导线环垂直激发场高精度数值模拟

导线环垂直激发场是导线环在地下产生的激发场中垂直于地磁场的分量,在地面核磁共振找水方法中,垂直激发场在地下的分布直接决定地面核磁共振响应,探讨影响垂直激发场地下分布的诸因素进而研究这些因素对地面核磁共振响应的作用,对核磁共振找水正确野外施工具有一定的指导意义,有助于采集更高质量的野外数据.利用经典Chave算法对含有贝塞尔函数的强振荡积分核进行了数值积分试验,将其计算结果和对应的解析解进行了对比,试验结果显示该算法用于强震荡函数无穷积分的计算具有良好的收敛性、较高的精度和较快的计算速度,采用Chave算法对含有贝塞尔函数的强振荡函数进行积分是可行的.在此基础上,进一步计算并数值模拟了导线环垂直激发场及其相位,分别从地磁倾角、磁偏角、地下介质导电性、深度等方面探讨了影响垂直激发场及其相位分布的主要因素.     

地表大回线源在任意层状介质中产生磁场的计算

在地面核磁共振数值模拟中,地下介质中任意一点处磁场快速计算非常重要。作者然对水以状介质,推导出利用递推方法求得任意一层中电磁波的透射和反射系数的简单方法,从而为精确、确定地计算位于地表的大回线源在地下任意一点处产生的磁场创造了有利条件。     

高精度地面核磁共振数据正演计算

为高精度、快速地完成地面核磁共振信号的正演模拟,借助连分式插值技术对积分核函数利用尽可能少的节点上的值进行插值计算。核函数的积分采用高斯求积公式。对自由空间中单层含水层地面核磁共振响应的数值模拟结果表明,结合插值与高斯积分,能精确、高效地获得地面核磁共振信号。     

多层介质点电流源磁场响应计算

介绍了点电流源层状介质模型磁电阻率法响应的模拟方法。由电流磁场的旋度公式出发,推导了多层介质中点电流源磁场的表达式,其为一个关于空间径向坐标和贝塞尔函数空间波数的二重积分。利用贝塞尔函数的性质可将该二重积分化为标准的贝塞尔积分,然后采用直接数值积分的方法计算该积分。在此过程中通过连分式展开加快积分求和的收敛速度。利用上述方法对海底天然气水合物模型点电流源产生的磁场进行了计算。模型计算结果表明,海底天然气水合物的存在能引起磁场较为明显的相对变化。     

水平电偶源充电电磁法正常场研究及其应用

地下水平电偶源在地面上形成的正常电磁场的研究是电法勘探的重要理论问题。本文给出了地下半空间存在低阻薄层时的地下水平电偶源在地面上形成的电磁场各分量的表达式,并由此对正常场进行了计算、分析,对实测资料进行了处理和解释。结果表明,在低频情况下,地下水平电偶源在地面上形成的磁场受低阻覆盖层和水平导电层的影响小,具有稳定的特征。      

用快速汉克尔变换计算各向异性层状介质中点电流源的电位响应

针对任意各向异性地层,利用快速汉克尔（Hankel）变换导出了点电流源在地下介质中的电位响应关系,计算了各向异性地层的直流电视电阻率,重点分析了电阻率测深方法对地下各向异性介质的探测能力。这里采用二维傅立叶变换,首先导出了均匀各向异性层的电位一般解函数,利用各层界面电位和电流密度垂向分量的连续性及地下电流源的耦合条件,推导出不同层之间电位和电流密度垂向分量的传递函数,建立了空间电位和电流密度的递归计算关系。针对源点附近电位函数的奇异性,采用柱坐标变换,将二维傅立叶变换转化为汉克尔（Hankel）变换,并用快速汉克尔（Hankel）变换计算所有的位函数值。采用均匀各向异性半空间的解析解,验证了文中算法的正确性,给出了多层各向异性地层模型的视电阻率响应曲线,分析了直流电法探测裂缝性地层,估计裂缝分布性状的可能性。     

