电阻率层析成像反演中若干问题的讨论

以双异性点电流源电流场二维地电断面为例，着重讨论了电阻率层析成像反演中有限单元法数值模拟边界条件的选择，网格部分以及模拟精度等问题，同时也讨论了成像反演中最优化反演方法及拟合参数的评价等。文中提出的网格部分方法和选择的边界条件可有效地提高计算速度和数值模拟的精度。     

基于区域Delaunay自动剖分的含水层参数反演

针对地下水有限元数值模拟中区域三角网格剖分复杂难以处理的情况,提出适合其特点的Delaunay三角网格自动剖分方法,并对含有多个参数分区的含水层进行网格剖分,最后利用遗传算法和有限元程序相耦合来反演含水层水文地质参数。结果表明此方法可大大简化地下水数值模拟的前处理工作,并能提高有限元网格剖分的有效性和准确性,从而得到令人满意的数值模拟结果。     

网格剖分对大地电磁测深反演精度的影响

网格剖分的合适与否,影响着反演结果的精度。用不同模型、不同反演方法,对比验证粗细两种不同的网格对反演精度的影响。研究结果表明,从整体上看两种不同网格剖分方式,粗网格在深部比细网格模拟精度高,但是近地表开始阶段,粗网格与细网格波动幅度都较大,都脱离正常值,粗网格模拟精度不如细网格;粗网格的整体变化幅度比细网格缓和,其中对低阻异常体反演精度较好,但对高阻异常体反演精度较差,与真实值相去甚远。     

网格剖分及边界对MT Occam反演的影响研究

在大地电磁有限元模拟计算中网格剖分及边界放置是否得当,影响着最终的反演结果。基于Occam反演法从网格剖分及边界方面,设计不同模型,讨论不同网格对反演精度的影响。研究表明,对于二维介质体,只要将网格边界置于适当倍数趋肤深度的距离处,便可忽略截断边界的影响,无需放置在无穷远。在同一频段及不均匀剖分的前提下,粗细网格均可获得良好的反演结果。细网格的反演精度高于粗网格,但未能很好地圈定异常体的边界。粗网格剖分下,MT Occam法对低阻异常体反演效果较好,而对高阻异常体效果较差。     

弹性波数值模拟的混合边界与频散抑制

针对刚性边界条件、衰减边界条件与透射边界条件对弹性波场的影响及计算中产生的数值频散现象,将衰减边界与透射边界双重作用于人工边界,引入了混合边界条件,并在计算中采用了微量阻尼的方法,结果表明,混合边界条件能更好地吸收人工边界的反射;数值频散的阻尼算法能大大减弱由网格剖分、计算误差造成的频散现象。该方法可有效提高波场模拟精度。      

网格尺寸及边界对大地电磁有限元正演精度的影响

大地电磁正演的精度对后续反演意义重大。决定大地电磁有限元正演精度的因素,主要有插值函数、方程组的求解误差,以及网格的剖分程度。而网格剖分的合适与否,为有限元的求解提供了先决条件。因此,从边界条件和横向网格以及纵向网格三方面,讨论了网格剖分对大地电磁正演精度的影响。经研究表明,对于一维和左右对称的二维介质,左右和下边界都无需放置在无穷远处,并且横向网格对精度影响不大。而由于纵向网格与近地表的最小趋肤深度密切相关,所以地表网格不得大于1/4个趋肤深度。     

基于非结构网格的带地形MT二维Occam反演及应用

本文对基于自适应非结构三角形网格的带地形MT数据二维Occam反演进行应用研究.自适应非结构三角形网格能够准确地模拟起伏地形和复杂地质构造,正演网格由有限元解的后验误差估计指导自动细化,保证了模型响应的准确性,反演网格在反演目标区域采用精细网格剖分,在模型边界区域采用粗网格剖分,在满足反演精度的前提下减少了不必要的反演...     

