并矢格林函数等效源法在钻孔电磁波法中的应用

针对双孔电波法的实际情况,研究无限有耗媒质中,在半波偶极天线激励下,存在导电异常体的散射问题。理论上是根据等效源定理在散射体内引入等效电流,利用并失格林函数建立电场的积分方程并将其化为矩阵方程。在数值计算中,精心设计计算机程序,为提高计算精度,采取小圆柱体作为剖分单元。从物理角度对积分方程奇异点做巧妙的处理。经多次试算,结果令人满意。从而证明本文提出的理论和计算方法的有效性和适用性。     

起伏地表条件下的声波散射数值模拟的积分方程法

从散射理论的角度来看,起伏地表可以看作是一种特殊的扰动介质,因此应用散射积分方程求解起伏地表条件下的散射场在理论上是可行的。从三维频率域声波方程出发,由格林函数定理,得出起伏地表条件下的散射积分方程。散射积分方程为关于起伏地表的面积分和与速度扰动体有关的体积分之和,同时给出了格林函数在奇异点的积分方法。由于数值离散求解积分方程存在着计算时间太长和存储内存不足的问题,采用电磁散射积分方程的拟解析近似的方法。在假设反射函数为缓变函数的基础上,最终得到其近似表达式,因此散射场的数值求解不必再借助于代数方程组,只要进行数值积分即可。这种方法避开了传统数值计算方法存在的问题,为地震散射波场快速正演模拟打下了基础。理论分析表明,这种方法适用于小扰动的问题。当扰动较大时,拟解析近似会产生较大的误差。     

三维直流电场标量拟解析近似法数值模拟精度分析与评价

拟解析近似方法是一种可以处理强散射或大扰动问题的求解积分方程的近似方法,该方法可以避免用传统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问题。根据孙建国在文章[14]中的求解异常电场积分方程的标量拟解析近似理论公式,对标量拟解析近似进行研究。对均匀场中的异常球体标量拟解析近似解进行计算,并与理论解进行了对比,验证了其精度,证明拟解析近似方法求解直流电场积分方程是可行的。通过对标量拟解析近似方法在直流电场数值模拟的研究,为三维直流电场快速正反演模拟打下了基础。     

声波散射数值模拟的两种新方案

声波散射的数值模拟问题一般用网格法或积分方程法解决。当模型的尺度很大时,两种方法都会遇到计算机资源不足所造成的困难。另外,在网格法中,场源的位置和场源附近的波场奇异性逼近精度都受网格点的控制,因此难以满足实际问题所提出的要求。针对这些问题,提出了两种处理声波散射问题的新方案。一种主要针对网格法,另外一种针对积分方程法。在针对网格法的方案中,通过模型分解和波场分裂,将原始的总场计算问题转化为散射场计算问题。由于背景场是由解析公式给出的,所以可以将场源放置在数值网格的任意位置,不一定非得在网格点上。基于同样的原因,场源附近的波场奇异性可以精确地算出。在针对积分方程法的方案中,通过引入拟线性近似,使得散射场的数值求解不必再借助于代数方程组,只要进行数值积分即可。所建立的数值计算方案具有普遍的适用性,其基本思想可以直接用于解决弹性波散射的数值模拟问题并用于反演密度和速度。     

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。     

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。     

基于互相关成像条件的保幅高斯束逆时偏移

常规的逆时偏移算法都是基于双程波动方程的数值解法,实际上利用Kirchhoff积分进行波场延拓,也可以实现逆时偏移。以Kirchhoff积分为基础,采用高斯束叠加积分表示的格林函数来表示正反向延拓波场,将正反向延拓波场进行保幅的互相关得到地下成像。保幅高斯束逆时偏移方法结合了射线类偏移方法的高计算效率和逆时波动方程偏移的高精度,能很好地处理焦散点、陡倾角等问题,并且具有面向目标成像的能力,并消除了偏移过程中的几何扩散效应和入射角变化引起的振幅误差。     

基于电场不连续边界条件的层状介质电磁格林函数计算

给出了适用于全空间层状模型偶极子源格林函数的去奇异性广义描述技术。过源平行于层界面设置一个虚界面,使相邻层界面限制的区域中电磁矢量势函数可以分解为TE模式和TM模式标量势函的叠加,且它们都满足齐次Helmhlotz方程,相应的解可以通过叠加上行波和下行波函数得到。源的奇异性被耦合到切向电磁场所满足的不连续边界条件上,并通过反射系数所描述的振幅递推关系延拓到其他任意层中,实现了全空间任意位置格林函数的计算。该思路被应用到VED源激发的海洋电磁模型数值模拟中,计算结果很好地反映了电磁场在海洋模型中的传播过程,验证了该技术思路的正确性。     

有限长接地导线源电磁场三维正演研究

长接地导线源的一维解析解可以通过对电偶极源解沿导线方向积分获得,而三维模型中则难以直接加载。这里将长接地导线源看作多个电偶极源的组合,利用交错采样有限差分法,进行了直接计算电场总场的有限长接地导线源电磁场三维正演研究,并验证了算法的正确性。正演模拟时为消除场源奇异性,用电流密度呈伪delta函数分布的等效源来代替点源。     

弹性波场和稳恒电流场的Frchet导数计算方法

在地球物理参数反演中，观测的物理场量，例如波场中的位移或电流场中的电位，对于介质参数的偏导数的计算是非常重要的。本文采用自伴随算子和格林函数的方法给出了弹性波场和稳恒电流场问题的Ｆｒｅｃｈｅｔ导数解析式。该式表明，Ｆｒｅｃｈｅｔ导数可由格林函数Ｇ及其梯度△Ｇ求得。把任意场源正演问题的解和Ｆｅｅｃｈｅｔ导数的计算统一起来，并提出用有限元方法计算任意背景场下的格林函数，从而得到Ｆｒｅｃｈｅｔ导数的数值解。文中以稳恒电流场问题为例，给出了直流电法视电阻率偏导数的数值结果。     