轴向各向异性地层瞬变电磁三分量响应特征

多数地层和裂隙积水区的电导率具有各向异性特性,地层的各向异性对瞬变电磁观测会产生较大的影响,尤其是对水平分量特征更加明显。为研究轴向各向异性地层的瞬变电磁三分量响应特征,基于时域有限差分算法,引入电导率张量构建控制方程,实现电导率轴向各向异性三维瞬变电磁三分量正演。通过与各向同性半空间模型和各向异性半空间模型的一维解析结果对比,验证了算法的准确性;建立各向异性半空间模型、层状模型、含水体模型并计算其回线源瞬变电磁三分量磁场响应。结果表明：水平方向电导率各向异性对三分量磁场响应均产生较大影响,其中x轴各向异性对?B_y/?t分量响应的影响大于?B_x/?t,y轴各向异性对?B_x/?t分量响应的影响大于?B_y/?t,z轴各向异性对三分量磁场响应几乎没有影响;浅部地层的电导率各向异性对三分量磁场响应的影响占主导成分;当采集点在x方向距异常体中心小于y方向时,x轴各向异性对三分量响应影响程度大于y轴各向异性,反之亦然。基于本文研究成果,可为各向异性地层条件下瞬变电磁三分量处理解释提供一些有价值的理论借鉴。     

双偶极电磁装置对导电平面的电磁响应

在导电平面模型基本解的基础上,推导出该模型的垂直和水平磁偶极子二次磁场的表达式,利用现代数值计算方法,可以计算出某些双偶极电磁装置的相位矢量图等解释图表,为地面及航空电磁测量资料解释服务.     

激发极化弛豫时间谱测井仪探测特性理论分析

大庆测井公司提出具有自主知识产权的激发极化弛豫时间谱测井方法,并研制出了仪器原理样机。这里利用数值分析技术计算了仪器的探测特性。对于仪器分辨率,以简化井眼模型为基础,利用格林函数得出了仪器层厚响应的计算公式,并将计算结果与自然电位测井层厚响应对比,给出仪器的定性分辨率为0．4m;对于仪器的探测深度,利用有限元数值模拟方法得到地层中电位分布,并与核磁共振仪器相类比,得出仪器探测深度为0．75m。     

任意形体磁场及其各阶导数的正演

本文导出了计算任意形体的磁场及其各阶导数的面积分形式表达式,在数值计算方面可采用一般的数值积分方法.理论模型上的计算结果表明了方法的正确性及具有令人满意的精度.     

导电性对地面核磁共振信号的影响研究

与其它勘探方法相比,核磁共振(NuclearMagneticResonance,缩写NMR)的方法是直接勘探地下水中NMR信号的唯一有效方法,该信号的初始振幅决定了含水层深度及自由水的含量。但在实际工作中,大地导电性对含水地层中的NMR信号有直接影响,使得同样脉冲矩条件下,勘探深度有变化。为了评价大地(岩石)导电性对勘探深度的影响,建立了一个地面找水模型,对NMR信号进行数值模拟。仿真结果表明,NMR信号的振幅可以评价含水地层的结构,但大地导电性的增强将导致勘探深度的降低。     

基于电缆地层测试的储层径向有效渗透率计算新方法

试井方法是求取地层径向有效渗透率最直接有效的方法,但其测试费用较高。提出了基于电缆地层测试结合核磁共振测井获得地层径向有效渗透率的新方法。应用电缆地层测试仪器求取地层纵向有限测试点的有效渗透率水平分量,进而应用各测试点有效渗透率水平分量对核磁共振渗透率进行刻度,计算刻度后的核磁测井渗透率平均值,可获得既能反映测井表现的地层纵向非均质,又能表现电缆地层测试渗透率的有效性。该方法应用于现场测试,与DST (钻柱地层测试)测试结果对比具有较高的计算精度,同时可以节省大量的测试费用。      

潜流交换温度示踪方法研究进展

潜流带是河流生态系统中活跃的生态群落交错区,是地表水和地下水相互作用的重要界面。研究潜流带内存在的潜流交换机制对评估水资源的开发利用以及维持和修复河流生态系统健康有着重要意义。系统介绍了温度示踪方法的一维垂向稳态和瞬态热运移解析模型,梳理归纳了基于温度示踪的时序数据采集方法、信号分析方法和数值方法的相关研究进展,最后对比论述了温度示踪方法的优势和存在的主要问题,同时指出了地下水的多维流动、温度测量的不确定性以及非理想条件对解析模型的影响仍是未来温度示踪方法需要进一步研究的重点。     

地面核磁共振正则化反演方法研究

不同的模型约束对基于正则化反演技术的地面核磁共振测深数据反演影响很大。利用理论数据讨论了平坦模型和光滑模型约束及与之相关的正则化参数对反演结果的影响规律。模拟表明,无论是高信噪比数据,还是低信噪比数据,反演的含水量在小正则化参数时,对模型约束的依赖性不大,主要受正则化参数影响。大正则化参数时反演分辨率低,而小正则化参数在保证数据拟合精度提高的同时,增加了模型的分辨率,能获得更可靠的含水量分布。     