三角剖分自动生成的两种算法

网格剖分是数值模拟中有限元方法的基础和关键之一 ,剖分的好坏直接影响模拟结果的精度。数值模拟目前已应用于许多领域 ,如地球化学、水文地质、工程地质、矿床地质、油气地质、油藏工程、土力学和岩石力学等。在众多的网格剖分中 ,三角剖分最具优势 ,可以很好的拟合任意形状的边界 ;三角平面的组合可以较好地逼近任意曲面 ;三角形元素的局部逼近多项式可以采用完全多项式。以往三角剖分多采用手工剖分或者设计复杂的自动剖分 ,具有速度慢、扩大误差、增加计算周期和不能充分拟合边界等缺点。笔者在工作中发现了两种三角剖分自动生成方法—…     

频率域航空电磁法人机交互式二维正演研究

研究了频率域航空电磁法的电磁场理论、边界条件、有限元单元法求解等内容,重点介绍了网格剖分原理,实现了人机交互网格剖分软件以及二维有限单元数值模拟算法。通过二维数值模拟计算,了解了圆柱体模型的响应曲线特征,提高了频率域航空电磁数据的解释水平。     

迭代有限元法数值模拟若干问题的讨论

以点源二维地电断面为例，着重计论迭代有限元法数值模拟的边界条件，网格剖分以及模拟精度等问题。     

矿井直流电法三维正演计算的若干问题

介绍了用于矿井直流电法三维正演模拟不同数值计算方法的特点及其适用范围,提出了用对数等间距和算术等间距相结合的网格剖分方式,说明了电极互换原理所满足的地质条件。针对合成系数矩阵为非对角占优的特点,采用了大数处理方法,使其线性方程组适用于现有的求解方法。最后通过对具体问题的探讨,阐述了地质模型的计算精度和计算时间之间的相互关系,为模型参数的选择提供了一定的理论基础。     

基于逐元算法的地震勘探高精度谱元法数值模拟

针对复杂构造地震勘探,常规正演模拟算法存在精度和计算效率低的问题,笔者研究并提出了基于逐元算法的高精度谱元法数值模拟方法。基于波动方程强、弱形式,推导二维波动方程的谱元解法,进而利用逐元算法,无需形成全局矩阵,仅对于独立的小规模单元结构进行计算,提高计算效率,减少存储空间消耗。应用基于逐元算法的高精度谱元法对复杂金属矿模型进行数值模拟,得出本方法计算精度高、数值频散小,计算效率高。     

Elman神经网络在地下水动态预测中的应用

详细介绍了Elman神经网络的基本结构和数学模型,同时以地下水动态预测为例,给出用Elman神经网络建立地下水动态预测模型的方法。模型检验结果表明,该模型拟合和预测精度均较高,可应用于地下水动态系统的建模,借此说明Elman网络在地下水动态预报中的可行性,并为Elman网络技术在水文水资源领域的动态模拟应用提供借鉴。     

直流电阻率三维正演的预条件共轭梯度法研究

三维电阻率法对反演的精度和速度的要求越来越高,而正演是反演的基础,因此直流电阻率三维正演计算的速度和精度是三维电阻率反演实用化的关键。这里利用对称超松弛预条件共轭梯度法(SSOR-PCG),求解有限差分法离散生成的大型稀疏线性方程组,预条件矩阵的选择大大降低了系数矩阵的条件数,结合矩阵的一维非零元素压缩存储模式,使得正演计算速度得以提高,而内存占用量明显减小。在直流电阻率三维正演中采用异常场法,提高了电源点附近的解的精度。利用编制的有限差分正演程序,对两层模型、垂直接触带模型和低阻异常体模型进行了数值模拟,计算结果表明该算法是可行的,且可以明显提高正演计算的速度和精度。     

波流环境中射流的大涡数值模拟

采用大涡模拟方法（LES）对波流环境中的垂向圆管射流进行了数值模拟。出口边界采用人工海绵层加零梯度条件以减小数值反射,且保证自由出流;入口边界分别采用线性叠加和非线性叠加的波流边界条件,通过与物理实验数据对比发现,采用非线性叠加的边界条件时模拟精度更高。数模结果表明,在波浪和水流共同作用下,射流体上部出现了较为明显的“水团”现象,射流平均速度矢量较纯流环境中更靠近底床,这与前期实验观察的结果一致。     

