｓｋｙ共轭梯度（ＩＣＣＧ）迭代技术可大大提高电阻率三维正演速度的内在原因。结合矩阵Ａ的稀疏存储模式,使得内存需求也大大减少。     

标量拟解析近似方法模拟立方体的异常电场

拟解析近似方法是一种求解积分方程的一种近似方法,它可以处理强散射或者大扰动的电磁散射问题,在计算过程中避免了传统微分数值方法解决问题时所遇到的大型矩阵或大型代数方程组的求解。孙建国[5]将其引入直流电场的积分方程中,并给出了求解异常电场积分方程的标量拟解析近似公式。在以前的研究中,已经验证了均匀场中异常球体的拟解析近似解的精度,这里对均匀场中的立方体异常体进行数值模拟,得到了直流电场中异常立方体模型的标量拟解析近似解。由于复杂地电模型可以用立方体的组合进行模拟,因此对立方体异常电场拟解析近似解的研究,为三维直流电场中复杂地电模型的快速正反演模拟打下了基础。     

X射线荧光法在茅排金矿床的应用

简述Ｘ射线荧光法（ＸＲＦ）的工作原理和工作方法,介绍了该方法在茅排金矿野外工作情况,详细讨论了不同源发源、不同滤片对及组合滤片对对相同剖面和不同剖面的测量结果,分析了野外和室内出现差异的原因,最后提出了看法。