地面核磁共振模型约束反演含水层参数

导电模型的地面核磁共振感应电动势是含水量的非线性函数.引入模型约束的迭代反演方法求解该非线性问题的反演.在反演过程中,根据理论公式计算迭代过程中灵敏度矩阵,并采用平坦模型和光滑模型两种约束.对均匀半空间、层状导电模型和实际数据进行了反演模拟,结果表明,模型约束迭代反演方法能从地面核磁共振感应电动势获得含水层较为合理的含水量及分布,且该结果可以从作为初始模型的均匀含水量分布反演得到.对无噪音数据,平坦模型和光滑模型约束对反演的含水量分布影响不大;但当数据存在一定的噪音时,平坦模型约束将比光滑模型约束获得更为精确的含水层参数.     

地面核磁共振在陕北基岩裂隙水地区找水的应用

地面核磁共振方法具有直接找水、提供水文地质参数、受地形影响小、垂向分辨率高、经济快速等优点,但它同时也具有易受电磁噪声干扰、横向分辨精度低、勘探深度小等缺点。通过核磁共振先探明地层中的地下水。再辅以钻探验证,说明该方法在层状基岩找水也是一种有效的方法。     

井中磁测资料预处理与弱信号识别

井中磁测仪器距离场源近,磁测资料受到钻孔打穿磁性体产生的内磁场影响,往往存在强干扰压制有用信号,因此研究井中磁测资料预处理与弱信号识别方法具有重要意义。笔者将地面重磁资料边界识别中倾斜角总水平导数和解析信号振幅方法改进后应用于井中磁测资料预处理中,提出倾斜角垂向导数和均值归一解析信号振幅方法。通过模型分析证明了两种方法都可识别强弱不同的井旁磁性体位置,反映边界信息,且给出了计算均值归一解析信号振幅过程中窗口选择的依据。将两种方法应用于江苏某工区ZK002孔磁测资料预处理中,得出倾斜角垂向导数方法应用于实测资料中会放大干扰,而均值归一解析信号振幅方法增强了该钻孔弱异常信息,且压制了干扰信号,处理结果与磁化率测井和钻孔资料相对应。     

Motion of an eruptive prominence in the solar corona

A model for the nonradial motion of an eruptive prominence in the solar corona is proposed. Such motions, which can sometimes be inaccessible to observation, result in an apparent break in the causal link between eruptive prominences and coronal mass ejections. The global magnetic field of the Sun governs coronal plasma motions. The complex structure of this field can form prominence trajectories that differ considerably from a simple vertical rise (i.e., radial motion). A solar filament is modeled as a current-carrying ring or twisted toroidal magnetic rope in equilibrium with the coronal magnetic field. The global field is described using two spherical harmonics. A catastrophic violation of the filament equilibrium followed by its rapid acceleration—eruption—is possible in this nonlinear system. The numerical solution of the equations of motion corresponds well to the eruption pattern observed on December 14, 1997.     

复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展

磁共振地下水探测是一种直接非侵害性探测地下水的地球物理新方法,与传统地球物理探测地下水方法相比,具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一等优点。近年来地下水磁共振探测技术发展迅速,不仅用于缺水地区的地下水勘查,还在地下灾害水源（由于地下水引起的灾害如堤坝渗漏、隧道/矿井水害、滑坡、海水入侵等）的探测预警中进行了探索性研究。综述了复杂条件下地下水磁共振探测技术的研究现状,包括强电磁干扰环境的自适应噪声压制、地下小水体的2D/3D磁共振探测、复杂条件的数据处理与反演、针对喀斯特地貌等地质环境的地下水磁共振与瞬变电磁联合探测研究成果,简要介绍了磁共振技术用于滑坡、海水入侵和隧道涌水等灾害水源探查的探索性研究示例,展望了地下水磁共振探测技术的未来发展趋势。     

Stability assessment of a circular earth dam

Stability of a circular earth dam is assessed for radial cracking potential and static slope stability using continuum mechanics‐based three‐dimensional numerical models. Comparisons of numerical model results for a circular water tank with vertical walls and different radii with their analytical counterparts are included to support the validity of the ideas and their implementation in the continuum mechanics‐based computer program used. Effects of sloping wall faces and Poisson's ratio on computed deformations and stresses are also included. The same numerical models are used to assess stability of a circular dam in terms of factor‐of‐safety and associated failure surface. Three‐dimensional slope stability analysis results are compared with continuum based two‐dimensional slope stability analysis results to assess the magnitude of 3D effects. Example problems are included to illustrate the use of ideas presented. Published 2013. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.