基于光滑质点流体动力学的海冰热力-动力数值模式

考虑海冰热力因素对其厚度、密集度的影响,在光滑质点流体动力学(SPH)基础上发展了一个海冰热力-动力数值模式。该模式既解决了传统欧拉有限差分法和质点网格法存在的数值扩散问题,同时弥补了光滑质点动力学海冰动力模式未考虑热力因素的不足,具有精确模拟冰缘线运动、计算精度高等优点。首先介绍了光滑质点流体动力学的基本原理,并对海冰生消的热力因素进行了分析,将影响冰厚和密集度的热力因素引入到光滑质点流体动力学的海冰动力模式中,得到该热力-动力模式的控制方程。应用该数值模式对渤海海冰进行了48 h数值模拟,得到了海冰厚度和速度矢量的分布规律;对JZ20-2海域的海冰厚度、冰内温度场分布以及热力因素的变化特性进行了讨论。数值模拟结果表明,该数值模式能够很好地适用于渤海海冰数值模拟,是一种有效的海冰数值模拟方法。     

河北平原地热流体可采量计算方法及岩溶热储分布规律研究

随着能源供需矛盾的加剧,河北省地热资源开发利用呈快速增长态势,对地热流体可采量及其计算方法的研究亟待加深。通过实例,采用热储法、解析法、统计分析法和数值模拟4种方法对河北平原区层状热储地热流体可开采量进行了评价和对比; 分析了岩涪热储及资源现状。研究认为: 热储法和解析法适合勘查程度较低、无地热井或仅有少量地热开采井和产能试验数据的地热田,其计算精度较低; 统计分析法和数值模拟法适用于勘查程度较高、已开发利用多年、具有多年动态监测资料的地热田,计算结果可靠程度较高; 地热流体中岩溶热储具有温度高、易回灌、可持续性好等特点,主要赋存于古生界和中新元古界地层中; 岩溶热储被新生界地层覆盖,有利于储集层的聚热和保温; 在基岩隆起带(古潜山)岩溶裂隙发育,构成深部热水储集层,可形成有重要开发利用价值的地热田,是下一步地热勘查和开发的主要热储类型。     

MT有限元模拟中截断边界的影响

利用有限元方法进行大地电磁正演数值模拟时,由于是在有限网格区域上的数值计算,模拟计算时的网格边界为截断边界,而有限元数值模拟时的大地电磁场边界条件需要在足够远处才能够满足,所以截断边界的存在可能会使大地电磁正演模拟的边界条件无法满足,致使对计算结果和计算精度产生影响。利用有限元二维正演程序,在网格边界处加载一维情况下的大地电磁场,然后固定研究区域的网格剖分,并对一维地电模型和二维地电模型在改变有限元网格边界大小的情况下进行计算。在对一维模型进行模拟计算时,截断边界对边界条件没有影响,边界条件自然满足。而对二维模型进行模拟计算时,截断边界的存在对计算结果有较大影响。利用趋肤深度作为有限元网格边界变化的量度,通过改变网格边界大小,对不同的二维地电模型进行计算比较,总结出适合大地电磁有限元正演模拟的参考网格边界。     

高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述

开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识:（1）深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;（2）不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;（3）考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC（温度场—渗流场—应力场—化学场）过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有:Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;（4）指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;（5）针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。     

嵌套抽样算法用于地下水模型评价的算例研究

模型评价（模型选择）是地下水数值模拟不确定分析的重要研究内容,模型边缘似然值是进行模型评价的重要依据。嵌套抽样算法是一种高效的高维积分计算方法,能有效计算复杂模型的边缘似然值。本次研究提出了一种基于Adaptive Metropolis的嵌套抽样算法,通过对两个（线性、非线性）解析函数及一组不同结构的地下水模型边缘似然值的计算,并与大样本条件下算术平均方法的计算结果相对比,验证了该方法对于计算模型边缘似然值的有效性。