基于COMSOL的起伏地形三维大地电磁数值模拟北大核心CSCD

COMSOL是一个多物理场仿真软件,笔者尝试将其应用于大地电磁法的数值模拟,研究起伏地形对大地电磁响应的影响及解决方案。本文由麦克斯韦方程组出发,施加第一类边界条件,将地形起伏数字化为参数化曲面,导入COMSOL进行计算。在对COMSOL的精度进行了验证的基础上,分析不同频点所需内存以及自由度,然后选择合适的频点进行研究。将三维起伏地形的模拟结果与无地形起伏时的结果进行对比,总结出山谷、山峰地形对三维大地电磁响应的影响,发现在XY模式下,地形对视电阻率的影响大于相位,在视电阻率等值线图中能够清晰地看出起伏地形的轮廓,而在YX模式下,地形对相位的影响大于对视电阻率的影响。最后,利用“比值法”进行地形校正,校正前由于起伏地形影响,在异常体附近会出现部分视电阻率数值跳跃现象,通过校正有效抑制了起伏地形对异常体附近视电阻率的影响,校正后的视电阻率曲线整体上移,并且异常体周围的视电阻率值也趋于背景场值,获得了较好的效果。     

同时实现地质雷达数据地形校正和偏移成像的方法

起伏地形使地质雷达图像变得复杂、地层界面的反射同相轴畸变、绕射同相轴严重偏离双曲线形状.提出了用麦克斯韦方程逆时偏移的方法同时实现地形校正和偏移成像以消除地形的影响.该方法将等偏移距逆时记录作为在接收点位置处的电流源,用时间域有限差分法求介质中的波场,输入波场退为零时刻时的空间电场分布即为地形校正和偏移成像结果.由于地形校正也是基于波动方程实现的,因此它比基于射线理论的常规静校正方法精确.通过比较该方法与常规静校正加逆时偏移之效果可知,该方法能更准确地对起伏地形下方的金属管线等绕射体成像.     

三维海洋可控源电磁场地形影响分析和校正

利用交错网格有限差分技术实现了频率域海洋可控源电磁三维正演算法,并探讨了海底地形对海洋可控源电磁响应的影响和校正方法及效果。通过与海底二维山峰地形的二维自适应有限元解对比,验证了文中算法的正确性和模拟海底起伏地形的可行性,并分析了海底二维山峰地形对三维油气储层电场响应的影响。关于海底起伏地形对海洋可控源电场响应的影响,采用比较法对其进行了地形校正,结果表明,在深水区比较法可以很好地消除地形影响,恢复海底高阻油气储层的电场响应。     

频域航空电磁法地形影响及校正研究

为研究起伏地形对航空电磁响应的影响,利用二维频域交错网格有限差分方法( FDFD) 计算模型中电磁场分布情况,并且用不完全乔里斯基预处理的双共轭梯度法求解大型稀疏复线性代数方程组。设计山脊和山谷两种起伏地形,同时改变坡度大小,比较不同坡度对电磁响应的影响程度。在此基础之上,提出线性校正方法,该方法具有简单快速的优点,弥补了耗时巨大的带地形的反演方法的不足。任意地形下的地形校正后的结果表明,该方法可以准确指示地下异常的存在。     

用边界单元法模拟二维地温场的地形影响

地形对地温场产生影响。在地形起伏较大地区，热流的实例值必须校正。本文用边界单元法模拟二维地温场的地形影响。与有限单元法比较，边界单元法具有单元剖分简单、剖分后的地形与实际地形拟合度高的优点。本文的计算结果与解析解、有限单元法的结果符合。     

任意四边形剖分二维MT有限元正演模拟

为了模拟实际的起伏地形,在前人研究的基础上,单元网格设计为任意四边形网格,单元内的场值双线性变化,采用了高斯数值积分法计算单元系数矩阵,并给出二维大地电场的辅助场表达式。通过模型算例表明,模拟结果与解析解的均方误差在1%以内,地形模型与前人的模拟结果相吻合。分析对比了两个不同坡度模型对视电阻率和相位的影响。采用任意四边形网格剖分法,降低了编程难度,可以方便地适应野外地形的起伏变化。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(五)——地形对TEM资料的影响

通过观测点的地形对瞬变电磁法（TEM）相关资料的影响分析,结果表明其大小不但与地形的变化幅度有关,也与表层电阻率高低、观测延时有关。通过模拟计算与实际应用,验证了地形对TEM资料影响的规律。地形对TEM资料影响的实质是地形起伏促使涡流聚散,致使感应场升高或降低,导致TEM视电阻率变化与地形起伏反向。根据地形对TEM资料影响的规律,可采用适当方法进行地形影响校正。      

可控源音频大地电磁考古资料的地形校正、解释方法效果对比

介绍了秦皇陵考古探测CSAMT视电阻率数据中的地形影响和采用不同校正方法进行校正的对比研究结果.这些结果说明,采用不同的地形校正方法,其解释结果会有很大区别,以此提醒人们对起伏地形资料进行解释时,应小心使用各种地形校正方法;同时展示出采用合适的校正方法对地形进行校正,可以明显压制CSAMT考古资料中地形影响,改进数据解释质量,说明地形校正是非常必要的.     