论直流电位场拟解析近似中的电位与电荷反射函数的物理意义

为了避开由大型代数方程组数值求解所带来的问题,将电场反射张量的基本概念和拟解析近似的基本思想引入到了直流电位场的数值模拟中,定义了体电位反射函数、面电荷反射函数和面电位反射函数等3个辅助函数,并给出了其在一般条件下的拟解析近似解和在简单条件下（均匀或点电流源背景场、均匀导电柱体或球体）的分析解。简单的对比分析证明：面电荷反射函数是异常体表面上自由面电荷密度的函数;在简单条件下,这种函数关系转化成为比例关系;类似的结论对于简单条件下的面电位反射函数也成立;然而,在一般条件下难以建立面电位反射函数和自由面电荷密度之间的明确关系。     

对瞬变电磁测深几个问题的思考(一)——瞬变电磁测深中偶极子源及其转换

偶极子源是电磁法研究的基本对象,是构成更复杂探测装置与资料解释的前提,也是电磁法勘探技术开发与创新的理论基础。从偶极子源的概念出发,导出了均匀大地表面上的主要偶极子源瞬变电磁场公式,并指明正垂直阶跃脉冲与负垂直阶跃脉冲激发的瞬变电磁场公式的异同,以加深认识。举例说明了相应于电性源与磁性源的场分量可根据电磁场的互易定理相互转换,便捷推导公式。重点阐述了由偶极子源的场强公式运用叠加原理可衍生更复杂的电磁场公式,诸如大回线源及其任意一点的瞬变电磁场公式,盘活了瞬变场的应用。      

点源三维地形视电阻率的计算

利用格林公式及点源场的边界条件,将地下半空间位函数的体积积分变为地面位函教的积分方程以后,用边界元方法解此积分方程便可得到地面各节点的电位值。其计算精度和速度取决于剖分方式和节点密度。本文采用变网格的剖分方式,用较少的点实现了计算,并兼顾了精度和速度。     

Modeling the 3D Terrain Effect on MT by the Boundary Element Method

By using the numerical method to model the ter-rain effect on the magnetotelluric field,few resultshave been obtained. The finite element method(FEM) was used by Chouteau and Bouchard (1988)and Wannamaker et al .(1986) ,andthe boundary el-ement method (BEM) was used by Xu and Zhou(1997) and Xu (1995) to model 2Dtopographyinflu-ences on magnetotelluric surveys . The BEM methodwas also used to model the 3Dtopographic effect onmagnetotelluric deep sounding (Xu et al .,1997 ;Xu,1995) .In t…     

Regions of primary energy release of solar flares associated with singularities in the magnetic field

The locations of sites of primary energy release of solar flares are studied. Magnetic singularities revealed earlier—self-intersections (reconnections) of F = 0 surfaces, where F is a differential factor determining the structural singularity in a potential magnetic field—are considered as possible sites of energy release. Six flare events demonstrating paired sources of non-thermal hard X-rays emission observed on March 17, 2002, July 17, 2002, April 6, 2004, November 4, 2004, November 6, 2004, and December 1, 2004 are analyzed for probable singularities. In each event analyzed, each source of non-thermal hard X-rays emission can be associated with an individual magnetic singularity; in other words, there is a magnetic-field line passing near the singularity and ending near (i.e. within about 10″) the source located on the photosphere (in the chromosphere). For the homologous flares observed on November 4 and 6, 2004, the same magnetic singularity is responsible for the source of non-thermal hard X-rays emission observed in the eastern sector of the flare region on November 4 and the source observed in the western part on November 6. A proposed interpretation associates these observations with a reversal of the electric field generated in the magnetic singularity on November 6, compared with the electric field generated on November 4, attributed to corresponding changes occurring in the photospheric magnetic field.     

体积分方程法模拟复电阻率三维体电磁响应

利用体积分方程法计算了均匀半空间中复电阻率(激电)效应和电磁效应同时存在时的三维体响应。在计算中,对于需要计算三重积分的张量格林函数电荷项一次部分,应用一种差分近似的方法求解,这种方法在保证计算精度的同时更加便于计算机实现;采用二次剖分的算法解决了计算张量格林函数时的奇异值问题;计算含有贝塞尔函数的积分项时,利用一种结合连分式展开的高斯求积代替常规的快速汉克尔变换方法。验证了计算结果并分析了三维体复电阻率模型(Cole-Cole)参数对正演结果的影响,为三维体复电阻率及其参数反演提供了正演依据。      

裂隙介质电性各向异性的研究

文中提出了一个一般介质的裂隙集中体积模型,由此导出了裂隙介质以及作为特例的EDA介质的各向异性电导率表达式。然后,从大地电磁测深法的角度,详细地推导了双层地层 (含裂隙)结构的视电阻率正演公式。最后,利用所得结果进行了数值模拟。本文的结果有助于进一步开展电性各向异性及其与地震的联合解释的研究。      

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987110000368

In this paper,we show that geo-anomalies can be delineated for mineral deposit prediction according to singularity theories developed to characterize nonlinear mineralization processes.Associating singularity and geo-anomalies makes it possible to quantitatively study geo-anomalies with modern nonlinear theories and methods.This paper introduces a newly developed singularity analysis of nonlinear mineralization processes and nonlinear methods for characterizing and mapping geo-anomalies for mineral depos...