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。     

频率测深的地形影响及其校正方法

从含源麦克斯韦方程出发，按照二维地形条件下的线源非齐次赫姆霍兹方程确定其边界条件，用边界元法计算了起伏地形条件下线源的频测影响曲线，并将其转换为二维地形点源赤道偶极装置频测曲线。总结了地形对频测曲线影响的规律，提出了地形校正的方法。     

低速带底面起伏条件下常规低速带静校正误差及分析

通过对典型低速带起伏理论地质模型的常规静校正误差的计算和分析,表明在低速带起伏条件下用常规静校正方法进行低速带静校正存在较大的校正误差,不仅在时间剖面上产生假的同相轴特征现象,而且在反演速度上引起不真实的纵、横向速度变化;证明了低速带静校正误差主要与炮检距、目标层埋深、低速带底界的曲率及形态和低速带与基岩速度差的大小有关。     

地震共中心点道集的滑动基准面静校正和动校正叠加理论模型计算和分析

本文通过对两个典型地形起伏的四个水平界面理论地质模型的计算和分析,进一步阐明了在复杂地形条件下用常规水平基准面静、动校正方法进行反射波法多次覆盖,不仅达不到较为理想的多次覆盖的目的,反而使之同相轴发生畸变并产生假的同相轴特征的主要原因及该方法所存在的问题;证明了滑动基准面静、动校正叠加方法在复杂地形地区从事地震反射波法多次覆盖技术勘探的有效性、实用性和可操作性。     

起伏地表条件下三维直流电场拟解析近似方法

为了研究起伏地表条件下三维直流电场问题,基于全空间的拟解析近似理论,推导出起伏地表条件下三维直流电场的拟解析近似理论公式。将起伏地表条件下地下存在异常体时所产生的异常电场分为两部分,其中一部分为地下三维异常体所产生的体异常电场,通过对异常体的体积分求得;另一部分为由起伏地表所产生的面异常电场,可以利用对起伏地表地空界面的面积分求得。利用拟解析理论,对两部分异常分别推导体电反射函数和面电反射函数,得到起伏地表下电场积分方程的拟解析近似公式。该理论公式为解决起伏地表问题提供了一种思路,丰富了拟解析理论的应用,为直接进行正反演模拟、消除起伏地表对电法勘探的影响打下了基础。     

起伏地形上规则二度体复重磁场正演和直接反演

上接211页13　n个无限薄板叠加场反演13.1　复场展开以Mj代替2Mmj和2fMgj,以F(S)代替G′(S)和T(S),得复场F(S)= nj=1Mjσj-S=- nj=1MjS-σj。(13.1)展开上式,即F(S)=-1(S-σ1)(S-σ2)…(S-σn)×{M1(S-σ2)(S-σ3)…(S-σn)+M2(S-σ1)(S-σ3)…(S-σn)+…+Mn(S-σ1)(S-σ2)…(S-σn-1)}。(13.2)根据(9.2)、(9.9)式有(S-σ1)(S-σ2)…(S-σn)=-1F(S){Φ1+Φ2+…+Φn};Φ1=M1{Sn-1-x1(1)Sn-2+x2(1)Sn-3-　　　　…+(-1)n-1x(n-1)(1)},Φ2=M2{Sn-1-x1(2)Sn-2+x2(2)Sn-3-　　　　…+(-1)n-1x(n-1)(2)},Φn=Mn{Sn-1-x1(n)S…     

2.5维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟

研究起伏地表对视电阻率分布的影响是进行地形校正的基础。由于很难处理不规则边界,计算简洁且效率高的有限差分方法很少用于解决起伏地表问题。为了解决该问题,引入曲化平思想,实现了一种基于坐标变换法的起伏地表条件下的直流电场数值模拟方法。方法从传统的2.5维基本方程及边界条件出发,通过坐标变换将起伏地表问题转化为水平地表问题,并利用有限差分法求解水平地表问题,最后再通过坐标映射得到起伏地表条件下的电位和视电阻率分布。精度分析及计算实例表明：本方法实现简洁,计算误差主要集中在震源附近,整个计算区域内的平均相对误差为1.39%,计算结果满足起伏地表条件下的电位和视电阻率的分布规律。     

有耗媒质中线天线激励下三维异常体的散射

本文研究均匀有耗媒质中,在半波长偶极天线的场激励下,多种形状和参数的异常体的散射特性。用矩量法分别求解良导电球体散射的磁场积分方程和有限导电的长方形异常体散射的电场积分方程。讨论了与数值法有关的近似、误差和检验等问题。通过数值计算得出媒质电参数改变、散射体大小、形状以及空间位置改变时散射场变化的规律。水中金属球和介质块散射的测量结果与数值计算结果吻合较好,验证了数值模型的正确性。     

复杂地形下的一种地震野外静校正的新方法──浮动基准面静校正

本文从理论上论述了复杂地形条件下常规基准面静校正和存在的误差以及存在误差的主要原因。提出了一种新野外静校正方法──浮动基准面静校正,完全消除了常规基准面静校正方法所存在的误差,提高了地震时间剖面的质量和解释精度。     

磁性起伏地形磁异常改正方法探讨

磁性起伏地形磁异常改正是提高表层具有磁性地区磁法勘探效果的有效途径。通过理论分析,提出了一种简便、快速的改正方法并给出应用实例,对改正方法应用需注意的问题进行了探讨。     

层析法在黄土塬区近地表结构调查中的应用

我国西部黄土塬区的静校正问题十分突出,精细、准确的近地表结构调查对于解决激发井深的设计和静校正问题尤为重要,但该区的常规小折射解释精度极低,微测井难以追踪到高速层。在充分试验的基础上,提出了一种新的近地表结构调查方法——层析近地表结构调查法,该方法有效解决了上述难点,与常规小折射方法比较,该方法获取的近地表结构信息更丰富,刻画的近地表结构更为精细,能够较好地用于井深设计和静校正处理中初始模型的建立。     

区域重力地改“测点高程平移法”精度探讨

在讨论测点高程平移法区域重力地改的精度问题基础上，提出了系统差概念，并推荐一种新的计算方法，即把测点高程平移法和节点高程插值法有机地结合起来实现地改，通过理论模型和实例计算，表明该方法计算精度优于节点高程插值法和测点高程平移法。